所属栏目：机械论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:126
摘要：高压旋喷注浆加固技术可有效地提高路基承载力，防止路基工后下沉。本文结合实例，就如何运用高压旋喷注浆技术加固高速公路软基进行了探讨。
关键词：高速公路;软基加固;高压旋喷
1工程概况
本工程需要加固施工路段总长320m。该路段地貌属丘陵区山间洼地。根据勘察资料可知，地层主要由耕植土、亚粘土、弱有机质土(淤泥)、亚砂土组成。自上而下，亚粘土层和淤泥层厚度变化较大，达3—5.8m,土体承载力低、软、硬极不均匀，而且淤泥中含有有机质。由于该段没有设计袋装砂井,结果路基成型后纵向开裂。因此需对该路段进行加固处理。经岩土工程专家研讨会研究，决定采取高压旋喷技术进行加固处理。
2加固机理及施工工艺
高压旋喷注浆技术是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至软基底部，用高压设备将配置好的浆液以20MPa左右的高压流从喷嘴喷射出来，并按一定的旋转速度和提升速度提升，当能量大、速度快且呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构物强度时，土粒便从土体剥落下来。一部分细小的土粒随着浆液冒出地面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液强制搅拌混合，并按一定的比例和质量大小有规律地重新排列。浆液凝固后形成胶结体，从而达到提高地基承载力的目的。
2.1关键参数的选定
2.1.1设计参数
(1)桩长：设计要求穿透淤泥层至硬粘土层50cm，旋喷到路基下卧层面，根据本场地岩土工程勘察报告预计该路段处理深度为9.9～13.8m.平均约为l2.5m。单桩实际平均长度为6.2m，空钻长度为6.3m。根据补勘资料可将该段路基划分为6个区进行处理，具体数据如表1(施工时发现有地层变化时，以实际试桩桩长作为桩长)：
(2)桩径：0.60m;
(3)布桩形式：按桩间距1.8m，梅花型布置;
(4)水灰比：按1:1水灰比，另加2%水泥重量的氯化钙早强剂，采用32.5R普通硅酸盐水泥;
(5)设计桩身标准龄期(90d)强度：ƒcu.k=2.5MPa
2.1.2施工参数
采用单管高压旋喷法施工，施工参数如下：
(1)喷嘴：单个直径为=2.5mm;(2)注浆压力：20MPa：
(3)旋转速度：25r/min;(4)提升速度：l8～20cm/min;
(5)水泥用量：200kg/m;(6)水灰比：1:1，加入2%水泥重量的氯化钙早强剂：
(7)施工参数可根据现场实际情况进行适当调整。
2.2施工关键工序
(1)钻机就位：钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜不得大于1.5%。
(2)钻孔：单管旋喷常使用76型旋转振动钻机，钻进深度可达30m以上，适用于标准贯人度小于40的砂土和粘性土层。当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔,钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm。
(3)插管：插管是将喷管插入地层预定的深度。使用76型振动钻机钻孔时,插管与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1MPa。若压力过高，
则易将孔壁射塌。
(4)喷射作业：喷射注浆前要检查高压设备和管路系统，设备的压力和排量必须满足设计要求。管路系统的密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物。当喷管插入预定深度后.先在孔底旋喷3～5转后由下而上进行喷射，喷至顶高程时也应重复喷射3～5转。值班人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时作好记录，绘制作业过程曲线。当浆液初凝时间超过20h，应及时停止使用该水泥浆液(正常水灰比为1:1，
初凝时间为1.5h左右)。喷射注浆作业后，由于浆液析水作用.一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，所以应及时用水灰比0.6～1的水泥浆进行补灌。并要预防其他钻孔排出的泥土或杂物进入。
(5)冲洗：喷射施工完毕后#p#副标题#e#，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆，通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。
(6)移动机具：将钻机等机具设备移到新孔位上。
2.3特殊施工工艺(冒浆的处理)
在旋喷处理中往往有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着注浆管壁冒出地面。通过对冒浆的观察,可以及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。根据经验，冒浆(内有土粒、水及浆液)量小于注浆量的20%为正常现象。超过20%或者完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施：
(1)若系地层中有较大空隙引起的不冒浆，则可在浆液中掺人适量的速凝剂,缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内固结。另外，还可在空隙地段增加注浆量，填充空隙后再继续正常旋喷施工。
(2)冒浆量很大的主要原因，一般是有效喷射范围内与注浆不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。减小冒浆的措施有：提高喷射压力;适当缩小喷嘴直径;控制固结体形状。正常情况下的冒浆可沿公路横向方向,在相邻两个孔之间开挖排浆沟，将浆排走。
2.4施工监测与成果分析
2.4.1监测方法
(1)沉降观测：每个区设置左、中、右3个观测点.观察旋喷施工对路基稳定的情况。每天沉降控制在-2～+3mm。沉降板用￠12螺纹钢埋入土层95cm.外露5cm,下埋部分挖一个10cm×10cm的土坑，用混凝土填护。每天定时进行测量。
(2)边桩位移观测：沿着路基左右两侧每隔20～30m设置一边桩。边桩采用￠12螺纹钢埋人土层95cm,外露5cm，下埋部分挖一个10cm×10cm的土坑,用混凝土填护。在外露钢筋头表面用钢锯锯一十字，在边桩延长线上较远且较稳定的地方设一控制点，用视线法进行测量。
(3)结构物位移观测：为了解旋喷桩施工对结构物的影响,在工作区域内的各结构物的特殊位置设置观测点。本工作区内有分离式基础盖板涵1座,分离式桩基础小桥1座。根据结构物性质，对估计影响较大的的盖板涵进行加密观测，在每片墙体设沉降观测点,观测周期施工期每天2次;在小桥四角设置位移观测点，观测周期两天1次。
2.4.2监测结果与成果分析
沉降观测成果：该断面附近旋喷桩施工较早，由沉降观测结果可见：①前期施工过程中对路基影响较大，施工完1个月后路基基本上稳定下来：②施工所引起的起伏波动较大。当在同一位置施工量较大时，出现路基拱起较大;施工
完3d内下沉量也较大。
3效果验证
完工后分别对满足28d龄期的桩进行抽芯检查，芯样送检全部达到设计要求(见表1)。目前，该高速公路已经投入使用，加固后的路基最大工后沉降为9mm。整体稳定性良好，原先产生的纵向裂缝未见发展趋势。
3.1成桩情况
抽芯检测结果显示桩体整体性良好,与基岩较紧密地黏结,在路基下承层复喷后也形成强度较高的桩帽。
3.2工后承载力验算
复合地基承载力：
其中：Rα=ηƒcu.kAp
式中：ƒspk——复合地基承载力标准值;
Rα——桩体设计强度;
ƒcu.k——桩身试块28d强度，取最小值2500kPa;
Ae——桩体有效承载面积，本设计Ae=2.8m;
Ap——桩平均截面积，本设计Ap=0.28m;
ƒsk——桩间地基承载力标准值，取20kPa;
β——桩间天然地基承载力折减系数，取0.8;
η——强度折减系数，取0.8～0.9;
Rα=ηƒcu.kAp=0.8×2500×O.28=560kPa
ƒspk=1/2.8×[560+0.8×20(2.8-0.28)]=21kPa
荷载：Qs=PsHs
式中：Ps——路基填土最大重度，取20kN/m3;
Hs——最大填土高度，取7m;
Qs=20×7=140kPa;
ƒspk>Qs满足规范要求。
4经验及体会
(1)高压旋喷桩加固高速公路软土地基是有效的,对于淤泥和淤泥质土地基加固,#p#副标题#e#应保证有大于20%浆液溢流量,避免压力集中，影响路堤稳定性;
(2)施工时应密切注意泥浆外排的情况,若发现无排浆时应及时查明原因,并采取有效措施，或改变喷射压力,或加大提升速度，或先重新洗孔再进行旋喷;
(3)施工时考虑到地质的复杂性,尽量采取分散施工,避免在同一部位给软基施加太大的压力,减少相邻桩的相互影响和路基的整体稳定性;
(4)施工时应认真进行全方位监测,包括路基沉降和边桩位移监测,必要时还要进行孔隙水压和深层测斜观测,通过观测来指导施工;
(5)高压喷射深度大时,易造成上粗下细的固结体,因而需采取增大喷射压力和流量或降低旋转和提升速度等措施。难于返浆时，还应增大风压。
参考文献：
[1]王晓谋.袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术[M].北京：人民交通出版社.2001.