静压灌浆和高压旋喷注浆技术处理软弱地基

尹 里 张大军

(1.广州港股份有限公司工程部，广东 广州 510700;2.中南大学，湖南 长沙 410075)

0 引言

沿海和江岸码头处地质情况一般存在较厚的软弱地基层，土质较差，地基承载力较低，特别是建于天然基础上的岸坡构筑物，如果地基处理不当，将会导致构筑物发生沉降、开裂甚至倒塌。本文针对采用静压灌浆和高压旋喷注浆相结合的加固处理技术来处理这类地基问题展开探讨。

1 理论介绍

1.1 静压灌浆

静压灌浆法是指利用液压或气压，通过注浆管将浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石缝隙中的水分和空气后占据其位置，浆液凝固后将原来松散的土粒或裂缝胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定的结石体。其类型分为渗透灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆等。

灌浆处理地基可增加地基土的不透水性，改良土和岩石的原有性质，从而在被灌浆范围内产生一种新的物质，以提高地基土的承载力，减少地基的沉降。其作用机理主要是化学胶结作用，把岩石或土粒粘结在一起，从而使地基土层的整体结构得到加强。

1.2 高压旋喷注浆

高压旋喷注浆法是在化学注浆的基础上采用高压水射流切割技术发展起来的一种地基处理方法，一般用钻机成孔至预定深度后，再用高压注浆流体发生设备，使水和浆液通过装在钻杆末端的特制喷嘴喷出，以高压脉动的喷射流向土体四周喷射，把一定范围内土体结构破坏，并强制与化学浆液混合，形成注浆体，同时钻杆按一定方向旋转和提升，待浆液凝固后在土中形成具有一定强度和防渗性能的圆柱状固结体。其作用机理是当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒便从土体中剥落下来，一部分细小的土粒随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合发生复杂的化学反应，并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列，待浆液凝固后，便在土中形成一个圆柱状的固结体。

2 静压灌浆和高压旋喷注浆在某工程中的综合应用

2.1 工程概况

建于天然岸坡基础上的广州经济技术开发区石化码头冲气护舷检修平台，平面尺寸为长110 m，宽4.5 m，其后方为直立式挡土墙。该平台在使用上有两种功能:

1)停放、检修冲气护舷;

2)架设输油管线门架(共12支门架，均架设在12个平台隔墙上)。

该构筑物建成投入使用约十年时间，基础已处于稳定状况，但近期发现平台上的钢结构门架略有倾斜，其中有一处门架与上部输油管出现分离现象。观测表明，该平台基础发生了明显的不均匀沉降变形，且沉降变形呈现持续发展的发散趋势，因此，急需对平台基础进行处理，以控制基础沉降变形。

2.2 沉降原因分析

该平台基础底板依次往下地质情况:2 m～3 m厚碎石和角石抛填层、厚度8 m～10 m的软弱淤泥质土层、厚度4 m～6 m砂层、厚度2 m～4 m粘土层，下卧层为强风化岩面。该平台门架上原有3条φ200 mm的钢油管，后增设12支钢结构门架及现浇钢筋混凝土承台基础，新铺设φ300 mm和φ150 mm的钢油管各1条。研究表明，平台隔墙上部结构荷载增加打破了原基础沉降稳定平衡关系，上部荷载增加使大平台下的软弱淤泥质土层发生排水固结，导致平台隔墙发生不均匀沉降。

2.3 方案制定

该平台地处A类卸油区，对施工中动火作业要求极为严格，因此不宜使用大型施工船机或打桩机械对岸坡基础进行整体打桩加固。同时，施工过程中不能对基础产生较大的扰动。在综合考虑施工条件和加固费用后，本工程选用静压灌浆与单管高压旋喷注浆处理技术相结合的方案，对平台隔墙基础下抛填层和淤泥层进行加固处理。该方法只适用于地质钻机、高压旋喷桩机等小型施工机械，采用跳钻法施工对基础基本上不产生较大的扰动，施工过程中没有动火作业，这些均可较好地满足施工条件和码头生产的正常运行。

2.4 加固机理

先采用压力灌注浆液对抛填石块层和上表层软弱淤泥土进行加固处理，浆液既可填充块石和淤泥土层中的缝隙和孔隙，又可显著提高土体的密实度，降低土体在荷载作用下的固结沉降，通过浆液产生的化学胶结作用，把浅层地基的块石和淤泥土粒胶结在一起，使浅层地基的整体结构和承载力得到加强，减少基础的不均匀沉降，也可有效降低施工过程中产生的附加沉降。待灌浆浅层地基达到一定强度后，再采用单管高压旋喷注浆对较深地基的软弱淤泥层和砂层进行加固处理，通过高压喷射浆液与土体搅拌混合发生化学反应，待浆液凝固后在地基中形成圆柱状固结体。该固结体化学稳定性能较好，具有一定的抗压强度和抗拉强度，它可有效承担上部结构所附加荷载，显著减少基础的沉降变形。

2.5 施工工艺

静压灌浆开孔直径91 mm，孔深3 m，采用金刚石钻头钻进，下管径89 mm灌浆管，灌浆管分段钻有注浆孔眼，顶部灌浆接头与砂浆泵高压管路连接，灌浆管顶部外径与孔壁之间用砂浆封堵，待一定强度后再加压灌浆。水泥采用32.5R普通硅酸盐水泥，灌注水泥浆每米水泥用量250 kg，并加入水泥重量5%～8%的水玻璃(浓度为30 Be'～45 Be')，水泥砂浆配比为水泥∶砂 =1∶(0.8～1)，水灰比为 0.45 ～0.5，灌浆压力为 0.6 MPa～1.2 MPa。施工工艺流程如下:

施工准备→对准原灌浆孔位→钻机就位→钻至设计深度→检查孔斜度→高喷泵调试→检查管路→旋转喷浆→提升旋转喷射到设计标高→桩顶复喷→终桩冲洗管路。

静压灌浆单孔完成约7 d后，浅层的抛石垫层达到一定强度，方可在原灌浆孔位进行高压旋喷桩施工。单管高压旋喷桩钻孔直径91 mm，孔深18 m，设计旋喷桩径600 mm，设计桩长18 m并进入粘土层1.5 m以上。高压旋喷注浆材料采用32.5R普通硅酸盐水泥，浆液中加入水泥重量5%～8%的水玻璃(浓度为30 Be'～45 Be')，桩顶以下10 m范围内使用5%～10%的微膨胀剂，每米水泥用量为250 kg。

高压旋喷桩施工工艺流程如下:施工准备→对准原灌浆孔位→钻机就位→钻至设计深度→检查孔斜度→高喷泵调试→检查管路→旋转喷浆→提升旋转喷射到设计标高→桩顶复喷→终桩冲洗管路。

2.6 沉降观测

整个工程历时1个月完成总灌浆孔数和高压旋喷桩数48个，灌浆孔深度累计144延米，高压旋喷桩长度累计864延米，平均每米静压灌浆和高压旋喷注浆水泥用量均为250 kg。

为了检查该平台基础加固处理效果，加固后对该平台隔墙上的门架进行了全面的沉降观测，现取原沉降较大的A门架观测数据为代表，画出沉降曲线，如图1所示。

图1 加固前后沉降曲线示意图

观测结果表明，在完成加固施工约3个月后，该平台基础沉降变形已明显趋于稳定，说明静压灌浆和高压旋喷注浆的综合施工有效地加固了软弱地基，减少了软质土层的排水固结，达到了控制基础沉降的目的。

3 结语

本文探讨了静压灌浆和高压旋喷注浆技术在加固处理软弱地基中的综合应用，该技术在实际工程中能有效地处理这类地基的沉降问题，达到控制基础沉降的目的，但在实际施工中出现灌浆在地基土里成型不够理想、高压旋喷注浆形成的圆柱状固结体不均匀而发生缩径现象以及桩身完整度和单桩承载力较难以精确检测等问题，尚需在更深入地研究后加以解决。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［2］GB 50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范［S］.

［3］莫海鸿，杨小平.基础工程［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

［4］乔居龙.旋喷桩在处理涵洞软弱地基中的应用［J］.山西建筑，2010，36(8):111-112.