关于高压喷射注浆法(双管法旋喷)工艺参数修正的探讨

黄跃明 黄碧祥

(福建新时代项目管理有限公司 福建泉州 362000)

高压喷射注浆法有旋喷、定喷和摆喷三种形式，施工方法主要有单管法、双管法和三管法，适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑可塑性粘性土、粉土、砂土、黄土等土质的加固，因其在成桩深度和成桩效果上比水泥土搅拌桩好，在建筑工程中常用于较深基坑的截水帷幕和较深基坑内的被动区土体加固，以提高坑底突涌稳定性和支护滑移稳定性。本文根据在泉州市东海经济总部片区某总部大楼的基坑支护施工案例及试验数据，探讨关于双管法高压旋喷桩施工参数的确定。

1 分析相关规范和规程对双管法高压旋喷桩工艺参数的规定

双管法的施工参数直接决定了成桩的质量和水泥的用量，对造价影响也较为明显。设计给出的参数与《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012基本一致，在征得业主和设计的同意下，决定重新进行施工参数的试验。

1.1 相关规范和规程的工艺参数

施工试验前，我们查阅相关规范规程并统计了规范规程中关于双管法高压喷射注浆法的工艺参数，具体列表如下:

(1)《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002(以下称验收规范):

规范未对具体工艺参数做出规定，但提供不同桩径的水泥用量参考值:Φ600水泥用量200-250 kg/m;Φ900水泥用量350-400 kg/m;

(2)《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012(以下称技术规范):

表1 《建筑地基处理技术规范》JGJ79－2012

(3)《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012(以下称技术规程):

表2 《建筑基坑支护技术规程》JGJ120－2012

对比三个列表，技术规程给出的参考参数最为齐全，且与设计参数一致。我们选择对具有代表性的技术规程的工艺参数进行分析并计算出的最低水泥用量，然后与技术规程给出的水泥用量(占土自然密度的25-40%)进行比对，分析其工艺参数的合理性。

1.2 各个参数作用分析

(1)水灰比:水灰比的大小决定处理后地基固结体的抗压强度，两者成反比关系，但水灰比太小时喷射有困难，根据经验一般取0.9～1.1;

(2)气压:在二管法中主要是低压空气，辅助钻进切割和提高旋喷浆处理能力，经验取值0.7MPa;

(3)注浆压力(浆压):决定喷浆压力和液流动能，与成桩直径成正比，根据经验一般在20～28MPa，近年来喷浆技术发展，最大浆压力可达35～40 MPa，在注浆压力一定的情况下，喷浆压力与喷嘴直径和数量有关;

(4)注浆流量:单位时间注入土层的浆量(水泥量)，与提升速度关系紧密，当提升速度一定时，注浆流量越大，成桩效果越好，但过大造成工程造价的浪费，规程规范给出的经验值80～120L/min，相对于本地区的经验值(个人了解)，该经验值偏保守;

(5)提升速度:喷射成桩的竖向速度，与成桩效果成反比，速度太低造成浪费，太高则成桩效果差，甚至可能出现螺旋状桩，根据经验一般在7～25 cm/min;

(6)旋转速度:单位时间内单个喷嘴在同一地方的旋切次数和喷浆次数，确定旋转速度时，应与提升速度、注浆压力、喷嘴数量及直径一并考虑。速度越大喷浆惯性越大，关系到固结体质量的离散性，根据本地区经验(个人了解)，一般取值在15～20 r/min。

按照技术规程给定的工艺参数，桩径按照设计最常见的¢600(技术规程推荐桩径由设计选定)，最低水泥用量计算如下(仅用于比对，不考虑损失量):

假设注浆流量按最低80L/min，提升速度按最大25cm/min，水灰比按最小0.9，求出的水泥用量就是最低水泥用量(水泥密度为3.1，淤泥的天然密度为1.63)。

①求出浆液混合密度:质量/体积=(1+0.9)÷(1+0.9/3.1)=1.47kg/L

②每升浆液的水泥用量=1.47×(0.9÷1.9)=0.696 kg/L

③最低水泥用量(占淤泥比重的%)=(80L/min×0.696 kg/L)÷(3.14×0.3m×0.3m×0.25m×1630 kg/m3)=48.35%(超出技术规程规定25%-40%的水泥用量)

④置换成每米最低水泥用量:80L/min÷25cm/min×0.696 kg/L=222.72 kg/m(符合验收规范规定的200-250 kg/m)

分析结论:技术规程的工艺参数、水泥用量以及验收规范的水泥用量之间存在矛盾，根据本地区¢600双管法旋喷桩的施工经验，技术规程的水泥用量较为接近当地经验水泥用量，但其工艺参数以及验收规范的水泥用量均过于保守，有必要利用施工试验进行工艺参数的修正。

2 计算并修正试验桩的工艺参数以及试验结果分析

2.1 项目概况

该总部大厦项目地处沿海地区，地下室三层，每层建筑面积约8898.95 m2，支护设计高度为15.15-15.65m(不含坑中坑)，基坑安全等级为一级。基坑支护结构采用支护排桩加混凝土支撑与大直径预应力锚索联合支护，排桩间的截水帷幕以及被动区加固采用双管法高压旋喷桩。

2.2 设计概况

截水桩设计桩径 Φ600mm，桩数252根，桩长为18.95m，施工深度为21.45m;被动区桩径 Φ500mm，桩数12000根，桩长为7.5m，施工深度为22.9m，设计要求水泥等级为P.O42.5，水灰比为1:1，水泥用量为土的天然密度的25% ～30%，置换土层为淤泥层，固结体强度等级达到1.5 MPa。

2.3 水文地质概况

根据项目岩土工程勘察报告揭示，场地高程为5.88～7.12m，受泉州湾潮汐影响，常年水位在高程4.5m，水位变幅在0.5～2.6m之间;涉及支护结构的场地主要岩土层分布及特征自上而下分述如下:1、淤泥②，海积成因，层厚 4.7～17.2m，层顶高程为-3.17～1.29m，天然含水量56.6%;2、淤泥夹砂③，海积成因，层厚1.8～13.1m，层顶高程为 -16.36～-5.08m，天然含水量46.8%;3、淤泥④，海积成因，层厚0.7～11.7m，层顶高程为 -22.51～-10.36m，天然含水量56.5%;4、粉质粘土⑤，标贯6.8击，层厚1～2.9m，层顶高程为-22.58～-18.82m，天然含水量 29.2%;5、粗砂⑥，标贯 26.2击，层厚 0.5～5.4m，层顶高程为-27.66～-19.2m;

安全等级为一级的基坑支护工程是整个项目成败的关键，如何选择工艺参数、水泥用量更应该慎重。在与设计人员以及旋喷桩施工人员沟通后，施工试验的水泥用量暂定控制在验收规范规定的200～250kg/m之间，先按200kg/m的水泥用量进行试验，若试验失败，再按250kg/m的水泥用量再进行一次试验，桩径根据试验结果由设计确定。计算过程如下:

计算假定水灰比按1(按设计要求);提升速度按18 cm/min(听取旋喷桩有经验施工人员的意见，取中间值，太大无法确保成桩质量);水泥用量(按验收规范)暂取200kg/m;为保证桩径，浆压按30 MPa(比技术规程参考值略大一点，可保证成桩直径);根据以上假定计算出大约的注浆流量:

①求出浆液混合密度:质量/体积=(1+1)÷(1+1/3.1)=1.512kg/L;

②每升浆液的水泥用量 =1.512kg×(1÷2)=0.756kg/L;

③求出注浆流量 =200kg/m×0.18m/min÷0.756kg/L=47.62L/min(取整数50)。

修正后的工艺参数如下表:

表3 修正后的工艺参数表

并按以上参数进行试验桩的施工，试验桩共施工两组，每组五根，梅花形布置。深度计、流量计、压力表等计量装置在施工前由计量部门进行标定，电脑自动记录仪选用不具有存储功能的定型产品(CJ-G5型灌浆记录仪)，具备现场打印施工过程和成桩资料的功能。在施工中，由建设单位、施工单位、监理单位、设计单位共同进行旁站。28d后，由建设单位随机选取三根桩委托专业检测机构进行桩径、桩身完整性以及桩身固结体强度检测，检测(报告编号:AZX150030)结果如下:

桩径均大于900mm;桩长20.93～22.05m;芯样试件抗压强度1.9～2.0 MPa;检测结论:旋喷1#桩、旋喷2#桩的桩身完整性为Ⅰ类，桩身抗压强度、桩端持力层均满足设计要求，旋喷3#桩的桩身完整性为Ⅱ类，桩身抗压强度、桩端持力层均满足设计要求。

试验及检测的结果较为理想，没有进行第二次试验。设计人员根据试验及检测结果进行设计优化，把被动区直径500mm的桩改成直径900mm，并按照试桩参数确定了旋喷桩的施工工艺参数。在加固面积不变的情况下，桩数量由12000多根减少为3200多根，按照新的施工参数计算(仅用于比对，不考虑损失量)，水泥用量占土天然密度的百分比=50L/min×0.756 kg/L÷3.14×0.45m×0.45m×0.18m×1630 kg/m3=20.26%，略低于技术规程25%的最低水泥用量，但与技术规程工艺参数计算的48.35%相比，节省将近2.4倍的水泥用量(水泥置换总量=加固体积×水泥用量占置换土天然密度%)。

双管法旋喷桩工艺参数修正后的优点:①经过检测检验，各项指标满足设计要求，保证了工程质量;②桩数量减少3倍多，加快了施工进度;③节省了2倍多的水泥用量，节省了工程造价。

3 关于沿海地区淤泥层高压喷射注浆法施工的几点思考

(1)规程虽然提供常用的高压喷射注浆工艺参数，但据其工艺参数计算出的水泥用量太大，且与规程规定的水泥用量自相矛盾，也许是不同地区、土质差异造成规程规范的工艺参数、水泥用量过于保守，在工程实践中会造成很大的浪费，实践中应通过现场试验确定施工工艺参数，特别是注浆流量和提升速度。根据研究资料显示，合理的水泥用量建议在15% ～35%之间。

(2)成桩直径的判断与选择也很重要，直接影响到工程造价和工程成败。规范根据标准贯入度N选择固结体直径 D=650-1/154N2(0＜N＜5，根据参考文献，淤泥标贯为N＜2)，而技术规程根据标准贯入度N选择固结体直径 D=800～1200(0＜N＜5)，本案例经过施工试验选择D=900，也在技术规程允许范围之内。

(3)由于近年来注浆技术得到很大的提高，注浆压力的提高，明显地改善了喷射效果，但根据研究资料显示压力过高，会在喷射区域形成局部真空并出现涡流，导致过早地形成雾状而起到相反的结果，在现有设备和技术条件下的注浆压力建议根据实际情况在26～32MPa之间选择。

[1]GB50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[2]JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范[S].

[3]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[4]曾克强.旋喷桩复合地基设计几个计算参数的探讨.地质与矿产，2006.6.

[5]肖建华.关于软土状态确定标准的讨论.工程地质学报，1997，1(5).