高压旋喷桩在高速公路湿陷性黄土地基中的应用研究

郎 兹

（新疆交通建设管理局项目执行一处，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

在高速公路工程建设过程中，时常遇到湿陷性黄土等特殊岩土，导致已经完成施工的路基产生一些病害，这就要求在工程建设过程中采取有效技术措施处理特殊岩土地基，使其达到工程施工要求。

1 工程概况与沉降调查

国道G218 墩麻扎至那拉提段公路项目设计分为三个标段，湿陷性黄土主要分布在设计二标即施工第三至五合同段，湿陷性黄土为Ⅱ-Ⅳ级自重湿陷黄土。目前出现沉降病害路段集中在施工第四、五合同段（即七十二团至则克台、则克台至吐尔根段）。同样分布有Ⅱ-Ⅳ级自重湿陷黄土的第三合同段基本未出现沉降病害。

2020 年9 月11 日设计单位、施工单位、监理单位、质控中心、养护单位共同对现场勘查，确定了沉降路段的分布情况。2021年6 月、2022 年5 月设计单位再次对沉降路段进行了排查梳理，结果如下：

目前项目范围内共有116 段沉降路段，均位于施工四标及五标。沉降路段中四标总长5.274km（85 处），五标总长1.656km（32 处），共长6.930km。将沉降深度分为轻微、中等、严重等具体如沉降概况分布如表1、表2 所示。

表1 沉降概况分布

表2 沉降概况分布

从上表可以看出，沉降路段多集中于填挖交界、桥头台背回填、填方或挖方路基路段。经查阅原设计资料，沉降路段位于桥头路基段55 处共3.146km、填挖交界或陡坡路堤路段43 处共2.699km、高填路基路段12 处共0.822km，低填或挖方路基段7 处共0.263km。

沉降分布情况对比。从上表中可以发现，2023 年相对于2021 年4 月沉降路段整体增加了0.965km，由于沉降仍在发展，部分间距较近的段落已发展连续，因此在2022 年数据基础上，整体段落数减少了2 段。其中桥头路基段增加了0.624km（1 处），填挖交界或者陡坡路堤段增加了0.194km（-1 处），高填方段增加了0.116km（-2 处），低填或挖方段增加了0.030km（0 处）。沉降严重程度为轻微的增加了0.682km，沉降严重程度为中等的增加了0.056km，沉降严重程度为严重的增加了0.216km。

从测量总体情况看，沉降速率变化和降雨、融雪等因素呈现正相关，2022 年3 月至4 月气温升高融雪、降水，在未做好日常养护的情况下，沉降明显严重。

2 高压旋喷桩施工

2.1 施工工艺流程

高压旋喷桩施工需按照以下工艺流程进行：测量定位→钻机就位→钻进造孔→终孔检查→高喷台车就位→下喷射管→浆液配置、喷射→拔管、废液沉淀→机具清理→桩机移位。

2.2 施工工艺方法

2.2.1 原地表处理

利用推土机将地面上的垃圾和杂物清理干净，同时将原地面整平。结合现场具体情况，设置各类防排水设施，同时在施工范围以外还要开挖泥浆池用于存放废弃泥浆，在施工孔位和泥浆池之间还应开挖排浆沟[1]。

2.2.2 现场放线定位

按照设计图纸与坐标网点准确测放施工轴线。在放出的施工轴线上确定钻孔的位置，并将桩号、孔号与序号均标记清楚，结合现有的基准点对各孔口处的地面实际高程进行测量。根据设计要求做好现场施工放样，利用木桩将桩位准确放出，并采用撒白灰的方法作出明显标记[2]。

2.2.3 钻机就位

将旋喷桩的桩机移动至指定位置，使钻头和孔位中心完全对准，并将钻机整平，钻机的放置应保持平稳与水平，适当调整钻杆实际垂直度，使垂直度偏差不超过1%。钻机就位后，应先采用低压实施射水试验，检查喷嘴是否保持畅通。

2.2.4 水泥浆拌制

搅拌机实际转速与拌和能力应与浆液类型及灌浆泵排浆量良好适应，同时确保浆液拌制达到均匀和连续。

具体操作时，应先按照设计要求的水灰比进行水泥浆液拌制，一般情况下水灰比应控制在0.8 ～1.2 范围内。对于浆液搅拌时间，当使用高速搅拌机时，应达到60s 以上，若使用普通搅拌机，则应连续搅拌至少180s。对于浆液搅拌完成后的存放时间，通常不能超过2h[3]。浆液搅拌完成后，需要使用前进行过筛处理，并随时检查其密度。各类制浆材料的称量应使用计量法进行，要求误差不超过5%。

当施工必须在炎热的夏季进行时，应采取有效的防晒与防热措施，将浆液的温度控制在5℃～40℃范围内；当施工需要在寒冷的冬季进行时，应切实做好防寒保暖，尤其是注浆管路，防止浆液冻结，影响正常注浆。若设计要求使用热水进行制浆，则水温度不能超出40℃。

浆液正式使用前，要做好整个管路与压力表的检查，确保浆液可以顺利从管路中通过进入到地层当中[4]。浆液拌制过程中，应适量掺加外加剂，以此形成复合式的浆液，具体掺入比例需通过专门的试验确定。

2.2.5 下喷射管

钻孔完成并验收确认合格后，即可开始高压喷射注浆，在下喷射管之前应做好如下各项检查工作：

（1）测定喷射管的长度，确定喷嘴中心线和喷射管的放线管能否保持一致。

（2）在高压水泵的周围设置喷头，一般情况下试压管路长度不能超过20m，采用设计要求的喷射压力进行试喷。

（3）在下入喷射管之前，必须做好试喷，在设计要求的喷射压力基础上增加管路自身压力。

（4）设计喷射压力+管路压力为施工用的标准喷射压力，更换喷嘴时重新调试。

（5）在摆喷施工下喷射管之前，应先在地面上做好试喷，同时对喷射方向与摆动角度进行适当调整。

（6）经试喷确认满足要求后，在下入喷射管的过程中，应采取有效措施避免喷嘴发生堵塞。

（7）如果钻孔中存在大量沉淀物，应预先备好黏土泥浆，并在下喷射管的过程中随时冲入泥浆。

（8）若钻孔中有作为护壁使用的套管，则应在下入喷射管之后将其拔出。

（9）将喷射管下到设计要求的深度后，由监理人员进行检查，批准后即可开始喷射。

2.2.6 提升喷浆管、注浆

高压喷射注浆应按照从下到上的顺序连续进行。喷头有单嘴、双嘴与多嘴三种，在注浆管达到设计要求的深度，且喷嘴达到设计要求的标高后，方可开始喷射注浆，送入与设计要求相符的水、气、浆，在浆液从孔口处返出并保持正常后，开始向上提升喷浆管[5]。

如果在高压喷射注浆期间出现压力突然降低或增大的情况，应立即查明原因，并采取针对性措施处理。

喷射时若需要拆卸喷射管，则应适当下落进行搭接复喷，使搭接长度达到0.2m 以上，若喷射因故中断，需要在恢复喷射时做好复喷，此时搭接长度应达到0.5m 以上，若喷射中断时间超出浆液自身初凝时间，应进行扫孔，在恢复喷射后，使复喷的搭接长度达到1m 以上。

喷浆时如果发生孔内漏浆，应立即停止提升，直到不再漏浆方可继续提升，若漏浆现象比较严重，需将喷射管提出，采取有效的堵漏措施，当注浆孔有特殊要求时，应通过复喷提高喷射强度，保证喷射长度。另外，喷射时应做好各孔施工记录。

2.2.7 桩头处理

当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m 开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升至地面以下0.5m 时，停止送灰，用同剂量混合土换填。

2.2.8 清洗

每一孔的高压喷射注浆完成后，应及时清洗灌浆泵和输浆管路，防止清洗不及时不彻底浆液在输浆管路中沉淀结块，堵塞输浆管路和喷嘴，影响下一孔的施工。

2.2.9 补浆

喷射注浆作业完成后，为防止浆液凝固收缩影响桩顶标高，使固结体顶部出现凹穴，要在原孔位采用冒浆回灌或二次注浆等措施。

2.3 施工注意事项

（1）开工前应认真检查高压水和空气喷射情况，确定各部位密封圈能否达到封闭，经检查确认合格后才能开始喷射浆液。

（2）在喷射过程中，应先在满足喷射压力与喷浆量要求后再向上提升注浆管。如果中间发生故障，应立即停止提升与旋喷，以免桩体中断。

（3）旋喷施工中，需将冒浆量严格控制在10%～20%范围内。

（4）高压喷射注浆结束后，应立即将喷射管拔出。

（5）施工中切实做好泥浆处理，及时运出泥浆。

3 实际操作过程中遇到的问题

该项目在K194+200 吐尔根3 号大桥左幅大桩号侧进行旋喷桩施工，现有方案为引孔至原地面后开始进行旋喷桩施工，为避免破坏路基及路面结构层，在该范围内调整喷射注浆压力至路面顶面。由于该项目是伊犁哈萨克自治州重要的旅游公路，无法长期封闭交通，因此无法开挖路基检测成桩质量，成桩效果无法直观通过观察或试验检测，只能通过后期对沉降位置处的长期观测检验其是否已经趋于稳定。

该项目为交工后发现多路段的沉降，沉降路段路面结构层完整，无法通过观察判断路基、地基是否出现裂穴、脱空等现象，因此在旋喷桩施工过程中只能通过前期在邻近位置试桩确定相关参数。笔者曾担心会有可能产生成桩效果不理想，水灰比不合理引发更严重沉降等情况，所幸该项目进行旋喷桩施工的段落均趋于稳定，未发生上述可能出现的情况。这也从侧面反映出在制定施工方案的决策阶段，还缺少能全面反映地质条件的检测以及勘察方式。旋喷桩施工还是受到一定的局限性，推荐在地质条件变化较为均匀的、无其他特殊路基的情况下使用。

4 结语

综上所述，湿陷性黄土地基在高速公路中的分布较为广泛，为避免由此造成路基质量病害发生，可采用高压旋喷桩技术进行地基处理，使地基承载力等在内各项技术指标都能达到要求。以上对高压旋喷桩技术在湿陷性黄土地基处理中的具体应用进行深入分析，旨在为实际工程建设施工提供技术参考。