高压喷射注浆法在建筑地基处理中的应用

杨家能

摘要：高压喷射注浆法在处理基础地质条件复杂的建筑物时，可以有效的提高工程效率，降低造价，保证工期。本文以某高层建筑物的地基处理为例，简单论述了高压喷射注浆法在处理复杂地质条件下建筑物地基的方案设计以及施工工艺，并对于施工结果进行检测，结论认为，在基础地质条件复杂的建筑物施工中，宜选择高压喷射注浆法进行地基处理。

关键词：高压喷射注浆法建筑物地基处理

1引言

伴随着现在建筑业的发展，多层以及高层建筑物越来越多的出现在人们的视野中，而多层与高层建筑对于地基的承载力有着更高的要求，传统的地基处理方法已难以满足。为此，各种深基础施工工艺得以被不断的应用到建筑物的地基处理中来，取得了良好的效果。其中，高压喷射注浆法作为建筑物地基处理的方法之一，在应对基础地质条件复杂的建筑物时，可以有效的提高工程效率，降低工程的造价，得以被广泛应用。本文拟以某高层建筑为例，简单阐述高压喷射注浆法的应用机理。

2高压喷射注浆法

高压喷射注浆法是在静态注浆基础之上发展起来的一种化学处理建筑物地基的一种方法，在采用旋喷工艺时又称之为高压旋喷注浆法。高压喷射注浆法的主要原理如下：利用带特殊喷嘴的注浆管将凝固的浆液置入土层中的预定深度，再以高压的喷射流强力的冲击土体，促使浆液与土体搅拌混合，固化形成固结体，从而加固地基，提升地基的抗剪强度，改善土的变形性质。此外，如果采用旋喷的注浆形式，可以使得加固土体形成直径较大的均匀或者异性圆柱体。

高压喷射注浆法又可以分为三种类型，即单管法、二重管法以及三重管法，其中，三重管法是将三重管重合在一起，但是互不想通，分别输送水、空气和浆液三种介质，在高压泵产生40～41MPa的高压水喷射流的周围，环绕一股0.5～0.7MPa的圆筒状气流，利用高压水喷射流和气流同轴喷射冲击土体，从而形成较大的空隙，然后再由泥浆泵注入压力为2.5～3MPa的浆液填充，喷嘴作旋转和提升运动，在土中凝固为较大的固结体。

3实例分析

3.1工程介绍

某沿海城市的高新开发区，拟建设一幢26层的建筑物，采用框剪结构，高度81米，地下有一层地下室，±0.00相当于黄海高程4.9米。

该工程场地的地质情况如下：

1.素填土：层厚2.7～3.5m；2.粘土：可塑~可硬，层厚0.8～2.7m；3.可塑残积粉质粘性土：层厚1.2～2.6m；4.粉质粘土：可塑~可硬，层厚0.6～4.0m；5.硬塑残积粉质粘性土：层厚14.8～34.6m；6.碎裂状强风化花岗岩：揭示厚度1.6～15.6m；7.散体状强风化花岗岩：揭示厚度1.0～11.0m；8.中等风化花岗岩。

3.2设计方案的选择

对于该建筑物地基处理，原设计拟采用冲钻孔灌注桩桩基础进行地基的深加工处理，但是考虑到该建筑物场地的地质结构较复杂，主要是硬塑残积粉质粘土并夹有大量深度、大小不等的孤石，如果采用冲钻孔灌注桩方法进行处理，会耗费大量的基础施工费，同时施工工期也较长，为此，在甲方的倡议下，改为采用高压喷射注浆法进行地基的加固处理，并委托相关的设计单位进行地基处理加固设计。

按照主体架构设计的要求，复合地基的承载力特征值需要达到550kpa，为此，设计平面布置了446根旋喷桩，桩径1.0m，桩间距为1.6m×1.6m。桩顶高程为-6.1m，桩长12.6m，桩侧的土层为可塑~硬塑残积粉质粘性土，并采用三重管法的施工工艺。在桩顶设计20厘米的厚砂垫层，在垫层上方布置1.8米的厚钢筋混凝土筏板基础。

为了保证高压喷射注浆法施工工艺能满足建筑物的设计要求，在确定最终施工方案之前，制作了4根实验桩，测试其承载力，结果表明试验桩的承载力特征值均可以达到550kpa，表明高压喷射注浆法处理该建筑物的地基能满足主体结构的设计要求。

最终的施工方案如下：

1.旋喷桩采用三重管的旋喷技术，水压40~42Mpa，初复喷两次射水，气压0.7Mpa，灰浆压力在2.6Kpa以上，水灰比在0.9以下，水泥的掺量810kg/m，提升速度11cm/min；

2.为确保桩顶的强度和直径，对于桩顶采用复喷的施工工艺；

3.复合地基承载力特征值的取值采用未达极限状态的最大试验荷载的一半，且其相对变形控制小于0.0125压板宽度所对应的荷载为特征值，水泥土芯样60天抗压强度不小于2.5MPa；

4.对于复合地基的质量，通过单桩、复合地基和钻孔取芯抗压的试验进行检测，检测总量需要达到5%以上，其中复合地基及单桩均不少于5点。

3.3施工方法

1.新三管法：普通的三重管法旋喷注浆施工不能满足施工的技术要求，因此采用“新三管法”进行施工，主要工序如下：

（1）钻机导孔：选用GJ-150S型地质钻机，引孔的孔径为φ146，钻孔的垂直度控制在1.5%；

（2）旋喷机就位：引孔至预定深度，将高压旋喷机移至指定位置，做好清水切割的准备；

（3）清水切割：在高压旋喷清水切割时，需要保证水压在40Mpa以上，提升速度为11cm/min，对于较为坚硬的土层放慢至6cm/min左右；

（4）注浆：旋喷注浆的压力控制在2.6Kpa以上，提升速度11cm/min左右，注浆的水灰比为0.9，浆液比重1.7，水泥的用量为800kg/m；

（5）气喷：主要目的是确保大直径旋喷桩材料的均匀一致，气喷压力控制在0.7Mpa之上；

（6）冒浆回填：在成桩前于孔口部位设一围堰,冒浆1m3以上浆液回填旋喷桩体。

2.双高压三重管法：为确保工期的要求，增加一套旋喷设备，并采用“双高压三重管法”施工工艺进行施工。

3.桩头人工开挖：桩顶上超喷80cm采用桩头人工开挖，以防止因土方开挖造成旋喷桩体的损伤。

3.4施工参数控制

施工参数控制指标如下：

1.桩孔位偏差：将实际桩位与设计桩位的偏差在水平方向控制在5cm以下，垂直偏差控制在1.5%以内；

2.双高压三重管法旋喷控制：水压力和浆压力在40MPa以上、水嘴直径介于1.7mm和1.85mm之间、浆嘴直径介于3.2mm和3.6mm之间；气压力≥0.7MPa；

3.新三管法旋喷控制：水压力在40Mpa以上、水嘴直径为1.7mm～1.85mm、浆压力为2.6MPa～7.0MPa、浆嘴直径—3.2mm～3.6mm、气压力≥0.7MPa；

4.平均提升速度：11cm/min左右，坚硬的土层放慢至6cm/min左右；

5.桩径：1m以上；

6.桩间距：1.6m。

3.5施工效果

1.选择6根桩作为旋喷工程桩进行复合地基承载力的检测试验，结果发现复合地基承载力的特征值在1420KN之上；

2.选择6根桩做竖向抗压承载力检测，结果发现竖向抗压承载力统计值为1400KN；

3.选择16根桩进行桩水泥土芯强度和桩长的检测，结果发现所有检测的桩桩水泥抗压强度均符合设计的要求，同时桩长与施工桩长基本一致，二者的偏差均在允许的范围内。

3.6结论

以上，采取高压喷射注浆法进行建筑物地基的处理，选择合适的施工方案并控制好施工参数，最终取得了较好的施工效果。总结如下：

1.采用高压喷射注浆法施工工艺比起原计划的冲钻孔灌注桩施工工艺，造价更低，而且工期更短。原计划采用冲钻孔灌注桩施工，造价为420万元，而改用高压喷射注浆法施工，造价仅为270万元，节省150万元。从工期上看，由于土层复杂的地质条件，采用冲钻孔灌注桩施工工艺难以保证工期，而采用高压喷射注浆法，实际施工工期为6个月零16天，工期有保证；

2.采用高压喷射注浆法进行地基加固时，可以推广使用双高压三重管法，有效控制水泥土芯的均匀度，提高其强度；

3.复杂的地质条件下，尤其是孤石大量分布的地层中，宜选择高压喷射注浆法进行地基处理。

参考文献

[1]王吉望,周国均,胡同安.喷射注浆法与深层搅拌桩法[M].北京:金工业出版社,1989.

[2]朱庆林等.旋喷注浆加固地基技术[M].北京:道出版社,1984.

[3]JGJ79-2002.建筑地基处理技术规范[S].

[4]滕绍华.实用建筑施工手册[M].北京:金盾出版社,2002.