高压旋喷桩在地基处理中的应用.doc

高压旋喷桩在浙江某码头后方软基处理中的应用
蔡红星
【摘要】介绍了高压旋喷技术在浙江某码头工程软土地基处理中的应用，阐述了高压旋喷桩的施工工艺、技术参数及其特点。
【关键词】高压旋喷桩地基处理施工工艺技术参数
Abstract：IntroducedthehighpressuresprinklinggroutingtechnologyintheZhejiangsomewharfprojectsoftsoilgroundprocessingapplication,elaboratedthehighpressuresprinklingstaketheconstructioncraft,thetechnicalparameterandthecharacteristic.
Keywords：highpressuresprinklingstake，soilimprovement，constructiontechnology，technicalparameter
软土地基是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成的地基，其承载能力很低。软土层具有含水量高、压缩性大、透水性差、强度低和变形稳定时间长的工程特性，一般不能直接作为天然地基使用，必须经过有效的加固处理后才能使用。软基处理的目的是为了改善建筑物地基土体的力学性质，提高承载能力，增加抗滑稳定，减少压缩变形。软土地基处理的几种常用方法：换填法、强夯法、挤密法、排水固结法、高压喷射注浆法、深层搅拌法。本文主要介绍高压旋喷桩在软土地基处理中的应用。
1高压旋喷桩简介
高压旋喷技术(也即高压喷射注浆法)是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进入土层后，以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，达到与原位软土的充分混合，发生等离子交换和团粒化反应，形成稳定的、具有一定强度的桩体或强体，与周围土体一起组成半柔半刚性复合地基，使地基承载力得以明显提高，变形得以变小，从而达到抑制地基沉降的目的。
旋喷桩基本工艺类型有三种，即单管法、二重管法、三重管法。
单管旋喷法通过单根管路，利用20MPa左右的高压浆液，喷射冲切破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升，使浆液与土体混合凝固，成桩直径为40～80cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体直径较小。
二重管旋喷法在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重灌浆管。在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴，高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出，在射流的外围加以0.7MPa左右的压缩空气喷出。在土体中形成直径明显增加的柱状固结体，直径可达80～150cm。
三重管旋喷法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。在以高压装置产生的20MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入压力为2～5MPa的浆液填充，喷嘴坐旋转和提升运动，最后在土提中形成较大的柱状固结体，直径可达80～200cm。
2工程概况
浙江某码头后方土体需旋喷桩地基加固，码头后方地质资料如下：
①淤泥：黄灰色，含少量贝壳，无摇振反应、高韧性、高干强度、切面有光泽，流塑。
②淤泥：灰色，含贝壳碎屑，无摇振反应、高韧性、高干强度、切面有光泽，流塑。
③淤泥质粘土：灰色，含贝壳及腐植物，无摇振反应、高韧性、高干强度、切面有光泽，流塑。
④淤泥质粉质粘土：灰色，含贝壳及腐植物，夹粉细砂薄层，无摇振反应、中等韧性、中等干强度、切面稍有光泽，流塑。
以下为砾砂、碎石层和熔结凝灰岩。软土层总厚度约13m，天然含水量为55.0%，，天然孔隙比为1.355，标贯击数小于10，容许承载力值60KPa，压缩模量1.5MPa。
设计采用φ1200高压旋喷桩对码头后方进行地基加固，设计桩长13米，桩间距1米，设计要求施工28天后，取样无侧限抗压强度大于2.5MPa，旋喷桩平面布置图如图1。

3施工技术参数的确定
因桩径为1200mm所以本工程采用二重管钻机，旋喷桩直径与土质、施工方法、工艺参数密切相关。根据动量定律，喷射流的破坏力F表示为：F=ρAV2
式中F为喷射流的破坏力（N）；
ρ为喷射流介质的密度（kg/m3）；
A为喷嘴断面积（m2）；
V为喷射流介质的速度（m/s）。
由上式可知，在ρ和A一定时喷射流的破坏力与速度的平方成正比。
根据伯努利方程：z1+P1/γ+u12/2g=z2+P2/γ+u22/2g
式中z为单位重流体的位能；
P/γ为单位重流体的压能；
u2/2g为单位重流体的动能。
第一状态（喷浆管中）和第二状态（喷嘴出口）的位能近似相等，P1≈20MPa远大于P2≈0.1MPa（一个大气压），因为喷浆管直径42mm，喷嘴直径2.2mm，u12：u22=（2.2/