黄俊谦，王旭锋，薛武强

1.上海腾达建设股份有限公司，上海 200120；2.浙江工业大学岩土工程研究所，浙江 杭州 310000

0 前言

高压旋喷桩因其安全可靠、施工噪音小、桩身强度高及材料价格低廉等优点被广泛应用于建筑和道路的地基建设中。尤其对于软土地基的加固具有良好的适用性，克服了传统注浆法对淤泥质土、软粘土和粉土加固效果较差的缺点。安宏强［1］首先分析了高压旋喷桩技术的原理，结合工程探讨了高压旋喷桩在软土地基中的施工过程及高压旋喷桩的质量控制措施。李玉阳［2］选取我国分布较广的软土地基作为研究对象，并以高压喷射注浆法作为处理方法进行研究。指出通过对地基土中注入浆液，使得软弱土地基、特殊土地基能够承受上部建（构）筑物荷载，满足建（构）筑物安全使用的功能和要求。吴少甫［3］结合高压旋喷桩在框架桥地基加固工程中的具体应用实例，分析高压旋喷桩加固框架桥地基的原理和施工过程，加强成桩的效果和地基的牢固度。张清峰［4］结合高压旋喷注浆法在谢桥煤矿济河铁路中桥地基加固中的实际应用情况，就该工程的概况、地基加固设计、成桩质量等作了介绍，分析提出了该技术的优势。赵顺波［5］结合实际工程现场静载试验，采用有限元计算方法研究了桩长和桩土模量比对深层搅拌桩和高压旋喷桩复合地基在回填土中的桩体承载特性、荷载传递及复合地基变形特性的影响。合理的高压旋喷桩长可有效增强回填土地基的承载力。

1 项目概况与高压旋喷桩施工参数

1.1 工程项目概况

依托工程项目为台州东部新区2018 年度市政道路基础设施工程（EPC 工程总承包）标段一，位于台州市集聚区滨海吹填土区域，项目共涉及16 条道路，道路宽度30m～50m 不等，包括22座桥梁，设计采用高压旋喷桩对桥梁桥台处进行软基处理，加固长度为桥梁桥台前后30m，宽度42m～52m，有效桩长10m和12m 两种。场地所在地貌单元属冲海积平原，原始地貌为滩涂，后由吹填土回填并进行真空预压地基处理，局部地段石渣、砂土回填。地势平坦，地面标高1.67～5.33m 之间。

1.2 高压旋喷桩作用机理

高压旋喷通过喷射流对土体的破坏作用，使土体由整体状态变为松散状态。随着喷射流的连续冲切和移动，土体破坏的深度和范围不断扩大，旋喷时高压喷射流是水泥浆液，即以水泥作为硬化剂，边旋转边以一定的速度缓慢提升，被切削下来的一部分细小土粒被浆液置换发生升扬置换作用，随着液流以泥浆的形式被带到地面（称为冒浆）。其余的土颗粒在喷射动压力、离心力和重力的共同作用下，在横断面上按质量大小有规律地重新排列并与浆液搅拌混合形成一种新型的水泥—土网络结构。

1.3 高压旋喷桩施工技术基本参数

为保证桥梁桩基施工质量及施工安全，采用高压旋喷桩对桩基周边土体进行加固，处理范围在桩基的四周处，桥梁桩基位置采用现场投放钢筋笼浇筑。本工程旋喷桩施工采用单管法旋喷，为防止旋喷桩施工时由于相邻两桩施工距离太近或间隔时间太短，造成相邻高喷孔施工时串浆，采取分批跳孔施作，钻孔桩施工时按每间隔两孔施作。

高压旋喷桩成桩直径600mm，间距500mm，采用42.5硅酸盐水泥，工作压力≧20MPa，根据设计参数计算旋喷桩水泥用量，以槽壁加固桩长为10m 计算，水泥用量计算如下：

根据公式：

式中，G—单根桩水泥用量，kg；

D—Φ600mm 旋喷桩的截面积，取0.283m2；

H—槽壁加固桩长（下沉、提升深度），取10m；

γs—土的容重，根据地勘情况取 1.75kN/m3；

Cp—水泥掺入量，以25%计。

1m 桩长的一根旋喷桩所需水泥用量为：

单位时间内喷浆量的计算，按照设计要求，搅拌下沉速、提升速度度宜控制≤ 0.5m/ min，并保持匀速下沉或提升。

式中，

Q——水泥浆总体积，L；取值 2830L；

q——单位时间喷浆量，L/min；

H——槽壁加固桩长取10m；

v——提升速度，暂取0.2m/min；

β——损失系数，通常0.1～0.2；取0.2。

代入计算如下：

2 高压旋喷桩无侧限抗压强度分析

2.1 现场取芯

钻孔取芯检测是利用高速液压钻机，在旋喷桩固结体达到一定龄期后钻取岩芯，通过钻取的岩芯来判断固结体的整体性、桩长，并将所取岩芯做成标准试件进行室内物理力学试验，检测其抗压强度，根据检测结果判断其是否符合设计要求。

2.2 试验取土点

如图1 所示，图上A、B 点为直径 600mm 的旋喷桩断面上的两个点，代表取芯时在平面上的两个位置。A 点在圆心为注浆孔位置，点B 在距离A 点300mm 处，旋喷桩断面图如图4。

旋喷桩旋喷长度内均为淤泥质土，在30 天、60 天、150 天、230 天时，分别在工程桩①、工程②、工程桩③、工程桩④的A、B两点下取样，每个点下的取样深度均为2.0m、3.0m、5.0m、7.0m、8.0m、9.0m。每个点下每个深度处只取一个试样，故每根桩的A、B 点下各需要取6 个样，对6 个试样进行无侧限抗压强度试验，得到4 根工程桩无侧限抗压强度的平均值，4根桩共需采48 个芯样，工程桩及试桩取芯时间点如表1 所示。

图1 旋喷桩桩顶断面图

2.3 无侧限抗压强度试验

为了有效有效观察试样土层的变形情况，采取室内试验的方式对土样进行无侧限抗压强度试验，主要监测土样在压力作用下的应力变化，以及试验过程中土样的破坏程度，试样破坏图如下图4～图7。

图2 30 天的试样压缩试验

图3 60 天的试样压缩试验

图4 150 天的试样压缩试验

图5 230 天的试样压缩试验

2.4 强度随养护龄期变化规律

取芯土样的无侧限抗压强度随养护时间的变化如表2 所示，无侧限抗压强度随养护时间的变化关系如图8 所示。

表2 土样无侧限抗压强度

图6 无侧限抗压强度随养护时间的变化关系

3 高压旋喷桩地基处理数值模拟分析

通过利用软件Midas GTS 对高压旋喷桩旋喷长度和数量对邻近桥梁桩基的水平位移、桩身轴力和桩身弯矩的变化规律进行详细的分析（其中桩身的最大位移、最大弯矩和最大轴力随各参数改变的趋势图只考虑前排桩身）。

3.1 高压旋喷桩长度对桥梁桩基的影响

（1） 桩体最大位移

图7 高压旋喷桩长度对桩基位移的影响

从上图中可以看出，桩体最大位移分别为4.63mm、4.32mm、3.92mm 和3.57mm。随着高压旋喷桩深度的增加，桩土相互作用越小，桩身的最大水平侧移也越来越小，堆载对桩的影响逐渐减小。由此可得，适当增加高压旋喷桩的长度来减少堆载对桥桩基水平位移的影响。

（2） 桩体最大弯矩

图8 高压旋喷桩长度对桩基弯矩的影响

从上图中可以看出，桩体最大弯矩随着高压旋喷桩长度的增加，呈现一种先增大后减小的趋势，旋喷桩长度一定时，桩身的弯矩可达最大值。由此可得，适当增加高压旋喷桩的长度，可减小桩基所承受的弯矩。

（3） 桩体最大轴力

图9 高压旋喷桩长度对桩基轴力的影响

从上图中可以看出，桩体最大轴力随着高压旋喷桩长度的增加，变化趋势并不明显，说明旋喷桩长对桩基的轴力影响不大。

3.2 高压旋喷桩数量对桥梁桩基的影响

（1） 桩体最大位移

图10 高压旋喷桩数量对桩基位移的影响

从上图中可以看出，桩体最大位移分别为4.63mm、3.95mm、3.46mm。随着高压旋喷桩数量的增加，桩身的最大水平侧移也越来越小，堆载对桩的影响逐渐减小。由此可得，适当增加高压旋喷桩的数量来减少堆载对桥桩基水平位移的影响。

（2） 桩体最大弯矩

图11 高压旋喷桩数量对桩基弯矩的影响

从上图中可以看出，桩体最大弯矩随着高压旋喷桩数量的增加，呈现一种先增大后减小的趋势，旋喷桩数量一定时，桩身的弯矩可达最大值。由此可得，适当增加高压旋喷桩的数量，可减小桩基所承受的弯矩。

（3） 桩体最大轴力

图12 高压旋喷桩数量对桩基轴力的影响

从上图中可以看出，桩体最大轴力随着高压旋喷桩数量的增加，呈现一种先增大后减小的趋势，旋喷桩数量一定时，桩身的轴力可达最大值。由此可得，适当增加高压旋喷桩的数量，可减小桩基所承受的轴力。

4 结论

（1）根据试样强度随养护时间的变化关系可知，随着养护时间越长无侧限抗压强度呈现先增加后减小的变化趋势，表明养护时间在60 天左右时试样强度相对较大。

（2）增加旋喷桩的长度，其桥梁桩基的水平位移呈现逐渐减小的趋势，最大弯矩呈现先增大后减小的趋势，适当增加高压旋喷桩的长度可减少堆载对桥梁桩基水平位移的影响和桩基所承受的弯矩；由于其桩的轴力变化并不明显，表明桩的轴力受喷桩长度变化影响小。

（3）改变旋喷桩数量时，对桥梁桩基的水平位移、弯矩、轴力影响均较大，适当增加高压旋喷桩的数量不仅可减少堆载对桥梁桩基水平位移的影响，还可减小桩基所承受的弯矩和桩基所承受的轴力。