黄土地区高压旋喷注浆法软基处理方案

黄土地区高压旋喷注浆法软基处理方案近年来，随着西部大开发战略的实施，西部地区高等级公路建设规模不断扩大。在公路建设中，遇到的黄土软基问题越来越多。软基处理已成为高等级公路建设中的一个关键环节。因此从公路建设的高质量和使用的高标准要求出发，经济、合理的软基处理方案设计，已成为高等级公路建设中一个非常关键的环节，本文以尹中高速公路应用的高压旋喷注浆法为例介绍其软基处理方案设计。

软土地基处理方案设计要求

软土地基的设计方案应结合当地工程地质条件、材料供应、投资环境、工期要求和环境保护等因素，按照因地制宜、就地取材、分期修建、综合处治的原则进行充分论证，使得设计成果和施工方案达到技术上先进、经济上合理。

1、处理方案要求

认真收集沿线的地形、地貌、工程地质、水文地质、气象等资料，合理地利用钻探、触探、十字板剪切等现场综合勘探测试方法，做好软土地基各层土样的物理、力学、水理性质的室内试验，并对上述各项资料进行统计与分析，选择有代表性的技术指标作为设计和施工的依据。

软土地基上公路路堤的设计包括沉降设计计算、稳定验算及其相直的处治方法的设计，软土地基处冶施工应包括对各种材料的要求、各种处治措施及其适用条件、实施步骤和相应的施工机具。

软土地基上在施工过程中应进行沉降观测和稳定观测，并根据观测结果对路堤填筑速率和预压期等作出必要调整。在修建前应结合工程提前修筑试验路堤，以达到检验设计、指导施工的目的。

2、设计需满足的条件

当稳定安全系数小于规定的容许值时，应针对稳定性进行处治设计；路面设计使用年限内残余沉降(简称工后沉降)不满足一般路段≤O．30m要求时，应针对沉降进行处治设计；处治方案应根据当地的地质、水文、施工机具、材料及环境等条件进行经济、技术比较，依据先简后繁、就地取材的原则决定。

对于地下处治方案，应注意各段问的缓和过渡，以减小段间的差异沉降；当单一的处治方案无法满足稳定与沉降的要求时，可考虑多种措施组合应用。

软土地基路堤设计宜用动态设计方法，注意发现、搜集软基试验或工程施工过程中，影响设计的各种因素的变化，必要时应补充勘探、试验并修改原设计；在路堤设计时应考虑由于沉降变形对路堤结构断面及将来施工产生的影响。

3、设计对路堤高度、宽度及边坡的要求

软土地基下沉后，其路堤的高度、宽度及边坡均会发生变化，设计时应予以考虑。

(1)路堤的高度。软土地基上路堤填筑的高度也就是预压填土的设计高度，它必须保证预压结束地基下沉后地面以上的路堤高度不小于路基设计高度。

(2)路堤的加宽。

(3)路堤的边坡。

黄土地区软基处理设计内容

采用高压旋喷注浆法时，采用了下列设计思路：以沉降计算来确定加固深度；计算单桩和复合地基承载力时桩长取有效桩长；选取有效桩长时以桩身强度来控制；桩身强度以土质条件和固化剂掺量来控制。

其设计内容主要包括旋喷桩桩径、桩长、桩身强度、布孔形式、孔距、单桩承载力及复合地基承载力等内容。

在高压旋喷注浆法设计中，需要考虑以下几点。

①在加固软土中夹有硬层的地基时，在有叮能的前提下，首先使桩长达到相对硬层，然后再选择合理的置换率。一般情况下，当有相对硬层存在，则桩长达到硬层时复合地基的承载力最大，变形最小，短于或长于此桩长，加固效果均不佳。

②对于深厚软土的地基处理，合理选择桩身强度至关重要。因为在置换率相同时，桩身强度越大，则桩土应力比也越大，复合地基越接近于桩基础，应力扩散明显，桩端产生高应力区，下卧层受到较大的附加应力，使下卧层沉降有增大的可能。另外在深厚软土中一般采用“短而密”的布桩方式比“长而稀”的加固效果好，沉降小。

③目前对于深层搅拌桩刺入式陂坏的变形研究不多，也没有相应较好的沉降计算方法，而且在这种情况下一般沉降较大，加固的效果不明显，因此在设计过程中应严格控制桩体刚度，避免桩体刚度过大，引起刺入式破坏。

④在饱和粘性土中，单管法施工其喷射桩桩径为0．6～1．2m左右。由于土层沿垂向上的变化，对于硬土层、砂砾层，可考虑到复喷问题，以保证成桩的完整性并达到桩径的设计值。高等级公路下伏软土地基的高压喷射注浆一般采用水泥浆液，水灰比l：1左右。

高压旋喷注浆方案设计

根椐工程项目要求，在提高软土地基承载能力的前提下，采用单管法就可满足工程要求，最后确定用单管法施工。

1、旋喷桩尺寸和强度设计

(1)旋喷直径的确定。

旋喷直径确定得正确与否，不仅关系到工程的经济效益，而且还可能导致工程的失败。固结体尺寸主要取决于下列因素：土的类别及其密实程度；高压喷射注浆方法(注浆管的类型)；喷射技术因素(包括喷射压力与流量，喷咀直径与个数，压缩空气的压力、流量与喷咀间隙，浆管的提升速度与旋转速度。)

在无试验资料的情况下，对小型的或不太重要的工程可根据经验选用。对于大型的或重要的工程应通过现场喷射试验后开挖或钻孔采样确定。由于该经验选取值估计喷射桩的直径具有较大的误差，因此也可通过计算求出喷射桩的直径。

(2)旋喷桩强度设定。

注浆材料为水泥，固结体抗压强度的初步设计根据参考表1，无侧限抗压强度采用2MPa。

表1

单管法固结体强度变动范围

土质

固体抗压强度（MPa）

砂性土

3～7

粘性土

1.5～5

2、地基加固工程设计

(1)单桩轴向承载力设计。

单桩轴向承载力可通过现场载街试验确定，也可按公式计算。

(2)复合地基承载力设计。

采用复合地基的模式进行承载力计算的出发点，是考虑到喷射桩的强度较低(与混凝土桩相比)和经济性两方面。黄土地区采用高压旋喷桩处治的软土地基，应按复合地基对待。旋喷桩复合地基承载力标准值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按有关公式计算或结合当地情况与其土质相似工程的经验确定。3、布孔形式及孔距

(1)布孔形式。

喷射桩的平面布置需根据加固的目的给予具体考虑，作为地基加固的布孔形式有三角形式和矩形布置两种形式。研究项目尹中高速公路喷射处治采用三角的布孔形式。

(2)孔距确定。

通过尹中高速公路治理实施结果可知，桩间土的承载力由原来的70～120kPa提高到90～125kPa，即桩间土的承载力增加约1．3～1．8倍，治理后的桩间土在复合地基中起的作用较大。

4、喷射浆液材料

浆液材料中水泥是喷射注浆的基本材料，水泥类浆液可分为：普通型浆液，适应于无特殊要求的工程；速凝一早强型，适用于地下水位较高或要求早期承担荷载的工程；高强型，可以选择高标号的水泥。水灰比一般采用l：1到1．5：1，就能保证浆液的喷射效果。

5、注浆边界范围确定

喷射范围应在现场通过试验确定。高喷固结体的范围大小与土的种类和其密实程度有较密切关系，不同的喷射种类和喷射方式所形成的固结体大小也不相同。

确定注浆范围包括平面上确定处治的长度(沿公路纵向)和宽度(公路横向)，在垂直方向上确定喷射桩的深度。在黄土地区研究项目尹中高速公路软土地基高压喷射注浆治理中，以承载力小于200kPa和沉降量大于30cm为标准，确定公路中轴线方向上长度，横向上以路堤底部宽度作为处治宽度，约40～50m；处治深度为持力层的深度或压缩层下限处附加应力约为自重应力的0．15倍处。喷射桩的深度在10～17m之间。

结

论

(1)黄土软基的方案设计要达到需满足的条件和设计对路堤高度、宽度及边坡的要求，以达到减少路基沉降、提高路基承载力、缩短固结时间和加快施工进度为设计目的。

(2)黄土地区高压旋喷注浆软基处理方案设计中，旋喷桩浆液配比水灰比推荐采用1：1；其浆液比为水灰比控制在1：1～1：1.5左右；其布孔方式推荐以三角形为主、矩形为次。

(3)旋喷桩的桩径设计宜控制在0．6～0．8m之间；旋喷施工