摘要：高压喷射注浆法是用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法，我国简称为高压旋喷桩。文章结合具体的工程实践，着重介绍了高压旋喷桩加固路基设计，阐述了旋喷桩设计参数、试桩后参数修正及施工质量检验，为同类工程提供借鉴。
关键词：高压旋喷桩；复合地基；地基加固；质量检验；城市道路；旧路改造 文献标识码：A
1 概述
高压喷射注浆法（Jet Grouting）是用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。我国简称为高压旋喷桩。
20世纪60年代末期，日本NIT公司创造出这种全新的施工法――高压喷射注浆法。它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，用高压设备使浆液或水以20MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定的速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个均匀的固结体，其地基加固和防水止渗效果良好。当时定名为CCP工法（Chemical Churning Pile or Pattern，我国现称单管法）。在1973年莫斯科举行的第八届国际土力学学会（ISSMFE）会议上，这一发明得到各国岩土工程专家的称赞与重视。
2 旋喷桩的加固机理
高压喷射注浆法是地基处理的方法之一，其原理是利用钻机把带有特制喷嘴的注浆管钻到预定深度的土层，压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。被破坏的土颗粒，较细者随浆液或水沿钻杆冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小重新排列，凝固后便在土中形成一个固结体。
第一，旋喷流对土体的破坏作用对于高压旋喷喷射流，破坏土体结构强度的最主要因素是喷射动压。根据动量定律，在空气中喷射时的破坏力为：
P=ρQvm
式中：
P――破坏力（kg・m/s2）
ρ――密度（kg/m3）
Q――流量（m3/s），Q=vm・A
mv――喷射流的平均速度（m/s）
P=ρAv2m
式中：
A――喷嘴截面积（m2）
由上式可知，破坏力对于某一种密度的液体而言，是与该射流的流量、流速的乘积成正比，而流量又为喷嘴断面积与流速的乘积。所以在一定的喷嘴面积的条件下，为了取得更大的破坏力，需要增加平均流速，也就是需要增加旋喷压力，一般要求高压脉冲泵的工作压力在20MPa以上，这样就使射流像刚体一样，冲击破坏土体，使土与浆液搅拌混合，凝固成圆柱状的固结体。旋喷时，高压喷射流在地基中把土体切削破坏。其加固范围就是喷射距离加上渗透部分或压缩部分的长度为半径的圆柱体。一部分细小的土粒被喷射的浆液所置换，随着液流被带到地面上（俗称冒浆），其余的土粒与浆液搅拌混合。由于旋喷体不是等颗粒的单体结构，固结质量不均匀，通常是中心部分强度低，边缘部分强度高。
第二，高压旋喷注浆体的成桩机理由于高压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由于被浆液置换而发生升扬置换作用，随着液流以泥浆的形式被带到地面。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。一般小颗粒在中间部位居多，外侧或边缘部分土颗粒较大。随着喷射流在终了区域失去了冲切力，四周的土体未被切削下来，不能与浆液发生混合搅拌，但它仍有挤压力，对周围土体有挤密压缩作用。
3 工程实例
3.1 工程概况
龙眠山路是安庆市与合安高速衔接的重要道路，也是安庆城市规划中的南北向城市主干道之一。其北起于高速公路收费站，南至华中路，道路全长6.65千米，共分A、B、C三段，红线宽度60米，其中C段全长2717.957米。现状龙眠山路C段道路为水泥混凝土路面结构，原道路修建时路段多为填滨填塘上修筑而成，由于工期紧路基处理深度不能达到设计要求。随着城市经济的发展，交通量迅速增长，特别是高速公路出入大吨位车辆不断增加，超载车辆过多、过大，导致道路再现断板、唧泥、翻浆、错台、桥面破损等病害，行车舒适性差，路面使用性能降低，通行能力下降，严重影响了城市经济发展和道路服务水平。
3.2 现状道路调查
图3 拆除旧水泥混凝土 图4 高压水泥旋喷桩
路面后路基 平面布置示意图
3.3 路基设计
龙眠山路高速公路出入口连接市区重要城市主干道，且道路两侧地块均已开发，要求道路改造工期短，对两侧地块影响尽量降到最低，因此常规换填等地基处理方法不适合本工程。结合地基土层的物理力学性质，充分考虑到高压旋喷桩在处理软土地基中的显著作用及该工程周围的具体条件，决定该道路机动车地基处理采用高压旋喷桩法。
设计的提升速度为50cm/min，旋转速度为20r/min。施工采用单管法，注浆中喷嘴直径选用2.0～3.2mm。旋转速度为20r/min。通过试桩来调整。
设计复合地基承载力为130kPa，土基施工结束、道路铺基层之前必须测土路基层回弹模量，E0>30MPa。
图5 施工现场
表1
序号 荷载
（kN） 历时（min） 沉降（mm）
本级 累计 本级 累计
0 0 0 0 0.00 0.00
1 36 75 75 0.33 0.33
4 90 75 285 0.42 1.34
9 180 60 615 1.06 5.19
10 144 15 630 -0.48 4.71
11 108 15 645 -0.56 4.15
最大沉降量：5.19mm
最大回弹量：3.04mm；回弹率：58.6%
图6 Q-s曲线图 图7 s-lgt曲线图 图8 s-lgQ曲线图
3.3.4 复合地基承载力检测。本次试验根据中华人民共和国建设部行业标准《建筑地基处理技术规范JGJ79-2002》附录A.复合地基载荷试验要点中的有关规定，共进行了三个点的单桩复合地基载荷试验。
表2
序号 荷载
（kN） 历时（min） 沉降（mm）
本级 累计 本级 累计
0 0 0 0 0.00 0.00
2 123 90 180 0.56 1.51
4 205 90 360 0.83 3.06
5 246 90 450 0.92 3.98
6 287 90 540 1.10 5.08
8 246 30 720 -0.81 5.47
9 164 30 750 -0.87 4.60
11 0 180 960 -1.45 1.95
最大沉降量：6.28mm；最大回弹量：4.33mm
图9 Q-s曲线图 图10 s-lgt曲线图 图11 s-lgQ曲线图
3.3.5 土路基顶面弯沉值检测。设计回弹模量值换算成弯沉值实测
