摘要:公路桥梁工程对于旋喷桩的使用较多，旋喷桩对于饱和淤泥软土加固效果显著，不仅可以有效地提高加固地基承载能力，而且单壁钢管围堰结合旋喷桩还可以作为桥台承载结构。对桥梁工程地基处理加固采用的旋喷桩的施工工艺进行介绍，以及对旋喷桩的加固机理进行分析。通过对旋喷桩状体切割试块进行试验，发现旋喷桩强度随着养护龄期的增加而增加。针对这一现象，对桩体强度机理进行相关研究，研究表明随着水泥石水化产生的晶体与桩体包裹的土颗粒形成状体的一部分，增加了旋喷桩的抗压强度。
关键词:旋喷桩;施工工艺;加固机理
前言
随着我国交通运输的不断发展，桥梁工程对于公路与铁路运输起到至关重要的作用，桥梁作为跨越河流与沟谷的重要枢纽对于交通运输的作用不言而喻［1］。桥梁地基是影响桥梁工程安全的关键因素，一部分桥梁工程地基经常位于河床或者沟谷，桥梁地基多处于软弱土层或沙土层中，桥梁地基不仅要承担桥梁自重以及桥梁过往车辆产生的震动载荷，所以桥梁地基不仅要承担上部荷载还要有一定的地基承载能力。20世纪70年代，日本首次采用旋喷桩加固软土地基，并取得了良好的效果［1］。长江三峡工程也采用旋喷桩加固水库大坝，对软弱地基以及风化严重的岩石进行加固处理。旋喷桩广泛应用于软弱地基加固处理技术。
1旋喷桩应用
20世纪60年代初期，旋喷桩技术开始逐渐推广，日本最先采用旋喷桩用于地基加固以及施作基坑止水帷幕［2］。旋喷桩技术通过在实践过程中不断改良，逐步应用到桥梁路基加固、住房基坑围护以及山体边坡加固等方面，特别是公路与桥梁交通领域应用更为广泛。旋喷桩是利用旋转喷嘴将水泥浆液以一定压力旋转喷出，同时以一定的速度进行提升，使喷出的浆液与土体混合凝固，形成圆柱形的桩体。在钻机按照设计要求钻好孔后，将注浆钻机的喷嘴放置在土层预定埋深位置，通过喷嘴将浆液以30MPa的压力喷出，由于喷出的浆液速度较快，含有较大的冲击能量，导致钻孔周围一部分土体在较大能量的冲击作用下剥落，一些土颗粒与喷出的浆液混合形成固结体，旋喷桩示意图如图1所示。
1.1旋喷桩加固地基的优点
1)旋喷桩使用范围较广，对土层要求不高，可适用于多种土层以及特殊的地质条件。2)旋喷桩的加固效果较好，加固强度高，桩体强度可达1000～10000kPa，而且旋喷桩的主要材料是水泥，施工成本较低，经济效益高。3)旋喷桩的形状与入土角度也是多种多样的，可以是竖直向下也与地表成一定角度倾斜向下，加固区间大。4)旋喷桩对周围土体扰动中，而且使用寿命较高，不仅可以作为地基加固处理也可作为永久的地基支护结构。施工影响范围小，且旋喷桩形状不固定，可根据工程需要设计旋喷桩形状，施工简单。
1.2旋喷桩加固分类
旋喷桩根据喷射方式的不同可分为:单管、二管和三管旋喷法，表1为三种喷射注浆分类［3］。单旋喷桩加固机理是将高压浆液通过单根管道喷射出去，利用高速运动浆液切削钻孔周围土体，使切削下来的土体与浆液混合，形成直径为40～50cm的圆柱形桩体，通过高压喷射的浆体挤压钻孔周围土体，以及浆液压力使钻孔周围土体通过挤压密实。当土体与浆液混合凝固以后，旋喷桩在自重作用下对桩体周围土体也会有一定的挤压密实效果。
2旋喷桩施工工艺
1)施工准备工作。在施工旋喷桩前首先按照图纸设计确定旋喷桩的布置位置，整平旋喷桩周围土体，并在周围空地预先施工排浆池，用于排除钻孔中多余浆液。施工设备主要有TX－100，QT50旋喷钻机，以及BWT100/30高压注浆泵。旋喷桩的主要材料是水泥，当施工机械和使用材料准备好后，检查钻孔机械各个设备的使用性能，以及对水泥进行强度检验，确定水泥强度，并留样保存。2)成孔施工。在钻孔施工前先要按照图纸进行放样，标记出每一个钻孔的位置。放样结束后调整钻机的角度，每个钻孔的平面误差不应该超过0.5cm来进行钻机钻孔。旋喷桩施工中为防止挤土现象，应该隔桩施工，最后补齐剩下的旋喷桩。3)钻机就位。施工前对各个机械进行逐一检查，检查高压注浆泵体内是否有残渣并检查各部位密封圈是否完好，钻机的传动与制动装置是否正常运行，检查钻机与注浆泵各个部位螺母是否扣紧，以及钻机减速箱与变速箱是否正常。在检查施工机械完成之后记录留底。然后使用卷尺测量钻杆长度，在钻孔设计深度留下标记，以便确定钻孔深度以及防止钻孔过深。接着调整钻机的角度，对于竖直桩而言，钻杆的垂直度应当小于1.5%。4)旋喷桩施工。旋喷桩的施工流程如图2所示，调整钻孔角度以后进行钻孔施工，钻孔施工中注意钻孔转速，对于钻机遇到障碍时应该查明具体原因，遇到卡钻情况应当停止钻孔，防止钻孔角度出现偏差，调整钻孔角度后，然后继续进行钻孔施工。5)在钻孔施工结束后，将注浆管插入钻孔底部进行旋喷注浆，注浆时应该控制注浆压力与注浆管的提升速度，对于第一根旋喷桩施工，应该在施工结束后进行二次注浆复喷，因为第一次施工旋喷桩的直径往往达不到设计要求，重复喷射浆液增加旋喷桩直径，以满足设计要求。在第一根旋喷桩施工结束以后，清洗注浆管与注浆机具，清理机械内的残留水泥浆液。
3旋喷桩成桩试验
水泥强度以及土质和旋喷桩成桩质量直接影响旋喷桩的强度，由于旋喷桩的施工特点，导致旋喷桩成桩以后含水量较大，而且在施工旋喷桩时，钻孔周围切削下来的土块与浆液混合，导致桩体自身存在缺陷，桩体密实度有所降低导致旋喷桩的强度有所降低。对工程中常用的C30水泥旋喷桩，切割7cm×7cm×7cm的立方体试块进行试验，实验结果如图3所示，从图3中可以看出，在2个月龄期养护下，试块的抗压强度为11.2MPa，随着桩体养护龄期的增长，桩体的抗压强度也进一步增长，而且试块的强度增长在养护龄期为6个月以内增长较快，在之后的6～12个月养护龄期内强度增长较为缓慢。从图3中试块的强度增长曲线可以看出，旋喷桩的强度增长曲线明显与普通的混凝土试件不同。其中的原因主要有以下几点:①水泥的水化硬化作用，旋喷桩的主要材料是水泥，水泥石也是桩体主要的强度来源，随着养护龄期的增长水泥不断进行水化，水化凝胶体相互搭接在一起，导致桩体的强度进一步增长;②旋喷浆液使切削的一部分土体被浆液包裹。待浆液凝固以后成为水泥桩体的一部分，水泥的逐渐水化改变包裹土体的结构，随着水泥水化过程中钙矾石晶体的不断增长，晶体之间相互接错形成网状空间结构，周围土颗粒被水化晶体包裹，形成水泥石－土骨架结构［4］，这也是桩体强度不断增长的一个因素。
4结语
1)旋喷桩可以有效加固桥梁软弱地基，通过向钻孔内注射高压水泥浆，由于水泥浆液凝固后具有较高的强度，将桥梁荷载直接传递到坚硬土层中。2)旋喷桩加固桥梁软土地基效果较好，桩基承载能力较高，而且对于重力式桥台来说可以抵抗一定的水平荷载。3)对于承载能力较低的饱和淤泥土，可采用竖直旋喷桩作为桥台的承重构件。4)旋喷桩强度增长与水泥石的强度增长曲线不一致，由于水泥石与包裹的土颗粒成为桩体的一部分，导致桩体强度逐步在增长。［ID:009986］