高压旋喷桩与水泥土搅拌桩在地基处理中的分析对比

高压旋喷桩与水泥土搅拌桩在地基处理中的分析对比摘要：随着社会的发展与进步，重视高压旋喷桩与水泥土搅拌桩在地基处理中的分析对比对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍高压旋喷桩与水泥土搅拌桩在地基处理中的分析对比的有关内容。关键词高压旋喷桩；水泥土搅拌桩；原理；施工；工艺；引言在化工企业的消防水池及循环水池的建设中针对软弱地层区域和一些回填方区域，为了消除原地面地基承载力的局限性，防止地面的不均匀沉降，往往在水池底板基础下部采取水泥搅拌法和高压喷射注浆法加以处理，虽然二者同属于软弱地基的化学加固方法，但在工作原理、施工工艺及机械组合、水泥固结体的强度、单桩承载力、最佳水灰比、应用范围等都有不同之处，许多施工人员和监理人员容易产生混淆、偏差是因为水泥搅拌喷浆和高压喷射注浆的操作过程和质量检验上较为类似。一、两类桩的工作原理（1）水泥搅拌法（桩）是利用水泥等材料作为固化剂，通过搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。水泥搅拌法分为粉喷法和浆喷法两类，浆喷法较适用于天然含水量小于30%的软弱土层，如杂填土、粉粒含量高的粉土和砂土；粉喷法较适用于天然含水量大于50%、塑性指数大于10的软土地质，如淤泥质土、粉土和含水量高的粘性土。从搅拌效果看，相对于同样的搅拌时间，粉喷法比浆喷法得到的强度高，强度离散性小；但浆喷法施工简单、施工质量容易控制，特别是固化剂的计量方法上，水泥浆比水泥粉更容易计量。（2）高压喷射注浆法是利用带有注浆管的钻机钻至土层的预定位置，以20MPa左右的高压将加固浆液从喷嘴喷射出冲击土层，土层中土粒在高压浆流的冲击力、离心力、重力等作用下，与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成一个凝固的柱体。另外，喷入一定含量的水泥浆，挤压桩周围土质，起到挤密作用。高压喷射注浆一般有旋转喷射、定向喷射和摆动喷射三种喷射型式，最常应用的就是旋转喷射，也就是旋喷桩。不少施工人员把旋喷桩和水泥搅拌桩（湿喷法）确认为一个概念的两种说法并且在施工中按相同技术指标要求是错误的。二、两类桩的施工工艺和成桩机械（1）粉喷桩的施工程序为：钻机定位→钻杆下沉钻进→上提喷粉强制搅拌→复拌→提杆出孔→钻机移位。主要配套机械由主钻机、空压机、储灰罐和发电设备组成，目前常用的机型有日产DJM型系列和国产的GPP型系列。（2）水泥浆搅拌桩的施工程序为：钻机定位→预搅下沉→制备水泥浆→提升喷浆搅拌→重复上、下搅拌→清洗→移位。主要配套机械由主钻机、压浆泵、集料斗、灰浆搅拌机和发电设备组成，常用的机型有国产的SJB-1、GZB-600、DJB-14D型系列。（3）高压喷射注浆旋喷桩(以下简称旋喷桩)的施工程序为：钻机定位→钻孔→插管（单管旋喷钻孔和插管合二为一）→喷浆→冲洗→移位。主要配套机械（单管法）由主钻机、高压泥浆泵、水泥浆搅拌机、注浆管、高压胶管和发电设备组成，目前最常用的单管机型有国产76型系列。三、两类桩的强度和承载力（1）通过对软弱地基实施水泥搅拌桩或旋喷桩的加固办法，可以使复合地基承载力增大，复合地基承载力的提高是由单桩承载力和桩的分布密度决定的，单桩承载力取决于桩体强度和地基土对桩的承载力。水泥搅拌桩和旋喷桩的外界破坏形式是相似的，即桩身破坏和桩—土体系破坏，两种破坏起关键作用的是水泥含量，水泥含量5%~15%时，单桩承载力由桩的强度决定，水泥含量25%以上时，单桩承载力由桩的侧向摩擦力和桩尖反力决定。（2）影响水泥搅拌桩强度的指标有水泥掺入比、外掺剂、水泥标号，另外土中含水量及有机质含量、温度环境也对强度的形成和大小有一定影响。其中水泥掺入比宜为7%~15%，加固强度标准值宜取试块90天，一般强度可达到0.3~.3MPa。（3）影响旋喷桩强度的指标有土质、喷射材料及水灰比、注浆管的类型和提升速度、单位时间的注浆量等，由于旋喷桩是高压喷浆（20MPa以上）形成的固结体，室内试验很难完成，加固强度一般按28天龄期的桩身试块的无侧限抗压强度来确定。水灰比为1∶1～1.5∶1，固结体28D抗压强度可达1.0~20MPa。四、两类桩在地基处理中的分析对比旋喷桩：系利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速（15～30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，形成具有一定强度(0.5～8.0MPa）的圆柱固结体(即旋喷桩),从而使地基得到加固。旋喷桩的特点是：可提高地基的抗剪强度；能利用小直径钻孔旋喷成比孔大8～10倍的大直径固结体，可用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体；施工噪声低，振动小；可用于任何软弱土层，可控制加固范围；设备较简单、轻便，机械化程度高；料源广阔，施工简便，速度快，成本低等。深层水泥搅拌桩，适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、素填土、粉土、粘性土以及无流动地下水的松散砂土等土层。加固深度一般大于5.0m。在施工方法上，按其使用加固材料的状态，可分为浆液搅拌法（湿法，即本细则深层水泥浆搅拌法）和粉体搅拌法（干法）两种施工类型。根据场地工程地质条件和上部结构荷载要求及水泥土桩的受力状态，深层搅拌桩形成的水泥土加固体，可作为基坑工程围护挡墙、防渗帷幕；竖向承载的复合地基；大体积水泥稳定土等。深层搅拌加固体的形状可分为柱状、壁状、格栅状和块状等。其中，柱状加固体形式多用于软土加固的复合地基；壁状、格栅状加固体形式，主要作为深基坑开挖的围护档墙、防渗帷幕；块状加固体形式，多用于上部结构单位面积荷载大，不均匀沉降控制严格的构筑物地基。但是，不论哪种加固体形式，深层搅拌桩施工均具有成桩速度快、效率高、成本低、无振动、无噪音、无污染等特点。围护结构高压旋喷桩，适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、素填土、粉土、砂土、碎石土等土层，而当土层中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有较多的有机质以及地下水流速过大时，则需慎重使用或根据现场试验结果来确定其适用性。在施工方法上，可分别采用单管法、双重管法、三重管法；在喷射形式上又可分为旋喷、定喷和摆喷三种，加固深度一般大于5.0m。其具有成桩速度快、效率高、施工无振动、无噪音等特点；但施工中水泥浆流失（浪费）较多，会造成一定范围的施工环境污染。旋喷桩（加固体）可用于既有建筑和新建建筑地基加固，深基坑、地铁等工程的土层加固或防水。而在基坑围护工程中多以定喷或摆喷形式单独作为防渗幕墙使用，或与抗伏排桩配合（做桩间定向摆喷）作为防渗挡墙使用。关于水泥搅拌桩和高压旋喷桩，在相同的水灰比、相同桩长、相同桩径、相同土质条件下，后者在单桩强度或地基加固强度方面都要较优于前者。但是在一般条件下，水泥搅拌桩工艺完全可以回填地段复合地基承载力的要求，操作方法相对简便，经济性较好。高压旋喷桩更适用于较高层建筑物软弱地基的加固。不少施工队伍由于其设备的局限性，往往把粉体喷射搅拌法施工用机械即国产GPP系列粉喷桩机加以改造运用到水泥浆搅拌法的施工中去，这种改造只是把空气压缩机换成灰浆泵，而钻机主机还沿用粉喷桩机。从取芯结果来看，由这种加以改造的粉喷桩机施工成型的水泥浆搅拌桩普遍存在搅拌不均匀、岩心完整性差，桩体下部多呈块状且固结状态差等缺点。建议建设单位今后杜绝把改装的旋喷桩机运用到水泥浆搅拌桩的施工上。两类桩的施工，现场控制是关键，其中对外加材料、机械设备、施工工艺三者的控制指标应严格执行。同时也要兼顾经济性，对于桩长、桩径、桩的分布密度和分布范围都须要设计部门反复论证，施工中要严格按有关规范执行。结束语综上所示，高压旋喷桩与水泥土搅拌桩在地基处理中具有重要的作用。虽然二者同属于软弱地基的化学加固方法，但在工作原理、施工工艺及机械组合、水泥固结体的强度、单桩承载力、最佳水灰比、应用范围等都有不同之处，因此，重视两类桩的区别，以及应用分析具有重要的意义。参考文献[1]建筑地基处理技术规范（JCJ79—2002）[S].北京：中国建筑工业出版杜.[2]顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊，汪时敏.地基与基础[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.[3]建筑地基基础设计规范（GB50007—2002）[S].北京：中国建筑工业出版社.[4]徐超，叶观宝.水泥土搅拌桩复合地基的变形特性与承载力[J].岩土工程学报，2005，5：600—603.