高压喷射灌浆技术在泵站地基基础处理中的应用

高压喷射灌浆技术在泵站地基基础处理中的应用

摘要：高压喷射灌浆技术具有适应土层范围广、工程造价较低、施工灵活便捷

等优点，因而获得广泛应用。本文结合泵站地基基础的处理，对高压喷射灌浆技

术的加固机理、技术类型、适用范围、施工流程与方法进行了分析。

关键词：高压喷射灌浆；泵站；地基基础

高压喷射灌浆技术是目前应用广泛的一种地基基础处理技术，通过高压水

（浆液）形成的高速射流，冲切、搅动、破碎地层土体，并与水泥基质浆液拌合，形成具有一定强度的水泥土固结体。由于施工便捷、造价较低，故在水利、电力、化工、冶金、建筑、交通等行业获得良好应用，它也是泵站地基基础处理的常用

技术之一，本文结合工程应用进行了分析和总结。

1 高压喷射灌浆加固机理、技术类型与适用范围

1.1 加固机理

高压喷射灌浆加固地基一般分为钻机预成孔和喷射加固两个阶段。通过钻孔

使喷射头达到预定深度，再以高压水（浆）形成的高压射流冲击、破坏土体。由

于射流能量集中在很小区域，作用力大，再加上气、水（浆）同轴射流的协同作用，土体被破坏后迅速被气流冲散，加大了破坏力。另一方面，射流对土体还有

压密作用，尤其是对黏性土的压密效果更为突出。水泥是水硬性胶凝材料，其中

的硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸钙等矿物成分与水发生水化反应和胶凝化反应，在

硬化的同时也把土粒胶结在一起。水泥完全水化的过程非常缓慢，但部分水化胶

结已使固结体有相当的强度，水泥与黏性土形成的固结体抗压强度可达5～

10MPa，与砂类土或砂砾形成固结体抗压强度达到5～20MPa。由于固结体内的

空隙之间并不贯通，且固结体外部有一层致密的硬壳，所以固结体渗透系数较小（10-5～10-7cm/s），加固处理的地基有较好的防渗性能。同时固结体化学稳定

性较好，加固体的抗冻、抗干湿循环能力较强[1]。

1.2 技术类型

按注浆管类型或工法型式，高压喷射灌浆分为单管法、双管法、三管法和多

管法。单管法就是一个浆液管，双管法包括一个浆液管和一个气管，三管法包括

浆液管、气管和水管各一，多管法在三管法的基础上增加抽泥浆管。按喷射方式

及固结体性状，高压喷射灌浆又可分为旋喷、定喷、摆喷三种类型，旋喷形成的

固结体为圆柱状，定喷形成的固结体为板状或壁状，摆喷形成的固结体为扇状。

1.3 适用范围

旋喷法有利于提高土体的抗剪强度和抵抗变形的能力，所以主要用于加固地基，适合的地层包括粉土、砂土、砾石、卵石或碎石。定喷法和摆喷法多用于基

坑防渗、稳定边坡等场合，其中定喷法适于粉土和砂土，摆喷法适于地层同旋喷法。单管法适于加固软土地基及淤泥地层的桩间止水等场合。双管法主要用于加

固软土地基及对粉土、砂土、砾石土等地层进行防渗加固。三管法用于加固除淤

泥地基以外的软土地基，以及对砂土、砾石土等地层进行防渗加固。此外，高压

喷射灌浆还可与其他防渗加固技术结合，扩展其适用性，例如高压旋喷桩与深层

搅拌桩结合作地基防渗加固；若在旋喷桩内下放钢筋笼，可形成类似地下连续墙

效果的连续防渗墙，可用于软弱地层的防渗加固[2]。

2 高压喷射灌浆技术在泵站地基基础处理中的应用

2.1 工程概况

某泵站紧邻珠江支流河道和入海口，地层由上至下依次为杂填土（0～4m）、

淤泥质土/粉质砂土（4～16m）、砂土/粉质砂土（16m以下）、强风化砂岩

（25m以下）、中风化砂岩（29.6m以下）。因地下水位浅，地基土处于饱水状态。泵基础原设计采用φ300mm和φ400mm预制管桩，其中φ300管桩长25m，φ400管桩长29.6m。由于φ300管桩桩端仅及砂土、粉质砂土层，没有进入持力层，在海水潮汐、饱水地基土、载荷作用等综合因素影响下，泵基础及管线支墩

出现下沉、开裂和不均匀沉降现象，已威胁到设备的正常运转，所以必须对沉降

的地基基础进行加固处理。

2.2 加固方案

由于该泵站还在运行之中，为了不影响泵站的运行，加固处理必须在保证设

备安全运行的前提下进行。提出多个方案进行比较，最后选用高压旋喷桩和高压

注浆的方案。考虑到φ400管桩已进入持力层，并且当前沉降量较小，所以不做

加固处理，而对φ300管桩采用高压旋喷桩进行加固，具体方法是在该规格管桩

两侧各布置1根斜向旋喷桩，要求插入管桩下部，且进入持力层，单桩长度

29.6m，设计桩径φ600mm。对于因场地条件限制无法布置高压旋喷桩的泵、管

基础，则采用高压注浆方式进行加固。本文主题是高压喷射灌浆技术，所以下面

不讨论高压注浆技术。

2.3 施工流程

本工程采用单管法高压旋喷桩技术，施工程序为：施工准备→试桩→工艺参

数确定→桩位测量→钻机就位→成孔（插管）、制浆→喷射作业（拔管）→冲洗。

2.4 施工方法

2.4.1 施工准备

准备工作包括人员、技术、材料、设备等方面的准备。人员准备的任务是挑

选由专业的技术人员和熟练的施工人员组成的高压旋喷桩施工团队，技术准备包

括施工方案的制定、质量安全计划编制、人员培训等内容。材料设备准备包括水

泥棚、泥浆池、排污沟的建设以及机械设备的检验、维护等工作。

2.4.2 试桩与工艺参数确定

由于原地勘钻孔深度较浅，未揭露到持力层，所以需要通过试桩准确掌握场

区土层埋深和持力层深度；另外为了向施工人员提供准确的工艺参数，也需要试桩。经过试桩，确定水泥为P.O 32.5R，水泥浆的水灰比为1：1（浆液比重为

1.49），浆压23MPa，（注浆管）提升速度20cm/min，旋转速度15～20r/min，

喷嘴口径2.5mm，流量80L/min（水泥用量259kg/m），桩径φ600mm，孔深

29.6m。试样单轴抗压强度为4.7～26.3MPa，超过设计强度2.0MPa要求。

2.4.3桩位测量

按照设计要求，先采用全站仪放出控制桩，再使用钢卷尺、线绳放出单桩位置，并立小木桩为标记，若为水泥地面则使用红油漆做标记。

2.4.4钻机就位

钻机就位后，按设计要求进行定位。仔细调校钻杆方位与角度，控制孔位偏

差不超过±20mm，角度偏差不超过1%。

2.4.5成孔（插管）

基于地基土层较软的特点，采用76型振动钻机自成孔施工，并将注浆管钻进强风化岩。

2.4.6制浆

在喷浆前1h制浆，并一直保持搅拌状态至喷完浆。制水泥浆时，要先加水，后加水泥，搅拌时间不少于2min。使用前须过筛，防止水泥硬块或其他杂质堵塞