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摘要：道路桥头处过大的沉降会影响行车的舒适性，阻碍行车的速度，给道路的正常使用带来不利影响。高压旋喷技术在处理桥头跳车具有针对性和技术优势，同时具有对桥涵损伤小、费用低、施工进度快、较小影响道路行车等优点。工程实践表明，高压旋喷技术能有效的解决桥头跳车问题。
关键词：旋喷技术；道路工程；高压
1.前言
20世纪80年代以来，随着我国社会经济的发展和交通现代化的需要，交通基础设施得到了重点建设，公路建设有了飞速的发展。目前我国高等级公路绝大部分建于经济发展较快的长江三角洲、珠江三角洲等沿海诸省，而这些地区的地基土通常都分布着深厚的软土层，地基土体强度低、压缩性大、含水率高、渗透性差、灵敏度高，导致道路工后沉降较大，影响了行车的舒适性，阻碍行车的速度。另外由于经济的发展，既有公路上车流量不断增大，车辆荷载增长较大，进一步加大了道路的工后沉降。道路沉降过大会使车辆对桥梁和路面造成附加冲击荷载，并使司乘人员感到不适；严重的则使通过的车辆大幅度减速，有的甚至造成行车事故，从而影响了公路的正常运营，受到公路界的广泛关注。因此对已通车道路不均匀沉降产生的原因加以分析，进而提出防治措施就显得非常必要。
2.高压旋喷桩加固地基机理及分类
高压旋喷桩是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，对土体进行切削。由于钻杆以一定速度逐步向上提升和旋转，浆液形成高压喷出后具有很大的动能，产生高速、高压的喷射流，借助高压喷射流能大量加固软弱层和挤密桩周土，能让砂砾石垫层或粘土和水泥浆充分混合、胶结、硬化，固结成一个整体。搅拌体中的钙离子与周围土体发生离子交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。按照注浆管的种类来看，高压旋喷可以分为单管旋喷法、二重管旋喷法、三重管旋喷法。
单管法是利用钻机把安装在注浆管（单管）底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固，便在土中形成一定的固结体。
二重管法是使用双通道的二重注浆管。当二重注浆管钻进到土层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20MPa左右的浆液，从内喷嘴中高速喷出，并用0.7MPa左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出。在高压浆液和它外环气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成較大的固结体。
三重管法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。高压水射流和外围环绕的气流同轴喷射破坏土体，这种旋喷方法破坏土体的能量更大，所形成的旋喷桩桩径也更大。
3.工程实例
3.1工程概况
临海某高等级公路二期路面工程，由于一期路面部分路段存在病害，局部路段出现200m纵向裂缝，路面沉降较大。为保证公路的正常使用和解决桥头跳车问题，在该公路某大桥桥南引道纵向裂缝K12+180-K12+280处进行旋喷桩处理，桩间距1.8米，桩深11-12米，总长度8588米。
3.2工程地质情况
（1）根据路基施工前勘察单位详细勘察资料
场地20m以浅自上而下分布土层如下：
①填筑土：灰-灰褐色，湿，结构松散，主要由软塑状粘土组成，含植物根系。层厚0.20～5.80米，全线普遍分布。
②粘土：黄褐色-灰褐色，饱和，硬塑，局部软塑。层厚0.60～5.80米。天然含水量平均值为27.60%，天然孔隙比平均值为0.810。
③1淤泥-淤泥质粘土：灰色，饱和，流塑。层厚0.70～22.70米。天然含水量平均值为57.8%，天然孔隙比平均值为1.639。
④1粘土：灰黄色、灰褐色，饱和，硬塑，土中可见少量铁锰质斑点。层厚0.50～12.60米，局部缺失。
（2）根据方案要求在施工前进的地质勘查资料
在施前，施工方通过钻孔取样对设计桩深进行了进一步的复核。对场地进行新的现场勘查，完成勘察孔4个，根据4个勘查孔显示路基填石厚4.5～4.8米之间，淤泥层厚10.8～12.6米。对软土层全孔取样，取样7组测试软土层含水量，最大为58.85%，最小为44.12%，平均含水量53.64%。
3.3机械设备及施工参数
高压旋喷处理路段施工钻机采用MJG-50型单管高压旋喷桩机，GYB-90D型高压注浆泵机。高压旋喷桩采用山东日照水泥厂生产的磐磊牌P.O42.5R水泥，并在监理的见证下取样送检，检测结果符合要求。施工用水使用水车装运符合要求淡水。本路段采用施工参数如下：
（1）喷嘴直径
高压旋泵喷嘴直径在2～4mm之间，经研究发现在高压泵压力相同的条件下，喷嘴直径越大桩径越大。但是施工速度会减慢，桩身强度也会相应降低，高压系统的机械、软管的密封性能也需要相应提高，因此根据试验研究结果（详见《地基处理手册》第10章）喷嘴采用2.4mm较为合理。
（2）通过试验确定的参数
制约高压旋喷桩的主要因素有高压泵压力、水泥浆的水灰比、钻机的提升速度和转速，将通过试验段确定。高压喷射灌浆属于隐蔽性工程施工，只有选择合适的工艺参数，才能保证施工质量，因此根据本工程的实际地质情况，通过试桩，最终确定采用如下工艺参数进行试验段施工。
①高压水泥浆：压力20～24MPa，流量Q=40-58L/min。
②浆液比重：浆液采用P.O42.5级复合硅酸盐水泥搅制，浆液比重1.50～1.53。 ③提升速度：旋喷提升速度为20cm/min。
④旋转速度：旋转速度为23r/min。
3.4施工顺序与工序流程
（1）施工顺序
工程大面积施工前，选取AK12+180～AK12+280段进行，先打试桩3根，了解施工工艺及旋喷效果，最后确定施工参数，再进行旋喷桩的施工。施工时，为确保旋喷桩施工时路基的稳定，采用了先施工外围第一排桩，内部隔排跳打法分两序施工的施工顺序。
（2）施工工艺流程
测量放样→引孔钻机就位→引孔→旋喷钻机就位→封堵垂向喷嘴→钻进至设计标高→下注浆管→搅浆→由下向上旋喷注浆至设计顶高程→冲洗→移位。
3.5试验桩检测情况
根据AK12+180～AK12+280段现场试桩的时间安排，在试验桩（水泥用量200kg/m、160kg/m、120kg/m）成桩12-15天后进行取芯检验成桩质量（各抽芯2根）。根据现场芯样，在注浆压力为20MPa的情况下，路面以下4～10米成桩效果很好，桩体10米以下相对较差，部分试验桩抽芯桩体在路面以下13米成桩效果较好。
针对试验桩抽芯效果较差原因，分析主要有以下几个方面：
（1）工人因质量意识不强，未严格控制机位垂直度，造成成桩偏斜率较大；
（2）施工参数不合理，对地层缺乏针对性，使成桩效果达不到设计要求；（3）临近桩施工间隔时间短，施工产生的高压使局部土体强度受到破坏，临桩施工的挤土效应，影响了桩体的质量及成桩效果。
后续施工中的改进措施：
加强工人质量意识教育，严格控制机位垂直度，
提高注浆施工注浆压力（24-28MPa），降低提升速度（12 cm/min）。
临桩施工间隔时间尽量增大，避免影响了桩体的质量及成桩
3.6施工期间监测情况
AK12+180-AK12+280段左幅设计桩数448根，桩长12米，桩间距1.8米，水泥用量200Kg/米（AK12+180-AK12+230段左幅）、水泥用量150Kg/米（AK12+230-AK12+280段左幅）。为了监测高压旋喷的加固效果，在施工期间对路面沉降状况进行了监测，在路面设置了14个沉降观测点。
由于高压旋喷施工的注浆压力较大，在施工期间路面有一定的隆起量。根据实际监测数据，路面平均隆起量为12.4cm，最大隆起量为18.2cm。高压旋喷施工结束后可以看出，桥头跳车处有明显上抬，桥头跳车现象得到了有效治理。
4.结论
（1）高压旋喷注浆法加固桥头跳車处路基具有针对性和技术优势， 具有对桥涵损伤小、费用低、进度快、加固质量和效果可靠等优点，成为处治桥头跳车问题有效手段。
（2）高压旋喷注浆法加固桥头跳车处路基包括测量放样、引孔钻机就位、引孔、旋喷钻机就位、封堵垂向喷嘴、钻进至设计标高、下注浆管、搅浆、由下向上旋喷注浆至设计顶高程、冲洗、移位等施工工序。各工序应准备充分衔接良好，一气呵成，严禁施工中断，以免造成成桩事故或设备事故。
（3）高压旋喷注浆法质量检验及控制，可从施工参数设计的审验（试桩验证） 、施工过程中监控（ 水泥质量、泥浆配制关、注浆压力、浆液水灰比、施工参数符号设计及其它现场工艺） 、施工后检查（资料检查，现场沉降观测） 等方面来实现，从而保证成桩质量和加固效果。
（4）在现场施工中应根据场地实际地层状况、沉降现状及路堤高度等工程条件选择合适的桩位布置、施工设备、工艺及技术参数。
关键词：旋喷技术；道路工程；高压
1.前言
20世纪80年代以来，随着我国社会经济的发展和交通现代化的需要，交通基础设施得到了重点建设，公路建设有了飞速的发展。目前我国高等级公路绝大部分建于经济发展较快的长江三角洲、珠江三角洲等沿海诸省，而这些地区的地基土通常都分布着深厚的软土层，地基土体强度低、压缩性大、含水率高、渗透性差、灵敏度高，导致道路工后沉降较大，影响了行车的舒适性，阻碍行车的速度。另外由于经济的发展，既有公路上车流量不断增大，车辆荷载增长较大，进一步加大了道路的工后沉降。道路沉降过大会使车辆对桥梁和路面造成附加冲击荷载，并使司乘人员感到不适；严重的则使通过的车辆大幅度减速，有的甚至造成行车事故，从而影响了公路的正常运营，受到公路界的广泛关注。因此对已通车道路不均匀沉降产生的原因加以分析，进而提出防治措施就显得非常必要。
2.高压旋喷桩加固地基机理及分类
高压旋喷桩是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，对土体进行切削。由于钻杆以一定速度逐步向上提升和旋转，浆液形成高压喷出后具有很大的动能，产生高速、高压的喷射流，借助高压喷射流能大量加固软弱层和挤密桩周土，能让砂砾石垫层或粘土和水泥浆充分混合、胶结、硬化，固结成一个整体。搅拌体中的钙离子与周围土体发生离子交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。按照注浆管的种类来看，高压旋喷可以分为单管旋喷法、二重管旋喷法、三重管旋喷法。
单管法是利用钻机把安装在注浆管（单管）底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固，便在土中形成一定的固结体。
二重管法是使用双通道的二重注浆管。当二重注浆管钻进到土层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20MPa左右的浆液，从内喷嘴中高速喷出，并用0.7MPa左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出。在高压浆液和它外环气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成較大的固结体。
三重管法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。高压水射流和外围环绕的气流同轴喷射破坏土体，这种旋喷方法破坏土体的能量更大，所形成的旋喷桩桩径也更大。
3.工程实例
3.1工程概况
临海某高等级公路二期路面工程，由于一期路面部分路段存在病害，局部路段出现200m纵向裂缝，路面沉降较大。为保证公路的正常使用和解决桥头跳车问题，在该公路某大桥桥南引道纵向裂缝K12+180-K12+280处进行旋喷桩处理，桩间距1.8米，桩深11-12米，总长度8588米。
3.2工程地质情况
（1）根据路基施工前勘察单位详细勘察资料
场地20m以浅自上而下分布土层如下：
①填筑土：灰-灰褐色，湿，结构松散，主要由软塑状粘土组成，含植物根系。层厚0.20～5.80米，全线普遍分布。
②粘土：黄褐色-灰褐色，饱和，硬塑，局部软塑。层厚0.60～5.80米。天然含水量平均值为27.60%，天然孔隙比平均值为0.810。
③1淤泥-淤泥质粘土：灰色，饱和，流塑。层厚0.70～22.70米。天然含水量平均值为57.8%，天然孔隙比平均值为1.639。
④1粘土：灰黄色、灰褐色，饱和，硬塑，土中可见少量铁锰质斑点。层厚0.50～12.60米，局部缺失。
（2）根据方案要求在施工前进的地质勘查资料
在施前，施工方通过钻孔取样对设计桩深进行了进一步的复核。对场地进行新的现场勘查，完成勘察孔4个，根据4个勘查孔显示路基填石厚4.5～4.8米之间，淤泥层厚10.8～12.6米。对软土层全孔取样，取样7组测试软土层含水量，最大为58.85%，最小为44.12%，平均含水量53.64%。
3.3机械设备及施工参数
高压旋喷处理路段施工钻机采用MJG-50型单管高压旋喷桩机，GYB-90D型高压注浆泵机。高压旋喷桩采用山东日照水泥厂生产的磐磊牌P.O42.5R水泥，并在监理的见证下取样送检，检测结果符合要求。施工用水使用水车装运符合要求淡水。本路段采用施工参数如下：
（1）喷嘴直径
高压旋泵喷嘴直径在2～4mm之间，经研究发现在高压泵压力相同的条件下，喷嘴直径越大桩径越大。但是施工速度会减慢，桩身强度也会相应降低，高压系统的机械、软管的密封性能也需要相应提高，因此根据试验研究结果（详见《地基处理手册》第10章）喷嘴采用2.4mm较为合理。
（2）通过试验确定的参数
制约高压旋喷桩的主要因素有高压泵压力、水泥浆的水灰比、钻机的提升速度和转速，将通过试验段确定。高压喷射灌浆属于隐蔽性工程施工，只有选择合适的工艺参数，才能保证施工质量，因此根据本工程的实际地质情况，通过试桩，最终确定采用如下工艺参数进行试验段施工。
①高压水泥浆：压力20～24MPa，流量Q=40-58L/min。
②浆液比重：浆液采用P.O42.5级复合硅酸盐水泥搅制，浆液比重1.50～1.53。 ③提升速度：旋喷提升速度为20cm/min。
④旋转速度：旋转速度为23r/min。
3.4施工顺序与工序流程
（1）施工顺序
工程大面积施工前，选取AK12+180～AK12+280段进行，先打试桩3根，了解施工工艺及旋喷效果，最后确定施工参数，再进行旋喷桩的施工。施工时，为确保旋喷桩施工时路基的稳定，采用了先施工外围第一排桩，内部隔排跳打法分两序施工的施工顺序。
（2）施工工艺流程
测量放样→引孔钻机就位→引孔→旋喷钻机就位→封堵垂向喷嘴→钻进至设计标高→下注浆管→搅浆→由下向上旋喷注浆至设计顶高程→冲洗→移位。
3.5试验桩检测情况
根据AK12+180～AK12+280段现场试桩的时间安排，在试验桩（水泥用量200kg/m、160kg/m、120kg/m）成桩12-15天后进行取芯检验成桩质量（各抽芯2根）。根据现场芯样，在注浆压力为20MPa的情况下，路面以下4～10米成桩效果很好，桩体10米以下相对较差，部分试验桩抽芯桩体在路面以下13米成桩效果较好。
针对试验桩抽芯效果较差原因，分析主要有以下几个方面：
（1）工人因质量意识不强，未严格控制机位垂直度，造成成桩偏斜率较大；
（2）施工参数不合理，对地层缺乏针对性，使成桩效果达不到设计要求；（3）临近桩施工间隔时间短，施工产生的高压使局部土体强度受到破坏，临桩施工的挤土效应，影响了桩体的质量及成桩效果。
后续施工中的改进措施：
加强工人质量意识教育，严格控制机位垂直度，
提高注浆施工注浆压力（24-28MPa），降低提升速度（12 cm/min）。
临桩施工间隔时间尽量增大，避免影响了桩体的质量及成桩
3.6施工期间监测情况
AK12+180-AK12+280段左幅设计桩数448根，桩长12米，桩间距1.8米，水泥用量200Kg/米（AK12+180-AK12+230段左幅）、水泥用量150Kg/米（AK12+230-AK12+280段左幅）。为了监测高压旋喷的加固效果，在施工期间对路面沉降状况进行了监测，在路面设置了14个沉降观测点。
由于高压旋喷施工的注浆压力较大，在施工期间路面有一定的隆起量。根据实际监测数据，路面平均隆起量为12.4cm，最大隆起量为18.2cm。高压旋喷施工结束后可以看出，桥头跳车处有明显上抬，桥头跳车现象得到了有效治理。
4.结论
（1）高压旋喷注浆法加固桥头跳車处路基具有针对性和技术优势， 具有对桥涵损伤小、费用低、进度快、加固质量和效果可靠等优点，成为处治桥头跳车问题有效手段。
（2）高压旋喷注浆法加固桥头跳车处路基包括测量放样、引孔钻机就位、引孔、旋喷钻机就位、封堵垂向喷嘴、钻进至设计标高、下注浆管、搅浆、由下向上旋喷注浆至设计顶高程、冲洗、移位等施工工序。各工序应准备充分衔接良好，一气呵成，严禁施工中断，以免造成成桩事故或设备事故。
（3）高压旋喷注浆法质量检验及控制，可从施工参数设计的审验（试桩验证） 、施工过程中监控（ 水泥质量、泥浆配制关、注浆压力、浆液水灰比、施工参数符号设计及其它现场工艺） 、施工后检查（资料检查，现场沉降观测） 等方面来实现，从而保证成桩质量和加固效果。
（4）在现场施工中应根据场地实际地层状况、沉降现状及路堤高度等工程条件选择合适的桩位布置、施工设备、工艺及技术参数。