旋喷桩的加固机理.doc

高压旋喷桩复合地基的加固机理和施工工艺
（作者：祝岁吾 西北有色勘测工程公司，陕西 西安）

摘要：高压旋喷桩是近年来发展起来的一项土体加固新技术；它是利用钻机设备产生的高压，将水泥浆喷射到土体，使水泥固结体与桩间土形成一种新的复合地基，从而提高地基土的承载力；高压旋喷桩复合地基承载力不但与土体的物理力学性质有关，也与本身材料及施工工艺密切相关；复合地基质量检测是检验工程质量的重要环节。
关键词：旋喷注浆 复合地基 成桩机理 加固机理 施工程序 旋喷工艺 注浆材料 水灰比 质量检测

旋喷注浆是近年来发展起来的一项土体加固新技术。它是利用工程钻机，将旋喷注浆管置于预定的地基加固深度，通过钻杆旋转，徐徐提升钻头，将已经配置好的浆液，用一定的压力从喷嘴中喷射液流，冲击土体，把土和浆液搅拌成混合体，随后凝聚固结，形成一种新的有一定强度的人工地基，这一整套地基加固方法，称为旋喷注浆加固地基技术，简称旋喷技术。
旋喷注浆加固地基的深度，主要取决于钻机设备的适应性能（不仅仅是机械性能）；土体固结的半径，主要取决于旋喷时喷射的搅动半径；土体加固强度，主要取决于浆液与土质的性质和凝固过程。这三方面因素，既有相互配合又有相互制约的特征，要掌握这项新技术，首先要从这三大因素着手，然后进一步掌握三大因素的相互关系。施工前，必须根据工程的具体条件和技术状态来选择喷射的各种性能参数。施工过程中，还要不断地取样进行分析，以保证工程质量，满足设计要求，这样，才能收到应有的技术经济效果。
1. 旋喷注浆的成桩作用
1.1 高压喷射流对土体的破坏作用
高压喷射流破坏土体的效能，随着土的物理力学性质的不同，在数量方面有较大的差异。喷射流破坏土体的机理比较复杂，透过旋喷的现象，可以分析其主要作用。高压喷射流破坏土体的作用，可用以下主要因素予以说明：
（1）喷流动压
高压喷射流冲击土体时，由于能量高度集中地冲击一个很小的区域，因而在这个区域内及其周围的土和土结构的组织之间，形成强大的压应力作用，当这些外力超过土颗粒结构的破坏临界值时，土体便受到破坏。由喷射流的运动方程可得出其理论破坏力公式：
（1.1）
式中，F——喷射流的破坏力（N）；ρ——喷射流介质的密度（Ns2/m4）；
A——喷射流的截面积（喷咀出口）（m2）；Vm——喷射流得速度（m/s）。
从公式（1.1）可知，当喷射流介质密度和喷嘴截面积一定时，则喷射流的破坏力和速度的平方成正比，而喷射压力越高，则流速越大。因此用增加高压泵的压力，是增大高速喷射流的破坏力最合理的方法。
（2）喷射流的脉动负荷
当喷射流不停地脉冲式冲击土体时，土粒表面受到脉动负荷的影响，逐渐积累起残余变形，使土粒失掉平衡，从而促使了土的破坏。
（3）水流的冲击力
由于喷射流断续地捶击土体，产生冲击力，促进破坏的进一步发展。
（4）空穴现象
当土体没有被射出空洞时，喷射流冲击土体以冲击面上的大气压力为基础，产生压力变动，在压力差大的部位产生空洞，呈现出类似空穴的现象。在冲击面上的土体被蒸气泡的破坏压力所腐蚀，使冲击面破坏。此外，在空穴中，由于喷射流的激烈紊流，也会把较软的土体掏空，造成空穴扩大，使更多的土颗粒遭受剥离，使土体遭受破坏。
（5）水楔效应
当喷射流充满土层时，由于喷射流的反作用力，产生水楔，喷射流在垂直于喷射流轴线的方向上，楔入土体的裂隙或薄弱部分中，这时喷射流的动压变为静压，使土发生剥落加宽裂隙。
（6）挤压力
喷射流在终了区域，能量衰减很大，不能直接冲击土体使土粒剥落，但能对有效射程的边界土产生挤压力，对四周土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙里，使固结体与四周土紧密相依，不产生脱离现象。
（7）气流搅动
在水或浆与气的同轴喷射作用下，空气流使水或浆的高压喷射流从破坏的土体上将土粒迅速吹散，使高压喷射流的喷流破坏条件得到改善，阻力大大减少，能量消耗降低，因而增大了高压喷射流的破坏能力。
1.2 旋喷成桩机理
由于高压喷射流是高能高速集中和连续作用于土体上，压应力和冲蚀等多种因素总是同时密集在压应力区域内发生效应，因此，喷射流具有冲击切削破坏土体并使浆液与土搅拌混合的功能。
旋喷时，高压喷射流在地基中把土体切削破坏，其加固范围就是以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。在旋喷动压、离心力和重力的共同作用下，在横断面上土粒按质量大小有规律地排列起来，小颗粒在中部居多，大颗粒多在外侧或边缘部分，形成了浆液主体、搅拌混合、压缩和渗透等部分，经过一定时间便凝固成强度较高渗透系数小的固结体。随着土质的不同，横断面的结构多少有些不同，由于旋喷体不是等颗粒的单体结构，固结质量不太均匀，通常中心的强度低，边缘部分强度低。
2. 高压旋喷桩加固地基机理及其复合地基的力学特征
2.1高压旋喷桩加固地基机理
高压旋喷桩浆液喷射一般分为旋转喷射（简称旋喷）和定向喷射（简称定喷）两种注浆形式。旋喷时，喷嘴一面喷射一面旋喷和提升，固结体呈圆柱状，主要用于加固地基，提高低级的抗剪强度、改善土的变形性质，使其在上部结构荷载直接作用下，不产生破坏或过大的变形，也可以组成闭合的帷幕，用于截阻地上水流和治理流砂。定喷时，喷咀一面喷射一面提升，喷射的方向固定不变，固结体形状形如壁状，通常用于基础防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程。
高压旋喷法通过在土层中形成水泥固结体与桩间土一起形成复合地基，从而提高地基的承载力，减少地基的沉降变形，达到地基加固的目的，加固后的地基承载力与旋喷桩的强度、桩间土的性质和面积置换率等因素有关，通常采用下式来计算复合地基的承载力：
（2.1）
式中：fsp,k——复合地基承载力标准值（kPa）；fs,k——桩间土地基承载力标准值（kPa）；
Ae——一根桩承担的处理面积（m2）；Ap——桩的平均截面积（m2）；
β——桩间土承载力折减系数0～1；
Rdk——单桩竖向承载力标准值，通过现场载荷试验确定，也可按有关公式计算（kN）。
到目前为止，国内外对桩间土承载力提高的机理尚没有进行系统研究，通过宣大线和京秦线高压旋喷注浆工程实践，初步认为其机理有以下几个方面：①因旋喷桩的存在，使得软弱土层在荷载作用下由原来的无侧限状态转变为有一定的边界条件的应力状态，从而提高了桩间土的强度；②由于旋喷桩在自重作用下对桩周围有一定的挤密压实作用，及桩的侧壁摩擦阻力，也使得桩周围的软弱土层承载力提高；③旋喷结束后，当水泥土混合浆液尚未凝结时，这种浆液将产生挤压力，对四周土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙中，形成“脉”状、“板”状水泥结石体，这种情况在开挖检查中比较明显。
依据旋喷理论，喷嘴出口处压力可用下式计算：
（2.2）
式中：po——喷嘴出口压力；r——水的重度，取9800N/m3；
υo——喷嘴出口流速，一般取160m/s；g——重力加速度，取9.8m/s2。
则：
po=9800×1602/(2×9.8)=12.8×106(Pa)
喷嘴在介质中喷射时，压力衰减的规律可近似采用下式计算：
（2.3）
式中：HO——喷嘴出口处的压力水头（m）；HL——距离为L时，轴侧压力的水头（m）；
d——喷嘴直径0.28cm。
对于宣大高速公路旋喷桩直径为0.70m，对于京秦高速公路旋喷桩直径为0.80m，在桩与桩间土的位置上喷射压力分别为：

式中：HO值由上式计算值PO换算求出；d——喷嘴直径为0.28cm；L——为桩与桩间土的界面到桩中心的距离，为0.35cm与0.40cm。
计算结果表明：在桩体边缘，由喷射所产生的压力为0.98MPa于0.71MPa。
除此之外，当水泥土混合浆液尚未凝结时，仍处于流体状态，则一根桩8m长的旋喷桩的底部压力为：
（2.4）
其中：γ——水泥土混合浆液的重度，取15kN/m3；H——桩长，取8m。
则：
2.2 旋喷注浆复合地基的力学特征
2.2.1 旋喷桩应力——应变特征
在桩基工程中，混凝土被视为弹性体，由于土和水泥组成的加固体，强度通常比混凝土低很多，其应力——应变特征有其自身的特征。试验资料表明，水泥土的应力应变关系接近于双曲线，呈现出明显的非线性关系。喷射注浆加固体的强度变化幅度是很大的，可由1MPa指导约10MPa，应力——应变特性也存在差别。试验表明水泥含量低（5%）的情况下，试样达到很大值之后才出现破坏强度的峰值，而且曲线比较平缓，反之，当水泥含量较高（25%）时，试样应变在很小的情况下，强度就达到峰值，并且曲线骤然下降，呈现脆性特性的明显增长。
2.2.2 复合地基破坏特性及荷载分担比
旋喷桩的承载力取决于桩体的强度和地基土对桩的承载力。因此，桩的破坏形式可划分为两种类型，即桩身破坏和桩—土体系的破坏。在旋喷桩中，桩身强度成为决定桩承载力的决定因素，采用几种不同水泥含量的土——水泥桩做试验，水泥含量低（即5%、10%、15%）的桩的承载力的控制条件，而水泥含量高（25%和30%）的桩，其承载力是由桩——土体系的强度决定的，即取决于桩侧摩擦力的桩间反力。
旋喷桩的桩身易于破坏的原因，除桩身强度低之外，桩身强度不均是一个主要因素。在加载过程中，局部应力超过桩体剪切强度或抗压强度，开始导致破坏，进而会逐步扩大。根据模型试验和有限元分析，桩头的剪切破坏区在桩头的3倍直径范围内，因此保证这个范围内桩的强度及其均匀性，对桩的承载力影响是非常大的。
当桩身强度是承载力的决定因素时，增加桩的长度并不能提高承载力，当桩身强度较高时，增加长度能显著提高桩的承载力。
复合地基承载力取决于单桩承载力，一般情况下，旋喷桩与桩间土之间所承受的荷载分担比约在2～4之间。
2.2.3 复合地基桩身应力分布与应力场
一般来说，水泥——土桩沿轴线和桩侧的摩阻力分布规律与钢筋混凝土桩是相近似的。但是在旋喷桩复合地基中，由于承台可能承受较大的荷载和发生较大的变形，因此明显地改变了地基中的位移分布。
在复合地基中接近承台相当于承台宽度的深度范围内，其位移场与单桩有明显不同，出现了承台与桩同时沉降时组合的位移场。这种位移的变化，这种位移的变化，必然引起桩侧摩阻力和桩轴向应力的变化，由于地基的压缩，桩与土的相对位移在一定范围内有减少的趋势，即侧向摩阻力会有所降低。实测的摩阻力也证实了这种现象的存在。
值得提出的是，实测的轴向应力在承台下一定范围内土体被明显压实，从而分担部分桩荷载。
软弱地基旋喷处理工程中，在自重作用下桩侧的摩阻力对四周土层的压实挤密作用造成了复合地基整体承载力的提高和沉降量的减少。除此之外，相邻的桩对于桩间土还起着一种有限边界约束作用，使桩间土在受荷载情况下其承载力明显提高。
2.2.4 水泥土受压三轴力学性能
通过近几年来高速公路软弱地基处理工程实践，许多科技工作者就水泥土在三轴受压下的力学性质进行了研究，其通过多组水泥土的不固结、不排水常规三轴试验，探讨了水泥土在不同围岩、不同掺合比下的应力—应变关系和破坏特征与考虑围岩影响的桩基或复合地基设计的方法和思路。得出以下结论：水泥土在轴向荷载作用下，在试件种下部首先产生侧张的拉应力，形成裂纹，最终导致试件破坏。如果能限制或制约其横向变型，就能延缓水泥土在承压过程中，内部纹及裂纹的产生、扩展及破坏，从而达到提高水泥土轴向承压能力的目的。通过弹性力学分析和数值计算，可以得出结论，如果增大围压，从而限制或约束水泥土的横向变型，就可以延缓或防止水泥土受压时内部裂隙的产生、扩展或破坏，提高水泥土轴向承压能力。
水泥土桩是在桩周土的围压作用下受荷的，从桩顶到桩端的周围压力是不同的。根据三轴受压的试验结果，从求算出的水泥土的破坏应变值可以看出：①当水灰比为3∶1、2∶1、1.5∶1和1∶1时，破坏应变值随侧压力的增大而变化；②提高侧压力，增大水灰比，破坏变形减小，桩体刚性增强；③水灰比小于1的情况下，增大侧压力，则破坏应变增大，属于剪切破坏，说明旋喷桩的水泥土仍属于土的性质；④同一侧压力情况下，提高水灰比，则旋喷桩破坏应变减小，说明承载力的提高。
表1 不同水灰比、不同围压下水泥土的破坏应变
侧压力（MPa）
0.05
0.15
0.30
0.50
破坏应变（%）
水灰比(3∶1)
9.017
15.2
16.7
25.38
水灰比(2∶1)
12.67
13.132
17.8
21.37
水灰比(1.5∶1)
10.8
11.927
12.607
16.006
水灰比(1∶1)
6.329
8.32
11.17
17.95
水灰比(0.75∶1)
10.47
12.14
11.56
11.44
水灰比(0.5∶1)
14.36
13.0
12.34
10.66
各种侧压力情况下的轴向破坏应力值（σ1-σ3）max，见表，从表中可以看出，当水灰比为3∶12∶11.5∶11∶1时，侧压力的存在对破坏应力影响较大。水灰比为3∶1时，平均强度增加近一倍；水灰比为2∶1时，强度增加近60%；水灰比为1.5∶1时，强度平均增加近30%；而当水灰比为0.75∶1和0.5∶1时，侧压力对水泥强度的影响可以忽略不计。
表 2 不同水灰比、不同围压下水泥土的破坏应力
围压（MPa）
破坏应力（MPa）
水灰比(3∶1)
水灰比(2∶1)
水灰比(1.5∶1)
水灰比(1∶1)
水灰比(0.75∶1)
水灰比(0.5∶1)
0
2.2
3.9
8.7
12.6
21.8
35.6
0.05
2.7317
5.1654
10.04
14.027
21.5
38.24
0.15
3.824
5.67
10.926
15.73
23.33
38.46
0.30
4.94
6.718
11.15
16.39
21.897
41.34
0.50
5.891
7.6
12.85
17.98
22.59
36.766
从受侧压力影响的水泥土试件中可以发现，随水灰比的增大，侧压力对强度的平均影响能力逐渐减弱。
3. 旋喷注浆施工工艺
3.1 施工程序
⑴钻机就位
旋喷注浆施工的第一道工序就是将使用的钻机安置在设计孔位上，使钻杆头对准孔位的中心，同时为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位，必须作水平校正，使其钻孔轴线垂直对准钻孔中心位置。
⑵钻孔
钻孔的目的是为将旋喷注浆喷嘴插入预定的地层中，钻孔方法很多，主要视地层中地质情况、加固深度、机具设备等条件而定。通常单管旋喷多使用70型或柄型旋转震动钻机，钻进深度可达30m以上，适用于标准贯入深度小于40的砂类土和粘性土层，当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔。一般在二重管和三重管旋喷法施工中，采用地质钻机钻孔。
⑶插管
插管是将旋喷注浆管插入地层预定的深度，使用70型或76型震动钻机钻孔时，插管与钻孔两道工序合二为一，钻孔完毕，插管作业即完成，使用地质钻机钻孔完毕，必须拔出岩芯管，并换上旋喷管插入预定深度。在插管过程中，为防止泥沙堵塞喷咀，可边射水、边插管，水压力一般不超过1MPa。如压力过高，则易将孔壁射塌。
⑷旋喷作业
当旋喷管插入预定深度后，立即按设计配合比搅拌浆液，指挥人员宣布旋喷开始时，即旋转提升旋喷管。值班技术人员必须时刻注意检查注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录，绘制作业过程曲线。
⑸冲洗
当旋喷提升到设计标高后，旋喷即告结束，施工完毕应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，一般把泥浆泵、注浆管软管内的浆液全部排除。
⑹移动机具
把钻机等机具设备移到新孔位上。
3.2 旋喷工艺
土的种类和密实度、地下水、土颗粒的化学性电气性等因素，虽对旋喷注浆不再像静压注浆那样有质的影响，但却在一定程度上有量的关系。为在复杂的众多的影响因素条件下，取得较为理性的旋喷效果，应根据施工过程中出现的问题，因地制宜，适时采取必要的措施扬长避短进行处理。
（1）旋喷深层长桩固结体
从当前施工情况来看，旋喷注浆施工地基，主要是第四纪冲积层。由于天然地基的地层土质情况随深度变化较大，土质种类、密实度、地下水状态等都有明显的差异。在这种情况下，旋喷深层长桩固结体时，若只采用单一的固定旋喷参数，势必形成直径不均匀的上部较粗下部较细的固解体，将严重影响旋喷固结体的承载或抗渗作用。因此，对旋喷深层长桩，应按地质剖面及地下水等资料，在不同深度，针对不同地层土质情况，选用合适的旋喷参数，才能获得均匀密实的长固解体。在一般情况下，对深层硬土，可采用增加压力和流量或适当降低旋转和提升速度等方法。
（2）重复喷射
由旋喷机理可知，在不同的介质环境中有效喷射长度差别很大。对土体进行第一次喷射时，喷射流冲积对象为破坏原状结构土。若在原位进行第二次喷射（即重复喷射），则喷射流冲击破坏对象业已改变，成为浆土混合液体。冲击破坏所遇到的阻力减小，因此在一般情况下，重复喷射有增加固解体直径的效果，增大的数值主要随土质密度而变。松散土层的复喷效果往往不及比较密实的土层明显。其主要原因是由于土质松软，第一次喷射时已接近最大破坏范围，重复喷射时，介质环境改变不多，因此，增经率较低。
一般说，重复喷射有增径效果，由于增径率难以控制和影响施工速度，因此，在实际工作中不把它作为增径的主要措施。通常在发现浆液喷不足影响固结质量时或工程要求较大的直径时才进行重复喷射。
（3）冒浆的处理
在旋喷过程中，往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。根据经验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量20%者为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施：
①若地层中有较大的空隙引起不冒浆，则可在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固。另外，还可在孔隙地段增大注浆量，填满孔隙后再继续正常旋喷；
②冒浆量过大的主要原因，一般是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆液所致。
减少冒浆量的措施有三种：①提高喷射压力；②适当缩小喷咀孔径；③加快提升和旋转速度。
对于冒出地面的浆液，经过滤、沉淀除去杂质和调整浓度后，予以回收再利用。当前，回收再利用的浆液中难免没有砂粒，故只有三重管旋喷注浆法可以利用冒浆再注浆。
（4）控制固结形状
固结体的形状，可以调节喷射压力和注浆量，改变喷嘴移动方向和速度予以控制。根据工程需要，可以喷射成如下几种形状的固结体：①圆盘状——只旋转不提升或少提升；②圆柱状——边提升便旋转；③大底状——在底部喷射时，加大压力作重复旋喷或减低喷嘴的旋转提升速度；④糖葫芦状——在旋喷过程中加大压力，减低喷嘴的旋转提升速度；⑤大帽状——旋转到顶端时加大压力或作重复旋喷，或减低喷嘴的旋转提升速度。此外还可以喷射成墙壁状——只提升不旋转。
（5）消除固结体顶部凹穴
当采用水泥浆液进行旋喷时，在浆液与土搅拌混合后的凝固过程中，由于浆液析水作用，一般均有不同程度的收缩，造成在固结体顶部出现一个凹穴。凹穴的深度随土质、浆液的析出性、固结体的直径和全长等因素而不同，一般深度在0.3～1.0m之间，二重管次之，三重管旋喷最大，约0.6～1.0m左右。
这种凹穴现象，对于地基加固或防渗堵水，是极为不利的，必须采取措施予以消除。目前通常采用以下几种：①对于新建工程的地基，当旋喷完毕后，开挖出固结体顶部，对凹穴灌注混凝土或直接从旋喷孔中再次注入浆液填满凹穴为止；②对于既有构筑物地基，目前采用两次注浆的办法较为有效，即旋喷注浆完成后，固结体的顶部与构筑物基础的底部之间有空隙，在原旋喷孔位上进行第二次注浆，浆液的喷射应采用不收缩或具有膨胀性的材料。国外有一种掺加铝粉的配方：1000升水泥浆液中，水泥为983千克，铝粉为29千克，水为688千克。
4. 旋喷注浆材料的特性
4.1 旋喷浆液应具备的特性
根据旋喷工艺的要求，浆液应具备一下特性：
（1）有良好的可喷性
旋喷浆液通过细孔径的喷咀喷出，所以浆液应有较好的可喷性。若浆液的稠度过大，则可喷性差，往往导致喷嘴及管道堵塞，同时易磨损高压泵，使旋喷难以进行。在我国，目前基本上采取以水泥浆为主剂，掺入少量外加剂的旋喷方法。施工中水灰比一般采用1∶1～2∶1就能保证较好的喷射效果。试验证明：水灰比越大，可喷性愈好，但过大的水灰比会影响浆液的稳定性。掺入适量的外加剂则能提高浆液的可喷性。浆液的可喷性可用流动度或粘度来评价。
（2）掺入少量外加剂能明显地提高浆液的稳定性。常用的外加剂有：膨润土、纯碱、三乙醇胺等。
（3）气泡少
若旋喷浆液带有大量的气泡，则固结体硬化后就会有许多气孔，从而降低旋喷固结体的密实度，导致固结体强度及抗渗性能降低。为了尽量减少浆液的气泡，选择化学外加剂时要特别注意。如外加剂MF，虽然能改变浆液的可喷性，但带来许多气泡，消泡时间又长，影响固结体质量。因此，旋喷浆液不能采用起泡剂，必须采用非加气型的外加剂。
（4）调剂浆液的胶凝时间
胶凝时间是指从浆液开始配制起到和土体混合后逐渐失去其流动性为止的这段时间。旋喷浆液的凝胶时间由浆液的配方、外加剂的掺量、水灰比和外界温度而定。一般从几分钟到几小时，可根据施工工艺及注浆设备来选择合适的胶凝时间。
（6）有良好的力学性能
旋喷浆液和土体混合后形成的固结体，一般是作为构筑物的承重桩或止水帷幕，要求它具有一定的力学强度。若强度低，则不可能满足工程的需要。影响抗压强度的因素很多，如材料的品种、浆液的浓度、配比和外加剂等。
（7）结石率高
固化后的固结体有一定的粘接性，能牢固地与岩石、砂粒、粘土等粘结。固结体耐久性好，能长期耐酸、碱、盐及生物细菌等腐蚀。并且不受温度、湿度的变化而变化。
4.2旋喷浆的主要性能
随着近代工业的发展，适于旋喷注浆的材料越来越多，从总的来说可分为化学浆液和以水泥为主剂的浆液两类。就其性能而言，化学浆液较水泥浆液理想，但其价格比水泥贵，来源亦少，所以限制了化学材料的大规模使用。水泥浆液虽存在一些缺点，但它具有料源广、价格便宜、强度高等优点，因此研究和改善水泥浆液的性能仍具有很大的经济意义和现实意义。以水泥为主（包括添加适量的外加剂），用水配制成的浆液，称为水泥系浆液。
（1）水泥浆液的比重与水灰比的关系
浆液比重是浆液浓度的一种表示方法，又可用浆液的水灰比来表示。因为浆液比重与水灰比有着直接的关系，在注浆过程中要检验或了解已制成浆液的水灰比的实际情况，就是通过测定浆液比重来完成的。图的曲线可基本代表比重与水灰比的关系。

图1 水灰比与浆液比重关系曲线
（2）水泥浆液搅拌时间与结石强度的关系
在旋喷注浆过程中，为保持水泥浆呈均匀状态，须连续搅拌。实践表明，搅拌超过一定时间后，不仅延长浆液的凝固时间，影响固结体强度，情况严重的甚至会发生浆液不凝的危险。水灰比不同所需的搅拌时间亦不同，但有一个共同规律，搅拌时间超过4小时后，结石强度都开始下降。因此，旋喷施工时为保证浆液的质量，凡是搅拌超过4小时的浆液，应经专门试验，证明其性能尚可满足使用要求。若浆液稠度增大，力学性能降低，不能满足工程要求时，一般均视为废浆，不能再作注浆材料。
（3）水泥浆液的水灰比与析出率和结石率的关系
析水现象是由于水泥浆液中水泥颗粒的沉淀而引起的，水泥浆液凝结后，所析出的水的体积与浆液体积的比称为析出率。由于水泥种类、水泥颗粒级配、浆液浓度以及凝结所需要的水量不同，析水率也有所不同。
不同水灰比的浆液与吸水率及结石率的关系见图，结石率又称结石系数或结石体积系数，它是指浆液析出后所成的结石体积占原浆液体积的百分数。
从图中可以看出，稀浆液的析水率可达80—90%以上，结石率小至10—20%，1∶1水灰比的浆液析出率小至35%，结石率可为65%。这说明在旋喷工程中仅有少部分水与水泥起化学作用。
（4）水泥浆水灰比与粘度的关系
水泥浆的水灰比与粘度有密切的联系，一般说水灰比越大，浆液的粘度越小。当水灰比超过1∶1时，粘度变化不大，但水灰比小于11时，随着水灰比的减少，粘度急速增加。图是425号普通硅酸盐水泥的泥浆粘度与水灰比关系的试验实例。
5 高压旋喷桩注浆质量检测
5.1 旋喷质量检测内容
旋喷固结体在地层中直接形成，属于隐蔽工程，不同于其它地基处理工程，因而不能直接观察到旋喷桩体的质量，必须用科学的方法来鉴定其加固效果，质量检查内容主要有以下几点：①固结体的整体性和均匀性；②固结体的有效直径；③固结体的垂直度；④固结体的强度特性（包括桩的轴向压力、水平推力、抗酸碱性、抗冻性和抗渗性等）；⑤固结体的溶蚀和耐久性能等。
旋喷质量检查的性质可分为施工前检查和施工后检查。施工前，对设计要求进行的现场旋喷试验固结体主要通过质量检查，了解设计采用的旋喷参数、浆液配方、选用外加剂材料是否合适，固结体质量能否达到设计要求。如某些指标达不到设计要求时，则可采用相应措施，使旋喷质量达到设计要求。施工后的检查，是对旋喷施工质量的鉴定，一般在旋喷施工过程中或施工一段时间后进行，检查的数量通常为旋喷固结体数量的2%—5%，但每个加固工程至少检查两个，检查对象应选择为地质条件较复杂的地区及旋喷时异常现象的固结体。
凡检验不合格者，应在不合格的点位附近进行补喷或采取有效补救措施，然后进行质量检验。高压旋喷注浆后形成的旋喷桩基强度较低，28天的强度在1—10Mpa之间，强度增长速度较慢。检验时间应在喷射施工结束后四周进行，以防在固结强度不高时，因检验而受到破坏，影响检验的可靠性。
5.2 旋喷质量检验
旋喷固结体在地层中直接形成，属于隐蔽工程，不同于其他地基处理工程，因而不能直接观察到旋喷桩体的质量，必须用科学的方法来坚定其加固效果，质量检测内容主要有以下几点：
⑴固结体的整体性和均匀性；
⑵固结体的有效直径；
⑶固结体的垂直度；
⑷固结体的强度特性（包括桩的轴向压力、水平推力、抗酸碱性、抗冻性和抗渗性）⑸固结体的溶蚀和耐久性能等。
旋喷质量检查的性质可分为施工前检查和施工后检查。施工前，对设计要求进行的现场旋喷试验固结体主要通过质量检查，了解设计采用的旋喷参数、浆液配方、选用外加剂材料是否合适，固结体质量能否通达到设计要求。
施工后的检查，是对旋喷质量的鉴定，一般在旋喷施工过程中或施工一段时间后进行，检查的数量通常为旋喷固结体数量的2—5%，但每个加固工程至少检查两个，检查对象应选择为地质条件较复杂的地区及旋喷时异常现象的固结体。
高压喷射注浆后形成的旋喷桩强度较底，28天的强度在1—10Mpa之间，强度增长速度较慢。检查时间应在施工结束后四周进行，以防在固结强度不高时，因检验而受到破坏，影响检验的可靠性。
旋喷质量检验
（1）开挖检查
旋喷完毕，待凝固体具有一定强度后，即可开挖。这种检查方法，因为开挖工作量很大，一般限于浅层。由于固结体完全暴露出来，因此能比较全面地检查旋喷固结体的质量，也是检查固结体垂直度和固结体形态的良好方法。
（2）钻孔检查
钻孔检查主要是钻取旋喷固结体的岩芯，观察判断其固结整体性和固结体的长度，并将所取岩芯做成标准试件进行室内物理性质试验，以求得其强度特性，或检查其施工质量，鉴定其是否符合设计要求。钻孔位置在旋喷桩半径的一半处。
（3）室内试验
在设计过程中，先进行现场地质调查，并取得现场地基土，以标准稠度求得理论喷固体的配合比，在室内制作标准试件，进行各种力学试验，以求的设计所需的理论配合比。在施工完成后，对桩身强度进行室内试验，以得到相关参数。
（4）荷载试验
荷载试验有平板静荷试验和载荷板试验两种，一般都进行平板静荷载试验。
（5）旋喷桩无损检测
当桩长度远大于桩的直径时，可将桩看作一维杆件，用反射波法检测桩基结构的完整性。目前，常用小应变法检测桩身质量和桩径、桩长、大应变法检测桩身承载力。在工民建、公路铁路工程建设中，可参照相类似的加固土桩的规范，按桩总数的5%—10%来抽查。

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