(完整版)16、高压旋喷桩施工工艺工法

高压旋喷桩施工工艺工法

QB/ZTYJGYGF-LJLM-0116-2011）

第四工程有限公司胡晓磊

1 前言

1.1工艺工法概况

高压旋喷法是从20世纪70年代初期最先由日本开发的地基加固技术。它是在静压灌浆基础上引进水力采煤技术发展起来的，该技术在我国已有三十多年的应用历史。

根据喷射方法的不同，高压旋喷桩可分为单管法、二管法和三管法。单管法仅喷射水泥浆；二管法是用二重注浆管同时喷射高压水泥浆和空气两种介；三管法是使用三重注浆管分别同时喷射水、气、水泥浆三种介质。本文结合工程实例，主要介绍二重管法高压旋喷桩的施工工艺工法。

1.2 工艺原理

高压旋喷桩加固地基分两个阶段，第一阶段为成孔阶段，即通过钻机预成孔（或驱动密封良好的喷射管）和带有1个或2个横向喷嘴的特制喷射头进行成孔，使喷射头达到预定的深度；第二阶段为喷射加固阶段，即采用高压水泥浆、高压水以一定的压力，通过喷射管由喷射头上的横向喷嘴向土中喷射，同时钻杆一边旋转一边向上提升。由于高压旋喷射流具有强大的切削能力，因此一边切削四周土体，一边与之搅拌混合，形成圆柱状的水泥与土混合的加固体，即为“旋喷桩”。

2 工艺工法特点

2.1水泥浆与原地基软土就地搅拌混合，可最大限度地利用原土。

2.2施工设备简单，振动小，施工速度快，机械化程度高，使用成本低。

2.3桩体固结强度高，单桩承载力较高，软土地基加固效果好。

3 适用范围

适用于不含有机质土、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土等公路、铁路路基的地基加固。

4 主要引用标准

《客运专线铁路路基工程施工技术指南》TZ212；

《铁路路基施工规范》TB10202；

《公路路基施工技术规范》JTG F10； 《建筑地基处理技术规范》J220。 5 施工方法

高压旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水（空气）成为20～40MPa 的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升。高压浆液的水平射流不断切削土层，并使强制切削下来的土与浆液进行搅拌混合，最后在喷射力有效射程范围内形成一个由混合物组成的圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。

图1 高压旋喷桩施工方法示意图 6 工艺流程及操作要点 6.1工艺流程

二重管法高压旋喷桩施工工艺流程见图2。

(c)旋喷开始

(b)钻孔至设计高程(e)旋喷结束成桩

(c)

(d)

(e)

(d)边旋喷边提升(a)钻机就位钻孔(b)

图2 二重管法高压旋喷桩施工工艺流程图

6.2 操作要点

6.2.1 施工准备

1在设计文件提供的各种技术资料的基础上作补充工程地质勘探，进一步了解施工工点地基土的性质、埋藏条件。

2 场地平整。先进行场地平整，清除桩位处地上、地下的一切障碍物，场地低洼处用粘性土料回填夯实，并做好排浆沟。

3 室内配合比试验。根据设计要求的喷浆量或现场土样的情况，按不同含水量设计并调整几种配合比，通过在室内将现场采取的土样进行风（烘）干、碾碎，过2～5mm 筛的粉状土样，按设计喷浆量、水灰比搅拌、养护、力学试验，确定施工喷浆量。

4 准备充足的水泥加固料和水。水泥浆量计算有两种方法，即体积法和喷量法，取大者作为设计喷射浆量。

1）体积法：

2

2

01122

(1)4

4

D De Q K h K h ππβ=

++

2）喷量法：

(1)H

Q q V

β=

+ 式中：Q ——需要的喷浆量（m 3）；

De ——旋喷固结体直径（m ）； D 0——注浆管直径（m ）； K 1——填充率，0.75～0.9； h 1——旋喷长度（m ）；

K 2——未旋喷范围土的填充率，0.5～0.75； h 2——未旋喷长度（m ）； β——损失系数，0.1～0.2； ν——提升速度（m/min ）； H ——喷射长度（m ）； q ——单位喷浆量（m 3/m ）。

根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比，即可确定水泥的使用数量。

5试桩试验。根据室内试验确定的施工喷浆量、水灰比制备水泥浆液在试验工点打设数根试桩，并根据试桩结果，调整加固料的喷浆量，确定搅拌桩搅拌机提升速度、搅拌轴回转速度、喷入压力、停浆面等施工工艺参数。

6.2.2 测量定位

用全站仪测定旋喷桩中心点，用小竹签做好标记，复测合格后，用钢尺和测线布设护桩，确保桩机准确就位。桩孔中心偏差不得大于50mm。

6.2.3 钻机就位

移动旋喷桩机到指定桩位，立轴转盘与孔位对正，同时整平钻机，导向架和钻杆应与地面垂直，钻杆垂直度偏差不大于1%～1.5%。为了保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位对中误差不大于5cm。就位后，对钻进各部位进行全面检查，高压设备与管路系统应符合设计及安全要求，防止管路堵塞，密封处漏气。

6.2.4 钻进成孔

1 钻机施工前，应首先在地面进行试喷，设备运转正常后开始钻进。在钻进过程中，应合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻等事故，并备齐必要的事故打捞工具。

2 钻孔过程中应记录好钻进速度、钻杆节数及长度等参数，保证成孔深度满足设计要求。

3 为避免钻孔倾斜，在钻机就位和钻孔过程中，要随时注意校核钻杆的垂直度，发现倾斜及时纠正，以确保钻孔倾斜度在设计允许的范围内；钻速要打慢档，并采用导正装置防止孔斜。

6.2.5 下注浆管

钻孔至设计深度并经检查合格后，提升钻杆，换上喷射注浆管插入预定深度。在插管过程中，为防高压水喷嘴边射水边插管，水压力一般不超过1MPa，直至注浆管插入到规定深度。

6.2.6 喷射注浆

1当喷射注浆管插入设计深度后，接通水泥浆泵，然后由下向上旋喷。喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升旋喷管，以防扭断旋喷管。为保证桩底端的质量，喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转10秒钟左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升。钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断。钻机发生故障，

应停止提升钻杆和旋转，以防断桩，并立即检修排除故障。为提高桩底端质量，在桩底部1.0m范围内应适当增加钻杆喷浆旋喷时间。在旋喷提升过程中，可根据不同的土层，及时调整钻杆旋喷参数。

2 施工过程中，按要求随时检验并记录提升速度、喷浆压力与流量、气压与气量、进浆和回浆比重等；每孔需作制浆与耗浆（水泥量）统计和记录。

6.2.7回灌浆液

高压喷灌结束后，由于孔内水泥浆液固结过程中体积收缩，同时孔内浆液向孔壁四周范围有一定渗漏，使得孔内浆液表面将出现一段时间的沉面下降，应不间断地将浆液回灌到已喷孔内，并保持压浆作用，直至孔内浆液面不再下沉为止。

6.2.8 钻机移位

旋喷提升到设计桩顶标高时停止旋喷，提升钻头出孔口，清洗注浆泵及输送管道，然后将钻机移位，按照6.2.3～6.2.7步骤进行下一根桩的施工。

7 劳动力组织

高压旋喷桩单机作业每班所需劳动力见表1。

8 机具设备

高压旋喷桩施工每台高压旋喷机应配备的主要机具设备见表2。

表2 主要机具设备表

9质量控制

9.1易出现的质量问题

9.1.1 桩体强度不均匀、缩颈。

9.1.2 高压旋喷桩钻孔沉管困难偏斜、冒浆

9.1.3 桩体顶部下凹。

9.2 质量保证措施

9.2.1 喷浆前,先进行压浆压气试验，一切正常后方可配浆。浆液配制严格按照试验参数控制好浆液的水灰比及稠度，浆液必须经过过滤。

9.2.2 喷射过程应连续进行，根据固结体的形状及桩身匀质性，调整喷嘴的旋转速度、提升速度、喷射压力和喷浆量。

9.2.3对易出现缩颈部位及底部不易检查处进行定位旋转喷射或复喷的扩大桩径办法。

9.2.4 严格要求喷嘴的加工精度、位置、形状、直径等，保证喷浆效果。

9.2.5在旋喷过程中，若遇到孤石或大漂石，桩可适当移动位置（根据受力情况，必要时可加桩），避免畸形桩或断桩。

9.2.6 利用侧口式喷头，减小出浆口孔径并提高喷射能力，使浆液量与实际需要量相当，减少冒浆。

9.2.7旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。

9.2.8为了防止防止桩体顶部下凹，旋喷长度比设计长0.3～1.0米，旋喷桩施工完毕后，将固结体顶部多余部分凿除。

9.2.9旋喷桩施工质量应满足表3的要求。

10 安全措施

10.1主要安全风险分析

10.1.1 泥浆泵、高压胶管、空压机等压力设备高压伤人。

10.1.2 安全用电、机械伤害。

10.2安全保证措施

10.2.1 高压泥浆泵、空压机、泵必须指定专人操作，压力表应定期检修检定，以保证正常工作。

10.2.2 施工前应检查高压设备和管路系统，管道的耐久性以及管道连接是否可靠，泵体、注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必须良好，无渗漏现象，安全阀中的安全销要进行试压检验。

10.2.3 吊、放喷射管路时，严禁管下站人。浆液喷出时人体与喷嘴之间的距离不应小于60cm。

10.2.4 高压胶管不能超过压力范围使用，使用时屈弯应不小于规定的弯曲半径，防止高压管爆裂伤人。

10.2.5 钻机作业中，电缆应有专人负责收放。如遇停电，应将各控制器放置零位，切断电源；如遇卡钻，应立即切断电源，停止下钻，未查明原因前，不得强行启动。

10.2.6 作业后，应先清除钻杆上的泥土，再将钻头下降接触地面，各部制动住，操纵杆放到空档位置，切断电源，清理打扫完现场，方可离开。

11 环保措施

11.1对使用的工程机械和运输车辆加强维修保养，防止跑冒滴漏。对空压机等噪音较大设备采取隔音措施，降低运行噪音。

11.2施工期间，运至现场的水泥集中堆放，并采取防潮措施。施工物料堆放整齐，施工过程中产生的垃圾分类处理，不随意丢弃。

11.3 施工人员配备必要的劳动保护用品，搬运和搅拌水泥作业人员必须带好防尘罩。

11.4 水泥浆制作过程中要经常检查管道的损坏状况，避免漏浆。施工完毕后对剩余泥浆进行回收，集中处理。

12 应用实例

12.1工程简介

京福铁路客专闽赣段DK629+840～DK629+920段地基加固采用旋喷桩，所加固地基为软塑状粉质粘土。设计桩径0.6m，采用间距1.5m的正三角形布置，桩长4.0～7.5m不等。

12.2施工情况

本段路基旋喷桩共计466根，平均桩长6m。从2011年1月26日开始施工至2011年2月20日结束，平20分钟完成1根。根据设计要求及同类工程的施工经验，采用二重管法单机作业。施工完成后，经检测桩体抗压强度、垂直度偏差、桩体间距、桩长桩径等指标均符合设计要求。

12.3工程结果评价

高压旋喷桩加固施工能够大大缩短工期，降低工程成本，具有施工速度快的显著特点，且单桩承载力可达到300MPa以上，远高于同等桩长的水泥搅拌桩。同时通过施工培养了一批有经验的高压旋喷桩施工管理人员。

12.4建设效果及施工图片

图3 高压旋喷机

图4 完成的路基旋喷桩表面