磨万铁路路基高压旋喷桩施工技术

李宁

中国水利水电第十四工程局有限公司云南昆明650041

摘要：针对高压旋喷桩技术在泛亚铁路中线-中老磨万铁路路基软基础加固项目中的应用，分析设计、施工各个环节对路基项目建成之后各项指标的影响。主要内容包括：旋喷桩技术简介、旋喷桩技术在老中铁路路基中的应用简介、设计要求、施工工艺、旋喷桩路基基础检测成果、结论。重点对旋喷桩施工技术的发展及在中老铁路项目中的创新进行了较为详细的阐述，也对旋喷桩施工技术今后的走向和提升提出了一些构想和论断，希望对下一步同类工程有借鉴和参考作用。

关键词：旋喷桩施工技术；路基工程；试桩工艺；旋转速度及提升速度；注浆压力；注浆流量；水灰比值及水泥掺入量；无测限抗压强度检测；单桩地基承载力载荷试验；旋喷桩复合地基承载力测试。

1高压旋喷桩技术简介

高压旋喷桩是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。高压旋喷桩对基岩和碎石土中的卵石、块石、漂石呈骨架结构的地层，地下水流速过大和已涌水的地基工程，地下水具有侵蚀性。高压旋喷桩施工占地少、振动小，具有较高的推广价值。

高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。

当土中含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、含大量植物根茎或有过多的有机质时，对淤泥和泥炭土以及已有建筑物的湿陷性黄土地基的加固，应根据现场试验结果确定其适用程度。施工前通过高压喷射注浆试验确定其适用性和技术参数。

高压喷射注浆法可用于既有建筑和新建建筑的地基加固处理、深基坑止水帷幕、边坡挡土或挡水、基坑底部加固、防止管涌与隆起、地下大口径管道围封与加固、铁路及地铁工程的土层加固或防水、水库大坝、海堤、江河堤防、坝体坝基防渗加固、构筑地下水库截渗坝等工程。

2中老铁路高压旋喷桩项目简介

新建泛亚铁路中通道磨憨/磨丁至万象段（新建磨万铁路）起于中老边境口岸磨丁，向北接中国云南省新建玉溪－磨憨铁路，向南经老挝北部的南塔省、乌多姆赛省、琅勃拉邦省、万象省后到达线路终点—老挝首都万象市。线路沿途主要经过的市县有：磨丁、纳堆、班南舍，那通、班华楠、孟赛、班纳科、会富莱、琅勃拉邦、相嫩、班森、卡西、班奔弗、班发当、万荣、班旺门、万基、班欣合、丰洪、班沙嘎、班芬送、万象，全长414.516㎞。

中老铁路项目线路桥隧总长259.649㎞，桥隧比重为62.6%；路基总长154.867km，占线路总长的37.4%。

新建磨万铁路区域位置图

以DK240+925～DK240+995段（70m）为例，路基基底采用高压旋喷桩加固。旋喷桩桩直径φ50cm，三角形布置，桩间距为1.3m，加固宽度为路堤坡脚外2m，设计桩长12m～14m，且要求打穿软弱土层，打入持力层不小于0.5m。地基加固后地基容许承载力不小于230Kpa，单桩承载力不小于190KN。

DK242+764桩号涵洞基底地层中存在粉质黏土，采用高压旋喷桩加固处理。旋喷桩桩径φ60cm，矩形布置，桩间距1.2m，加固区宽度6.0m，长度21.6m，按涵洞中线对称布桩孔。设计桩长18m～19m，且要求嵌入黏土1.0m。地基加固后复合地基承载力不小于0.18Mpa，桩体无侧限抗压强度不小于25Mpa。

旋喷桩采用的胶凝剂为水泥，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，施工前采集工点最软弱土层试样进行室内配比试验，测定不同胶凝剂与外加剂掺入量情况下水泥土的强度，从而确定合适的配合比作为施工配合比。

3高压旋喷主要施工方法

3.1工艺试验

根据试桩方案内容及设计图纸拟定在工点选取3根试验桩进行工艺试验，每一棵试验桩在钻进至设计位置后严格按照方案拟定的施工参数旋喷成桩，通过对成桩效果的对比分析，在满足设计及规范要求的前提下选取最优的试验参数作为施工参数进行推广。

根据室内试验确定使用材料理论配合比

（1）水泥：老挝水泥有限公司P·O42.5水泥（出厂编号：BPO-003）

（2）水：现场地表水

（3）土：取自DK240+925~DK240+995段的软弱土层细粒土

确定水灰比

设计桩直径Ø50cm，土的天然密度ρs：1.85g/cm3，天然含水率ω：26.6%，根据土体天然密度计算出桩体单位深度（每延米）中天然土的质量为：m0=h×S0×ρ0=1×0.5×0.5×π/4×1850=363.1（kg）。

参照《水泥土配合比设计规程》JCJ/T233-2011，依据设计要求和工程实际施工条件，拟选四个不同水泥掺入比aw分别为：20%，25%，30%，35%进行配合比设计试验，根据标准和施工方法，拟选取水泥浆水灰比μ为：1.0

3.2确定理论配合比

由上述室内试配结果得出，水泥掺入比与28天抗压强度相关性较好。

根据室内试配结果，选用抗压强度满足设计要求，且较小水泥掺入比所对应的配合比，考虑到室内试验与现场施工条件的差异，确定水泥掺入比为30%对应的浆体配合比作为选定的理论配合比。

选定的理论配合比为（每延米）水泥：水=108.9：108.9（kg/m），即质量比为水泥：水=1.00：1.00。对应水泥净浆比重为1.547。

试验桩施工工艺

拟定试验桩初始施工参数如下：

1#桩试验参数：提升速度25cm/min、注浆压力30Mpa、注浆量90L/min。

2#桩试验参数：提升速度20cm/min、注浆压力20Mpa、注浆量60L/min。

3#桩试验参数：提升速度25cm/min、注浆压力40Mpa、注浆量120L/min。

对上述试验参数在实地的成桩效果进行对比分析，在满足设计及规范要求的前提下选取的最优的试验参数作为高压旋喷桩的施工参数。

试验桩施工参数总结

（一）通过试验室试验已经确定了制浆水灰比和最佳水泥掺用量，详见《旋喷桩配合比设计试验报告》

（二）通过施工记录以及对3根试桩取芯进行无侧限抗压强度的检测、1#进行的单桩承载力检测结果进行了比较。

通过试桩记录，及检查结论分析总结：

在旋喷压力值分别为20Mpa、30Mpa和40Mpa时，1#，2#，3#桩的水灰比均为1：1。比较其无侧限抗压强度值，三条桩的检测值都大于3.5MPa（详见附表2：旋喷桩钻芯无测限抗压强度检测报告），然而1#桩的试验值和施工过程最接近合理状态。2#桩注浆压力和提钻速度偏低，施工过程设备运行不畅，耗时过多，冒浆量过大，并不节省材料；3#桩提钻速度快，但并不节省水泥，与注浆压力高和注浆量过大有关。从质量和经济效益角度考虑，均不采用2#，3#桩的施工注浆压力和提钻速度。

综上所述：总结出旋喷桩施工的工艺性参数，水灰比为1：1，旋喷压力值30Mpa，提钻速度0.23m/min，注浆量90L/min。

3.3旋喷桩测量放样

1）依据业主提供主轴线控制点及具体尺寸，运用导线控制法，使用DJ2光学经纬仪和钢尺进行主轴线的放样，其精度要求：距离中误差：±5mm，角度中误差：±10S；2）参照场地情况，将主轴线控制点引至不受破坏的位置，且加以保护；3）在复验合格的轴线基础上，进行桩位点的测定，其精度要求为±30mm；4）及时绘制测量复核签证，确保技术资料的完整性；

3.4注浆工艺

高压旋喷桩注浆固结体的质量因素较多，当确定采用一定形式的高压旋喷注浆管法之后，注浆工艺是影响固结体的重要因素之一。

1）旋喷

高压旋喷注浆，均是自下而上，连续进行，若施工中出现了停机故障，待修好后，需向下搭接不小于500mm的长度，以保证固结体的整体性。

2）复喷

在不改变旋喷技术参数的条件下，对同一土层作重复注浆（喷到顶再下钻重喷该部位），能增加土体破坏有效长度，从而加大固结体的直径或长度并提高固结体强度，复喷时全部喷浆，复喷的次数愈多固结体直径加长的效果愈好。

3.5水泥用量的控制

在喷浆提升过程中，控制水泥用量是关键。水泥的用量与喷浆压力、喷嘴直径、提升速度及水灰比等有直接关系，具体控制方法：

1）若水泥量剩余措施如下：①适当增加喷浆压力；②加大喷嘴直径；③减慢提升速度；

2）若水泥量不够，措施如下：①保证桩径的情况下适当减少压力；②喷嘴直径适当减少；③保证桩体强度的情况下适当加快提升速度；④加大水灰比值；

针对本工程具体情况，每根桩分次进行搅拌，施工用水精确量取，确保定量的水和水泥比例进行拌制水泥浆，通过调整以上参数可保证水泥量满足设计要求；针对水泥浆下沉现象（水泥浆液密度较大），采取自桩顶向下3.0m进行复喷，可保证桩体上部水泥土的强度。

3.6固结体控形

固结体的形状，可以通过调节旋喷压力和注浆量，改变喷嘴移动方向和提升速度，予以控制。由于本工程设计固结体的形状为圆柱形，在施工中采用边提升边旋转注浆，考虑到深层部位的成形，在底部喷射时，加大喷射压力，做重复旋喷或降低喷嘴的旋转提升速度，而且针对不同土层（硬土）可适当加大压力和降低喷嘴的旋转提升速度，使固结体达到匀称，保证桩径差别不大。

3.7确保桩顶强度

采用水泥浆液进行喷射时，在浆液与土粒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，造成固结体顶部出现一个凹穴，凹穴的深度随地层性质、浆液的析水性、固结体的直径和成孔深度因素不同而不同。单管旋喷的凹穴深度一般为设计桩径的1-1.5倍。这种凹穴现象，对于地基加固是极不利的，必须采取有效措施予以清除。为防止因浆液凝固收缩而产生的凹穴现象，便于地基加固达到理想的效果，可采取超高旋喷、返浆回灌等措施。

3.8防止串孔的措施

1）在施工过程中，各机组采用跳打的施工方法；2）在高压缩土层适当减小喷浆压力；3）加快提升速度和旋转速度。

工艺流程

高压旋喷桩施工工艺流程详见下框图

3.9施工工艺

1）钻机定位。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1.5%。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

2）制备水泥浆。桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。

3）钻孔。当采用地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设计标高。

4）插管。当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。当第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力（0.5～1.0MPa）边下管边射水。

5）提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值（20～40MPa），坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆，喷射注浆前要检查高压设备和管路系统，设备的压力和排量必须满足设计要求。管路系统的密封圈必须良好。各通道和喷嘴内不得有杂物。

6）喷射注浆时要注意准备，开动注浆泵，待估算水泥浆的前锋已经流出喷头后，才开始提升注浆管。

7）桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。

8）若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌：按上述4～6步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵，停止水泥浆的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。

9）清洗。向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。

10）移位。移动桩机进行下一根桩的施工。

11）补浆。喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。

3.10施工资源配置

施工主要机具设备见下表

主要机具设备表

3.11施工安全注意事项

1）施工时，对高压泥浆要全面检查和清洗干净，防止泵体的残渣和铁屑存在；各密封圈应完整无泄漏，安全阀中的安全销要进行试压检验。确保能在额定量高压力时断销卸压；压力表应定期检查，保证正常使用，一旦发生故障，要停泵停机排除故障。2）高压喷射旋喷注浆是在高压下进行，高压射流的破坏较强，浆液应过滤，使颗粒不大于喷嘴直径；高压泵必须有安全装置，当超过允许泵压后，应能自动停止工作；因故需较长时间中断旋喷时，应及时地用清水冲洗输送浆液系统，以防硬化剂沉淀管路内。3）操纵钻机人员要有熟练的操作技能，了解注浆全过程及钻机旋喷注浆性能严禁违章操作。4）喷射浆自喷嘴喷出时，具有很高的能量，因此人体与喷嘴之间的距离不应小于60cm。5）吊、放喷射管路时，严禁管下站人。6）专业电工持证上岗。电工有权拒绝执行违反电器安全操作规程的工作指令，安全员有权制止违反用电安全的行为，严禁违章指挥和违章作业。7）施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须由持证电工操作；电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器。各孔用电必须分闸，严禁一闸多用。孔上电缆必须架空，严禁拖地。8）所有现场施工人员佩带安全帽，特种作业人员佩带专门的防护工具。9）所有现场作业人员和机械操作手严禁酒后上岗。10）夜间施工需保证足够照明，能够满足正常施工需要。

3.12环境保护注意事项

（1）减小生态破坏

加强施工人员保护自然资源及野生动植物的教育，增强其减小生态破坏意识。对合同规定的施工界限外的植被等尽力维护，严禁超范围砍伐。不任意取（弃）土（渣），未经有关部门批准不得随意砍伐或改变工程沿线附近区域的植被与绿划。

（2）加强对噪声、粉尘控制

施工噪声主要包括机械作业时、施工现场和车辆运输时产生的噪声。为控制噪声影响，机械设备选型配套时优先考虑低噪声设备，采取消声、隔音等措施。加强机械设备的维修保养，保证机械设备的完好率，确保施工噪声达到施工环保标准要求。

（3）水环境保护

施工废水、生活污水应遵循清污分流、雨污分流的原则。按有关要求进行处理，不得直接排入农田、河流和渠道。

（4）固体废弃物处理

不得因任意堆放或弃置报废材料或施工中返工的挖除材料而妨碍公共交通，影响周围居民生活、降低河流行洪能力、危及居民安全、破坏周边环境。

3.13成桩施工成果检测

2017年7月14日委托云南博泰工程质量检测有限公司检测中心对试验桩1#、2#、3#桩进行了自检，通过钻芯取样对其做无测限抗压强度检测，1#、2#、3#桩的试件抗压强度均大于3.5Mpa，符合设计质量要求；2017年9月11日委托第三方检测单位对1#试桩进行了单桩地基承载力载荷试验，试验结果满足设计要求；2018年4月份，委托第三方进行旋喷桩复合地基承载力测试，抽检9点，已完成5点，中间结果报告表明旋喷桩基础承载力满足设计要求。

根据检测结果和现场施工情况，试桩方案确定的施工工艺能满足现场施工要求，保证了施工质量；试桩的施工顺序未对桩与桩之间成桩过程造成影响，施工方便，切实可行。

工艺试验成果获得的参数，作为旋喷桩项目全面展开之后的施工依据。

DK240+925～DK240+995段（70m）路基旋喷桩施工结束之后，该地段复合地基承载力亦完全满足设计要求且有较高的安全系数。

结束语

高压旋喷桩是一项在国内外应用较为广泛的施工技术，然而从设计参数到施工工艺仍然存在较大的优化空间。旋喷桩在中老磨万铁路路基基础加固项目中的成功运用，为我们留下完整的施工数据和工程运作思路，增加了路基加固的技术选项和研究内容，为今后高压旋喷桩施工技术的进一步完善提供了宝贵的经验。

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