高压旋喷桩施工技术探讨

郝士刚

中国二十冶集团有限公司上海201900

1工程概况

本工程为梅钢产品结构调整及工艺装备升级改造工程1780mm热轧项目1标段（主体）工程除氧泵站，除氧泵站位于3#烟道以南、轧线以西、厂外冲渣沟北侧；施工范围A~C列/1~5线。由于靠近烟囱，且烟囱内衬已经施工，为避免震动对烟囱内衬产生影响，采用高压旋喷桩作为地基处理措施。场地标高约为-0.7m。除氧泵站旋喷桩根据用途分为ZH-1和ZH-2两种，分属柱下独立基础复合地基和设备基础复合地基，桩顶标高ZH-1为-2.520m，ZH-2为-1.520m。高压旋喷桩桩径Ø800mm，桩长ZH-1为23m，ZH-2为24m，共计81根。

采用强度等级为42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.9，水泥掺量正常为280Kg/m。桩身固结强度4Mpa，根据设计要求，现场选用双重管旋喷工艺。相对标高+0m相当于绝对标高+10.3m。

2、工艺原理6

2.1加固原理

高压旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻到土层的预定位置后，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，同时钻杆以一定的速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基的目的。

根据喷射方法不同，高压旋喷桩可分为单管法、二重管法和三重管法。本工程中应用的是二重管法。

二重管法是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成较大的固结体。

二重管法注浆示意图：

2.2成桩机理

二重管法成桩机理包括以下四种作用：

（1）高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。

（2）混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着喷咀移动方向相反的方向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构。

（3）充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入沙层一定厚度形成固结体。

（4）压密作用。高压喷射流在切割破坏土层过程中，在破坏部分边缘还有剩余压力，并对土层产生一定的压密作用，使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。

3、高压旋喷桩施工

3.1施工部署

本工程施工准备工作完成后，立即进行旋喷桩施工。具体工作流程为：

具备高压旋喷桩施工条件---->①旋喷桩设备、人员进场---->②设备就位、安装、调试---->③控制线及桩位放样、报测量监理验收---->④施工区域的处理，符合高压旋喷桩施工的工作面---->⑤高压旋喷桩施工---->⑥施工设备完毕、设备拆卸、撤场---->⑦编制、提交竣工资料。

3.2施工进度计划

2011年09月13日机械设备进场，进场后快速进行了前期准备，设备和材料进场。正式施工时合理安排人员，优化打桩机械就位路线，提高工作效率和设备利用率。旋喷桩施工：机械进场准备用时2天，正式施工共用时16天，机械退场2天。

3.3施工机械设备

根据施工总体进度安排，施工设备进场，并进行了机械安装调试。大型设备在自检、互检、专检的基础上，报上级部门验收合格。

3.4施工技术方案与施工工艺

3.4.1施工流程

3.4.2施工准备

（1）按施工平面图要求做好加固位置的清理准备工作，桩机移动范围内及时覆土压实，并保持场内外道路清洁；

（2）工程放样，根据施工图纸在现场确定旋喷桩的轴线和孔位，做好标记并请监理现场复核，复核合格后可施工；

（3）根据放样的轴线进行沟槽开挖工作，方便与正常施工泥浆的排放与外运；

（4）按施工要求布置好供水，供电，排水，排浆设施；

（5）做好设备安装及调试工作，确保机械在开工后能正常运转；

（6）做好原材料复试工作；

（7）对所有参加施工作业的人员进行技术、质量及安全的交底工作。

3.4.3施工工艺

（1）定位

现场技术人员按施工图现场放样，并做好明确标志，放样偏差<3mm。

（2）桩位成孔

旋喷注浆前必须利用引孔设备处理地表面，引孔至原土层。成孔时钻机机架垫平，钻具垂直地面，成孔垂直度允许偏差小于1.5%。

（3）喷浆作业

①旋喷机架就位，喷管处于自然悬吊状态时喷管中心对准孔心，偏差不大于50mm，保证下管及提升、旋喷注浆的顺利；

②下喷管前先检查喷嘴及喷浆口是否完好畅通，再作喷浆试验，当浆压符合设计要求时方可下管。即注浆时高压注浆泵达到设计压力20Mpa方可提升，并保持成桩时注浆泵压力在20Mpa以上。

③喷管下至较设计深度多10cm，开始拌送水泥浆，然后开高压气、达到设计参数，孔口冒浆正常后（约2分钟---4分钟），开始旋喷提升；

④喷注中如遇故障等情况，喷管下降20cm才能开始继续喷注，以保证旋喷加固体的竖向连续性；

⑤施工中及时作好废浆处理。

3.5施工质量保证措施

（1）确保定位轴线质量

①严格按照施工图及施工现场实际位置定出桩的起始点及轴线位置；

②旋喷桩起始点及轴线位置经验收合格后，方可进行旋喷桩施工；

（2）确保桩位质量

桩位移机前要量好间距尺寸并做好标记，移位时在内外边线间移动，就位前对桩间距进行复核，以确保桩间距离符合设计要求。

（3）确保桩顶、桩底标高

施工时应不断测量施工场地及机架标高，并及时修正相应桩深和其它标高控制位置，确保桩身长度。旋喷桩施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高0.3~0.5m，成桩后桩顶浮浆部分截除。

（4）保证桩体垂直度

在铺设道轨枕木处要垫平整实，使道轨枕木在同一水平线上，在开孔前用水平尺对机架进行校对以确保桩体垂直度（偏差不得超过1.5%h）。

（5）保证加固体强度均匀性

水泥浆液应该充分搅拌均匀，搅拌时间为3-5分钟，水泥浆液不得离析，停置时间超过2小时不得使用。

（6）保证加固体强度均匀性

（7）试块留置，每天留置一组，一组六块，规格70.7mm×70.7mm×70.7mm。原材料复检，现场使用水泥为散装水泥，每500t做一次原材检测，取样12Kg。

（8）每天做好高压旋喷桩原始记录。

（9）旋喷桩施工结束28天后，选择有代表性的桩位进行检测，采用载荷试验确定复合地基的承载力（载荷试验必须在桩身强度满足试验条件时）；检验点数量为施工孔数的0.5~1%，并不应少于3点。并将检测结果反馈设计院。

4、结语

旋喷桩质量控制主要是施工参数控制：水泥浆配比，提升速度，转速，浆液流量，垂直度，喷浆、喷气的压力。通过检查设备参数，控制水泥用量，单位时间成桩量旋喷桩的质量得到了很好的控制，荷载试验检测合格，为以后旋喷桩地基处理积累了一定的经验。