三重管高压旋喷桩在改线工程地基加固中的应用

黄健德

（中国铁建二十四局集团 福建铁路建设有限公司，福建 福州 350001）

高压喷射技术是上世纪70年代初期，日本最先应用于地基加固和防水帷幕一种特殊的地基加固技术。此后，70年代中期又开发了同时喷射高压冰液和压缩空气的二重管法，最后形成喷射高压清水，压缩空气和低压浆液的三重管法。这种方法比单管法、双重管法加固直径大，不需要采用高压泥浆泵，成为国内外应用最广的喷射注浆法。目前，在我国得到较广泛的应用，解决了一批其他施工方法难以解决的工程技术问题，取得了良好的社会和经济效益。

1 工程概述

1.1 工程概况

京沪线栖霞山隧道地段改线工程位于栖霞山站与南京东编组站之间，里程为K282+600～K285+550。既有栖霞山隧道不能满足双层集装箱的限界要求，并存在局部衬砌开裂、渗水、岩层剥蚀掉块及基床翻浆冒泥等病害。新建栖霞山隧道距既有隧道南侧约180m，两端R-800m曲线一并改造，改线长度2.9km。

DK284+275～+870段路堤与既有上行线并行，距既有上行线0m～19m；为既有路基半宽加大，采用三重管高压旋喷注浆进行地基加固处理。

1.2 地质概况

根据设计院地质钻探资料：(1)表层为人工填土，厚1.0～5.0m，C=20KPa,φu=25°,r=18.0KN/m3；(2)深灰色、灰褐色的流塑淤泥质黏土和黄褐色软塑粉质黏土，淤泥质黏土层厚一般为2.0～15.0m 不等，Cu=7.0KPa,φu=11.0°,r=17.6KN/m3φcu=17.5°；(3)粉质黏土,灰色,软塑,厚＞2m，地基工程地质条件较差。

1.3 地下水

地下水主要为上部土层孔隙潜水，水量小，受雨水、地下水补给；地下水埋深约为1.0～3.0m。

2 采用高压旋喷桩的原因

2.1 高压旋喷桩对处理淤泥、淤泥质黏土、流塑、软塑粉质黏土、粉土、砂土、黄土和碎石土等地基非常有效，能明显提高地基的抗剪强度，改善地的变形性质。

2.2 该段路堤临近既有上行线并行，距既有上行线0m～19m；路堤坡脚处居民房屋较密集，若采用预应力管桩进行软基处理，施工过程中的挤土效应会对既有铁路及周围的房屋产生影响，将危及既有铁路的运营安全及房屋开裂等问题。采用高压旋喷桩，减少其对铁路既有路基稳定性及坡脚房屋的影响。

2.3 因本段路堤既有路基半宽加大，经现场二次钻探及挖探坑确认原铁路既有线路基填土中夹有片石，若采用深层搅拌桩，必须对3～5m表层人工填土进行开挖清除杂石，引起的既有路基沉降，危及既有铁路的运营安全。高压旋喷桩设备巧小，移动灵活，适合在既有路基半宽的狭长地带的施工。高压旋喷桩法是先钻孔（引孔），相对深层搅拌桩不仅垂直度易控制，不易发生偏移且水平抵抗力相对较好。

3 高压旋喷桩设计

高压旋喷桩，桩径 1.0m，桩长 12.5m～18.0m，桩间距 1.6m～3.2m。采用425#普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为1∶1,设计复合地基承载力不小于300kPa。高压旋喷桩采用三喷管进行施工，施工前应进行工艺性试桩，试桩根数不少于4根，以取得在该地层条件下达到设计有效桩径的工艺性参数。

4 三重管高压旋喷桩工艺原理

这是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m。

5 工艺性参数参数

试验采用P.042.5级硅酸盐水泥，按照技术规范要求及设计参数进行高压旋喷桩的工艺性试验，确定具体参数结果如下:

旋喷注浆施工技术参数

6 三重管高压旋喷桩施工

6.1 施工准备工作

高压旋喷桩施工前，应在做好施工调查、核对设计文件的基础上进行交接桩，定测复测、测设施工边界桩修建供生产及生活使用的临时工程，清理施工场地，并做好施工防排水工作。

施工调查应重点收集以下内容的资料：(1)地基的地质情况。(2)材料的复查和试验。(3)桩机设备的状况，施工人员的操作上岗证。

6.2 施工机具

施工机具主要由钻机和高压发生设备两大部分组成。由于喷射种类不同，所使用的机器设备为：XPB-90型高压水泵、XP-20钻机、HB80型泥浆泵、VT-618型、泥浆搅拌机、三重管、高压胶管等。

6.3 施工材料

(1)水泥：灌浆采用海螺牌罐装普通硅酸盐32.5号水泥。工地上必须保证有100吨水泥的储备，以满足高压旋喷桩的施工。(2)陶土：南京汤山康发冶铸材料有限公司钻井泥浆膨土。(3)膨胀剂：南特牌UEA低碱混凝土膨胀剂。

6.4 施工程序

先把钻杆插入或打进预定土层中，自下而上进行喷射注浆作业。

（1）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装在设计的孔位上，使钻杆头对准孔位的中心。同时为保证钻到设计要求的垂直度，钻机就位后，必须作水平校正，使其钻杆轴线垂直对准钻孔的中心位置。施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于1.0%。

（2）钻孔。钻孔的目的是为将旋喷注浆插入预定的地层中。准备工作完成后就可开始钻孔。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm。

（3）插管。插管是将喷管插入地层预定的深度。使用震动钻机钻孔时，插管与钻孔两道工序合二而一，钻孔完毕，插管作业即完成。使用地质钻机引孔时，钻到预定深度后必须拨出岩芯管，并换上旋喷管插入预定深度。

（4）喷射注浆。喷射注浆管插入预定深度后，由下至上同时喷射高压水及低压空气，利用高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大孔隙。另注入水泥浆液填充空隙。注浆时随时检查浆液初凝时间、浆液流量、浆液压力、旋转提升速度、水压力、水流量及空气压力、空气流量等参数是否符合设计及规范要求，并随时做好记录。

（5）冲洗。施工完毕后，冲洗干净注浆管等机具设备，管内机内不得残存水泥浆。

（6）移动机具。把钻机等机具设备移到新孔上。

6.5 旋喷桩的操作要点

(1)垂直施工时，钻孔的倾斜度一般不得大于1.5%。

(2)在插管和喷射过程中，要注意防止喷嘴被堵，在拆卸或安装注浆管时动作要快。水、气、浆的压力和流量必须符合设计值，否则要拔管清洗再重新进行插管和旋喷。

(3)喷射时，要做好压力、流量和冒浆量的量测工作，并按要求逐项记录。钻杆的旋转和提升必须连续不中断。拆卸钻杆继续旋喷时，要注意保持钻杆有0.1m的搭接长度，不得使喷射固结体脱节。

(4)深层旋喷时，应先喷浆后旋转和提升，以防注浆管扭断。

(5)搅拌水泥时，水灰比要按设计规定，不提随意更改，在旋喷过程中应防止水泥浆沉淀，使浓度降低。禁止使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。

6.6 施工技术措施

(1)旋喷施工应间隔2～3孔跳孔施工。

(2)当喷浆口达到桩顶高度时，继续喷浆上提0.5m，以保证桩顶质量。

(3)当地层有较大空隙时，在浆液中掺入适量的速凝剂，缩短固结时间；在空隙地段增大注浆量，填满空隙后继续正常喷浆。

(4)喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，所以应及时从旋喷孔再次压浆填满或进行原位二次注浆。并要预防其它钻孔排出的泥土或杂物进入。

(5)在喷射注浆过程中，应观察冒浆的情况，以及时了解土层情况，喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。采用三重管喷射注浆时，冒浆量则应大于高压水的喷射量，但其超过量应小于注浆量的20%。

7 效果检查

高压旋喷桩施工完成后，按规范要求，分别对不同部位的高压旋喷桩进行了低应变检测、钻孔取芯、单桩竖向抗压静载试验，均满足设计和规范要求。

8 结语

该工程既有线路基半宽加大采用三重管高压旋喷桩施工技术，取得了较好的加固效果，保证了既有线路基及行车安全，说明三重管喷射注浆法是一种具有特殊功能的地基加固方法，与包括桩基及其它地基处理方法相比，喷射注浆法是一种最优的选择，有些情况则是唯一选择。因此，它是一种新的、具有很强生命力的地基加固技术。

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