旋喷桩复合地基在塌陷地区的施工工艺

2015-01-10邵立新胡湛军刘静

建材与装饰 2015年24期

关键词：浆液注浆高压

邵立新胡湛军刘静

（1.贵州建工集团有限公司贵州贵阳 5500002.贵州建工集团四公司贵州贵阳 550000）

旋喷桩复合地基在塌陷地区的施工工艺

邵立新1胡湛军1刘静2

（1.贵州建工集团有限公司贵州贵阳 5500002.贵州建工集团四公司贵州贵阳 550000）

从当前旋喷桩复合地基塌陷的地区施工工艺掌握情况入手，结合安徽省淮北市的工程实况，提出科学化的施工工艺，促使该工艺更好的为塌陷地区服务。

旋喷桩；复合地基；塌陷

1 前言

安徽省淮北市是我国重要的煤矿基地，由于煤矿开采，在矿区产生大面积的塌陷区域，给地面建筑带来极大危害，而由贵州建工集团有限公司施工的沱河路西流河就坐落在塌陷区上。本工艺就是在塌陷区公路桥下至少要设置一个箱型框架或是公路桥结构，该结构下填充混凝土抗变形基础，以提高桥体结构的整体抗变形能力，当箱体框架公路桥或桥下基础部满足承载力要求时，对其地基基础进行加固。地基的加固，主要是在箱型框架桥的底板打许多的小孔，并使用高压旋喷的方法，各个箱型框架桥保持独立，并能够独立变形。钻孔布置和桩长根据地基承载力的要求确定，钻孔间距为1～2m，桩长为5～15m。本方法已在全国公路、铁路的基础处理施工中广泛推广应用。且该技术即桥梁地基抗采动变形地基加固处理技术获国家发明专利，专利号为（ZL03131875.4）。

随着经济建设的加速发展，地下的开采规模也随之不断扩大，同时也带来了巨大的环境破坏，例如地面变形或是地面坍塌等等。目前，我国的23个省已发现的的地面塌陷已有800多处，3万多个塌陷坑。因此带来巨大的经济损失，高达10多亿元。当前，由于陷区内的公路桥或铁路的几乎无法抵抗变形带来的影响，这主要是因为其的设计不规范，和普通地区的设计没有任何差异。一般情况下，合理的下沉量只用毫米来计量。而开采带来的下沉量却是以米为单位来计量的，超出了正常的施工要求。

我公司近年来奔赴华东地区施工的多个市政、公路桥，如安徽省淮北市沱河路的西流河桥，前期勘察过程中发现沱河路西流河桥位于采空区内，桥梁地基需采用抗采动变形地基加固处理技术，在塌陷区大桥箱体使用高压旋喷的方法，各个箱型框架桥保持独立，并能够独立变形。有效解决地表大变形带来的影响，例如地表不均匀沉降导致的变形。同时，还要保障地表下沉中公路车辆的正常行驶，从而有效的节省了土地资源，其起着巨大的优势，不但经济性强，方便改造，同时不会干扰煤炭的正常生产，从而有效的实现经济效益和和社会效益的最大化，实用性较强。

该技术在全国道路、铁路基础施工领域应用广泛，但在城市桥梁的施工中该项目属全国首例。

2 工艺特点

旋喷桩可提高地基的抗剪强度，能利用小直径钻孔旋转成比孔大8～10倍的大直径固结体；对已有建筑物地基加固而不扰动附近土体、施工噪音低、振动小；设备较简单、轻便、机械化程度高、料源广阔、施工简便。与桥梁施工的其他基础相比，在工期、质量、安全、造价等技术经济效益等方面有其优越的先进性和新颖性。

3 适用范围

适用于塌陷区大幅度不均匀下沉的水上交通设施的基础处理，任何软弱土层、粉土、砂、湿陷性黄土、人工填土及碎石土等的地基加固，以及既有建筑和新建筑的地基处理、深基坑侧墙的挡土或挡水、基坑底部加固防止管涌与隆起、坝的加固与防水帷幕等工程。

4 工艺原理

高压旋喷桩工艺，系利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借用液体的冲击力切割土层、同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速（15～30cm/ min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，形成具有一定强度（0.5～0.8MPa）的圆柱固结体（即旋喷桩），从而有效的加固地基。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

高压旋喷的具体流程如图1和图2所示。其中图1为施工流程，图2为应用流程。

图1 高压旋喷流程1

5.2 操作要点

5.2.1 围堰抽水

为整个施工过程创造条件，第一步就是围堰抽水。围堰范围设置在河道两侧，并选择在枯水季节。所用围堰材料就地取材，并具有一定的抗渗性。堰坝用压路机分层压实。然后用四台口径φ50离心泵抽水，直至抽干。

图2 高压旋喷流程2

5.2.2 平整场地

钻机就位前应进行场地平整，其目的是保证施工时机械移动方便、就位准确、便于控制、文明施工等。

5.2.3 测量放线

用全站仪放出控制桩点，并用白灰撒出纵横控制线、确定桩位。现场设置标高控制点，并加以保护，经常校核。

5.2.4 钻机就位及试桩确定工艺参数

使钻机处于已经设计好的孔位上，并处于垂直的状态，在具体的施工过程中，规定的旋喷管的倾斜角度小于或等于1.5%。

试桩确定工艺参数：

首先进行试桩，从而有效保障施工的效率，按照规定并在大批量制桩之前进行试桩，同时也能否检验工艺参数的合理性和有效性。

现根据工程经验提出试桩用工艺参数如下：

（1）注浆管：提升速度15～20cm；旋转速度20～25r/min。

（2）水：压力25～30MPa；流量85L/min。

（3）浆液压力：≥20MPa；流量>60Lmin。

（4）空气：压力0.8～1MPa；流量0.7m3/min。（5）水灰比：1：0.8～1：1。

5.2.5 旋喷成桩

旋转钻机使用MJ-50型进行单管旋喷，其主要适用于标准贯入度小于40m的砂土和粘性土层，地质钻机可以对比较坚硬的地层钻孔钻孔的位置与设计位置之间的误差不得超过规定的50mm。

（1）喷射时，当喷管达到预定的深度后，由下而上进行喷射作业，因此，技术人员必须密切注意检查浆液的初凝时间、注浆流量、压力、风量、旋转提升速度等参数是否严格符合设计要求，同时做好记录，并绘制过程曲线；当浆液的初凝时间达到20h以上应及时停止使用该水泥浆液（正常水灰比1：1，初凝时间为15h左右）。

（2）冲洗，喷射结束后，冲洗干净注浆管等机具设备，管内机内不得残存水泥浆。一般情况下，水替换成泥浆，喷射到地面，从而有效清除注浆管、泥浆泵以及软管内的浆液。

5.2.6 移至下桩

移动钻机等机具设备移到新孔位上。

5.2.7 静载试验

当桩达到强度后，委托有相应资质的检测单位进行单桩及复合地基承载力静载试验，每100根桩至少取一根实验，按照预定的试验目的与试验方案，将静止的荷载作用在桩上，观测桩的静力位移，静力应变，裂缝，沉降等参量，达到设计强度要求后方可进行下到工序施工。

5.2.8 开挖至标高

当桩施工完成并达到强度后，根据开挖深度选择机械或人工对多余土体进行开挖清运，但必须保证机械不能对桩产生扰动，桩间土体可采用小型挖掘机开挖，接近桩头出应由人工开挖，所有桩头必须暴露在外面，经甲方、监理、设计，地勘等单位验槽合格后方可进行下道工序施工。

5.2.9 设置沉降观测点

为满足施工期间及后续使用过程中地表变化的监测，需设置沉降观测点。其方法为在桥梁基础四周稳定部位设置，便于观测，并加以保护。且定期观测，作好记录。

6 材料与设备

钻机和高压发生设备是施工机具的重要组成部分。由于不同的喷射种类，机器设备的使用数量也是不同的，如表1。

表1 使用的机器设备

7 质量控制

（1）桩位偏差<5cm，钻孔垂直度<1%H。

（2）钻杆之前要进行测量，同时最好记录，定期检查孔的深度变化，确保孔深符合设计标准。

（3）拌制水泥浆液的配合比例率应严格符合设计的要求，且搅拌好的水泥浆液2h过后不能继续使用。

（4）在施工中，利用旋喷桩严格控制高压水泵、空压机、送浆泵的压力和提升喷浆的速度。

（5）提升过程中，拆卸钻杆后，继续旋喷施工时，保持钻杆有大于或等于10cm的搭接长度。

（6）经常检查管道系统、高压系统、使流量以及压力能够达到规定的标准从而确保桩径符合设计的标准。

8 安全措施

（1）在旋喷桩施工区采用1，4，7…，间隔跳打的方法进行施工。

（2）钻机或旋喷机就位时机座要平稳，立轴或转盘要与孔位对正，倾角与设计误差一般不得大于0.5°。

（3）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。

（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，所以应及时用水灰比为0.6的水泥浆进行补灌，并要预防其它钻孔排出的泥上或杂物进入。

（5）为了避免固结体尺寸减小，可采用提高喷射压力、泵量或降低回转与提升速度等措施，也可采用复喷工艺：第一次喷射（初喷）时，不注水泥浆液，初喷完毕后，将注浆管边送水边下降至初喷开始的孔深，再抽送水泥浆，自下而上进行第一次喷射（复喷）。

（6）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。采用单管或一重管喷射注浆时，冒浆量小于注浆量20%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。若系地层中有较大空隙引起的不冒浆，可在浆液中掺加适量速凝剂或增大注浆量，如冒浆过大，可减少注浆量或加快提升和回转速度，也可缩小喷嘴直径，提高喷射压力。

（7）对冒浆应妥善处理，及时清除沉淀的泥渣。在砂层中用单管或二重管注浆旋喷时，可以利用冒浆进行补灌已施工过的桩孔。但在粘土层、淤泥层旋喷时，因冒浆中掺入粘上或清水，故不宜利用冒浆回灌。

（8）在软弱地层旋喷时，如固结体强度低，可在旋喷后用砂浆泵注入M15砂浆。

（9）在砂层尤其是干砂层中旋喷时，喷头的外径不宜大于注浆管，否则易夹钻。

（10）在开钻前根据管线图摸清管线位置及走向，遇有不明管线应及时向上级汇报。