分析高压旋喷桩施工技术及其应用

2016-08-12董学志福建华东岩土工程有限公司

低碳世界 2016年14期

关键词：水泥浆钻机浆液

董学志（福建华东岩土工程有限公司）

分析高压旋喷桩施工技术及其应用

董学志（福建华东岩土工程有限公司）

高压旋喷桩施工技术以其振动小、占地少、施工方便的优势被广泛应用于市政工程中，也可以被应用于狭窄和陡峭的位置，现已发展成为重要的地基加固方法。本文结合高压旋喷桩的施工过程，总结了施工要点，结合实际案例分析了这一施工技术的应用。

高压旋喷桩；施工要点；技术应用

高压旋喷桩借助喷射注浆法成桩，对地基进行加固处理，技术应用过程中先应用钻孔设备将注浆管底部的喷嘴置入设计深度的土层中，之后借助高压泥浆泵以20MPa左右的压力将预先制备好的水泥、水玻璃等建筑材料形成的浆液高压喷出，对土体造成较大的冲击力。在注浆管旋转和垂直云顶的过程中，可以保证浆液及时搅拌崩落土体，搅拌一定时间后凝固，在土体中形成圆柱状且具有较高强度的固结体，该固结体具有较强的抗渗能力，很大程度上提高了地基承载力。本文重点对该施工技术的应用进行分析，探究了施工要点。

1　高压旋喷桩施工过程

高压旋喷桩施工过程主要包括定孔位、钻机就位、钻进成孔、插管和水泥浆配置、喷射等，旋喷固结体的形成示意如图1所示。

图1　旋喷固结体的形成示意

高压旋喷桩正视施工之前，需要对实际地质环境有充分的了解，及时选取具有代表性的点位进行试桩，为了准确获得符合设计规范的工艺控制参数，工艺性试桩数量在5根以上。以下为简要施工流程。

定孔位：结合设计需求放样定位，将点位误差控制在允许的范围内，将小木楔打入所定桩位的中心点，及时做好标记。

钻机就位：以设计孔位为基准设置钻机，钻杆与孔位的中心线在同一直线上。为了保证钻孔能够满足设计的垂直度要求，需要在钻机就位后及时进行水平校正，即保证钻杆轴线和钻孔中心位置重合，旋喷注浆管的最大倾斜度在1.5%以内。

钻进成孔：应用钻机在设计桩位的中心钻出一个导孔，导孔尺寸以旋喷注浆管的直径为依据，导孔深度满足工艺要求。施工过程中准确记录孔位、孔深和不同钻孔内部的涌水情况、岩土地质资料等。

插管及水泥浆配制：钻孔结束后及时插入旋喷注浆管，在插管的过程中配置水泥浆，高压旋喷桩应用的水泥强度等级一般为C32.5的普通硅酸盐水泥，水泥浆配备之前检查水泥质量，保证无结块，配置过程中将水灰比控制为1：1。为了避免配置时出现离析问题，将水泥用量2%的早强剂加入其中。针对单桩而言，其水泥用量必须结合现场试喷工艺进行确定。施工前在不同的搅拌桶上做好明确的标记，加入一定量的水泥和水，充分搅拌后保证液面达到相应标记的位置［1］。

喷射作业：喷射作业是高压旋喷桩施工过程中最关键的部分，将喷头装置安装在旋喷转杆位置，旋喷转杆达到预定的深度后启动高压泵设备，及时检查泵压，各项参数满足施工要求后，从孔底开始自下而上开始喷射施工，在喷射过程中及时提升旋喷钻杆，直到达到设计标准为止。

施工结束后及时清洗注浆管和相应机具设备，注浆管内机具内不得残留水泥浆，之后将钻机设备移动到下一个孔位。

2　高压旋喷桩施工技术要点

水泥搅拌系统中需要安装有精确的计量设备，将流量表和压力计等检测装置配置在喷浆系统中，还应有可靠的测速装置在喷浆过程中对注浆管的提升速度进行测定。

施工前需要在监理工程师的指导下正确标定出浆液的流量、喷浆压力和喷嘴的提升速度等参数。施工过程中一般将钻机和注浆泵的距离控制在50～80m范围内，可以结合实际施工场地的大小做出调整。如果施工中出现设备故障，必须立即停止注浆管提升和旋喷作业，查明故障并排除后进行复喷，复喷的高度控制在50cm以上，设备修理过程中需要将注浆管冲洗干净，避免下次喷射时阻塞管路。

施工中应用的水泥浆必须在旋喷作业开始前1h内搅拌均匀，喷射时保证钻孔中正常的冒浆量在20%以下，如果不满足该指标，必须采取可靠的措施解决。施工过程中安排专业人员做好施工记录，例如定位测量结果、浆液配置比例、喷浆压力和浆液流量等。

施工过程中保证钻机机座平稳，立轴和转盘对准孔位中心，倾角与设计值的误差控制在0.5°以内。旋喷注浆强鸡翅检查设备的状态，例如高压设备和管理系统的性能等，设备的压力和排量必须都应满足设计需求，其中的管路系统需要有密封圈可靠密封，不同的通道和喷嘴必须清洁［2］。

喷射注浆过程中先打开注浆泵，判断水泥浆的前峰流出喷嘴后提升注浆管，钻进工艺中需要借助清水旋喷成孔，如果钻头进入到距离桩底标高1m以内后，需要停止1min后再进行喷射注浆，提升注浆管。

为了避免固结体脱节，最开始喷射注浆的孔端需要与前段搭接0.1m长度，保证注浆均匀。喷射注浆作业结束后，需要重点考虑浆液的析水作用，固结体出现不同程度的收缩形变，固结体的顶端出现凹穴，此时需要应用水灰比在0.6～1.0范围内的水泥浆进行补灌，同时避免泥土和杂物进入。

3　高压旋喷桩在建筑工程中的应用

某污水处理厂调节池地基处理。工程厂址为内海边滩土，地形广阔平坦。场地位于海洋与陆地的交界处，为海岸漫滩地貌单元。厂址上覆盖层为较深的淤泥软土层，厚度在5～15m之间。调节池为现浇钢筋混凝土结构，尺寸为36.4m×18.2m× （5.38～8.05）m，采用筏板基础，底板厚50cm，侧墙厚45cm，结构自重约为18434kN，有效容积为2550m3，运营期间调节池出现地基不均匀沉降。地基变形主要表现为：南侧沉降约为50cm，北侧沉降约为 10cm，结构沉降差约 40cm，倾斜率0.0219，超过规范限制要求，且不均匀导致调节池外围变形严重，墙体开裂，出现污水外渗，以及刮泥机轨道变形严重，影响调节池的正常使用，及时应用可靠的工程措施进行治理。

为了调整调节池不均匀沉降，本工程中应用高压旋喷桩法加固地基并适当纠偏。设计桩长超过淤泥层进入到残积土层1m左右，高压旋喷桩桩径设计为500mm。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）的要求，对本地基处理工程进行施工全过程的监测。调节池沉降观测点延调节池四周布置，用于监测高压旋喷对底板的影响。

根据本工程特点设备选择如表1所示。

表1　设备选型

其中主机钻杆的内径为53mm，外径76mm，钻头上设置的喷嘴直径2.8mm，主塔高度18.5m。主体借助液压撑腿进行调平，可以结合实际设备的性能和地面深度对参数进行调整，保证一次成孔［3］。

参数控制：施工中应用金牛牌普通硅酸盐水泥，强度P. O42.5R；外掺剂应用改性高效减水剂和早强剂，水泥浆水灰比为1：1，水泥浆用量150kg/m，沉降严重部位采用200kg/m，钻进过程中将钻杆的转速控制为20r/min，注浆管的提升速度控制为0.1～0.25m/min范围内，沉降严重部位将高压泵的压力控制在28～30MPa范围，一般沉降部位压力控制在20～22MPa范围。高压泵流量控制为80L/min。

施工效果：本工程中共应用67根高压旋喷桩，工程结束后，建筑物的沉降变形问题得到有效解决。工程竣工后对建筑物连续观察一个水文年，建筑物目前没有再出现严重的沉降变形问题，处理效果良好。