高压旋喷桩施工技术浅析

肖存义

摘 要： 高压旋喷注浆具有加固体强度高、加固质量均匀、加固体形状可控的特点，已成为国内外工程界普遍接受的、多用、高效的地基处理方法。由于有上述特点，所以在晨丰路立交桥桥头引道的施工中采用高压旋喷法进行地基处理来减小桥头跳车问题。

关键词： 地基处理；高压旋喷；质量控制

1前言

高压旋喷注浆先利用钻机把带有喷嘴的注浆管，钻入土层的预定位置，然后将浆液或水以高压流的形式从喷嘴里射出，冲积破坏土体，高压流切割搅碎的土层，呈颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体。他具有加固体强度高，加固质量均匀，加固体形状可控的特点，已成为国内外工程界普遍接受的，多用，高效的地基处理方法。由于有上述特点，所以在晨丰路立交桥桥头引道的施工中用高压旋喷法进行地基处理来减小桥头跳车。

2工程概况

锡张高速公路起点与无锡硕放枢纽互通连接，终点与港丰公路连接，远期规划与过江通道相接，设计线路全长49.104公里。（其中无锡段为32.241公里，张家港段为16.863公里）晨丰路分离式立交桥是锡张高速公路的交叉工程，为了减小桥头路基沉降，设置范围为在K49+480—K49+520，K50+920—K50+980兩段用旋喷注浆法进行了地基处理。打￠60CM旋喷桩，桩长14米，路中线两侧各7米以外的旋喷桩桩长减短4米，路距2—2.5米。施工完成后，对旋喷桩进行单桩承载力测试，桩身强度测试和复合地基承载力验算，其中：单桩承载力要求达到480kpa，桩身试块（边长70.7mm的立方体）的无侧限抗压强度（28天）要求达到3.8mpa，复合地基承载力不小于140kpa。

3旋喷桩的加固机理

高压旋喷注浆是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，已高压设备使浆液或水成为20mpa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。当能量大，速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土料便从土体剥落下来，并与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体，从而使地基得以加固。

由于水泥土是一种空间不均匀材料，在高压旋喷搅拌过程中，水泥和土被混合在一起，土颗粒间被水泥浆所填满。水泥水化后在土颗粒的周围形成了各种水化物的结晶。它们不断地生长，特别是钙矾石的针状结晶，很快地生长交织在一起，形成空间的网络加结构，土体被分隔包围在这些水泥的骨架中，随着土体的不断被挤密，自由水也不断减少，消失，形成了一种特殊的水泥土骨架结构。

水泥的各种成分所生成的胶质膜逐渐发展为胶质体，即表现为水泥的初凝状态。随着水化过程的不断发展，胶凝体吸收水分并不断扩大，产生结晶体。结晶体与胶质体相互包围渗透，并达到一种稳定状态，这就是硬化的开始。水泥的水化过程是一个长久的过程，水化过程不断地深入到水泥的微粒中，直到水分完全被吸收，胶质凝固结晶充满为止。在这个过程中，固结体的强度将不断提高。

4高压旋喷桩的施工工艺

4.1机械及材料要求

4.1.1高压旋喷桩的主要机械包括：高压泵，钻机，浆液搅拌器等；辅助设备包括操纵控制系统，高压管路系统，材料储存系统以及各种管材，阀门，接头安全设施等。

4.1.2旋喷使用的水泥应采用新鲜无结块32.5号普通水泥。一般水泥浆水灰比为1：1至1：1.5，稠度过大，流动过大，流动缓慢，喷管容易堵塞，增加排除故障时间，影响施工进度；稠度过小，对强度有影响。浆液宜在旋喷前1h以内配制，使用时滤去硬块，以免堵塞管路和喷嘴。

4.2施工程序

在进行施工场地布置设计时，应根据工程量大小和范围，合理布置注浆材料储存棚和机具设置地点，水电接头和排水沟位置等。布置的原则是材料搬运距离短，水电接头方便，机具设备配套要相互紧密联系，便于集中指挥，尽量缩短高压软管的距离，一般以不超过20米为宜。

4.2.1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置在设计的孔位上，使钻杆头对准孔位的中心，同时为保证钻孔达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中心位置。

4.2.2钻孔和插管

钻孔的目的是为将旋喷注浆管插入预定的土层中。钻孔的方法很多，主要视地层中地质情况，加固深度，机具设备等条件而定，钻孔的倾斜度不得大于1.5%。

4.2.3喷射作业

当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业。喷射前要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。注浆管及喷嘴内不得有任何杂物。注浆管接头的密封圈必须良好。旋喷开始后值班技术员必须时刻注意检查浆液初凝时间，注浆流量，风量，压力，旋喷提升速度等参数是否符合要求，并且随时做好记录。钻杆的旋转和提升必须连续不中断。

4.2.4冲洗

当喷射提升到设计标高后，旋喷即告结束。施工完毕应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。

4.2.5移动机具

把钻机等机具设备移到新孔位上。

5劳动组织

5.1机长1名：全面负责现场指挥，控制质量进度，协调各工序之间的衔接；

5.2操作手1名：操纵钻机作业及维修保养；

5.3司泵员1名：负责泵送管道的正常运转和日常检查；

5.4记录员1名：记录施工过程中的技术数据；

5.5安全员1名：现场安全措施的防范和实施；

5.6电工1名：保证电器设备的正常运转；

5.7机械工1名：各类机械的维修保养；

5.8其他工人5名：负责搬运水泥，清除桩头处水泥浆等杂活。

6最佳方案的确定及施工过程

首先组织人员，机械设备进场，然后购置材料进行旋喷桩的试桩，确定水泥用量及施工参数。按照设计旋喷桩单桩承载力480kpa，复合地基承载力140kpa，桩径600mm的要求，选用旋喷单管喷射。旋喷钻孔机具选用CH-5A钻机，高压泵型号为XPB-POB，水泥选用32.5号普通硅酸盐水泥，水灰比1：1，水泥用量每延米分别是150kg，200kg和250kg进行试桩试验。进过现场对比旋喷桩的搅拌均匀度及桩头质量，及对试桩进行承载力试验后，确定旋喷桩每延米的水泥用量为200kg，喷嘴直径2.8mm，设计转速23r/min，設计提升速度24cm/min，喷嘴压力为25mpa。

根据旋喷桩桩位图，按照试桩确定的水泥用量及施工参数进行旋喷桩的施工。

7.施工注意事项

7.1喷注中途发生机械故障时，应停止提升和喷射以防桩体中断，同时立即排除故障。如泵压增高也不出浆，则是喷嘴堵塞，泵压达不到要求值则可能是高压部分密封圈性能不好，连接处或旋转处漏浆，漏水。

7.2冒浆的处理：在旋喷过程中，往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沾着注浆管管壁冒出地面，通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况，旋喷的大致效果和旋喷合理性等。根据经验，冒浆（内有土粒，水及浆液）量小于注浆量20%者为正常现象，超过20%或完全不冒浆时应查明原因并采取相应措施：

7.2.1若地层中有较大空隙引起的不冒浆，则可在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定范围内凝固。另外还可以在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常施工。

7.2.2冒浆过大的原因，一般是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大的超过旋喷固结所需的浆量所致，减少冒浆的措施有三种：①提高喷射压力；②适当缩小喷嘴孔径；③加快提高旋转速度。

7.2.3由于浆液析水，收缩，固结体顶部有可能出现凹穴，一般深0.3-1.0M，必须采取措施予以消除。对于新建地基可以直接再次注入浆液填满凹穴。

8结束语

通过在晨丰路桥头进行旋喷桩的施工，使我们掌握了旋喷桩的施工特点及方法，为今后施工此类工程积累了宝贵的经验，认识到旋喷桩具有施工工艺简便，直径较大，固结体的形状多，重量轻，透气透水性差，固结强度和单桩承载力高等特点，适用于公路建设中处理软土地基和桥头回填段，防止和减少了由于不均匀沉降而引起的桥头跳车现象的发生。同时我们也应该看到，旋喷桩的施工具有造价高，施工速度慢，占用场地较多以及冒浆污染环境等缺点，限制了旋喷桩大规模地应用于公路工程软基及桥头处理当中。

参考文献

[1]刘玉卓，公路工程软基处理。北京：人民交通出版社，2002.1.

[2]普国熙等主编.地基处理手册.北京：中国建筑工业出版社，1998.8.