双气压旋喷桩技术在地基加固中的应用

吴 迪

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100124）

0 引言

旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体。喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基得到加固。实践证明，此法对处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土等有良好的效果。

1 工程概况及地质资料

1.1 工程概况

某工程工作井为盾构始接收井，竖井开挖深度为37m，采用地下连续墙作为竖井围护结构。地下连续墙施工前要求对土体进行加固，加固深度应超过淤泥层层底1m，经加固的土体应有良好的物理性、自立性，其无侧限抗压强度不小于1MPa。

1.2 地质资料

工作井范围内地层较复杂，原址为某海景酒家，主要位于酒家鱼塘范围内。工作井地层主要为淤泥、粉质黏土、全风化花岗岩、弱风化花岗岩，淤泥层厚10.1m，粉质黏土层厚3.9m。淤泥层中夹杂大量回填片石，回填片石层厚9m。

2 施工难点分析及解决方法

2.1 复合地质中施工工艺选择

1）搅拌桩加固 选择搅拌桩对工作井地基进行加固。搅拌桩桩机下钻杆进入淤泥层钻孔过程中，由于回填片石过大、较密，搅拌桩桩机钻杆无法对片石进行搅动，钻杆不能下钻到预计加固深度。为让搅拌桩桩机正常施工，采用挖机清理淤泥层片石。清理过程中，由于淤泥层含水量较大，淤泥具有流动性，挖机所处位置地基承载力不够，不能进行片石清理。故无法进行搅拌桩加固。

2）三重旋喷桩加固 三重旋喷桩选择引孔机配合旋喷桩机对地基进行加固。引孔机在淤泥层进行引孔时，可以冲碎回填片石，成孔时间过长，引孔需7～8h。在成孔引孔后，四周淤泥重新挤入孔内，桩机喷浆杆不能下到设计深度，无法喷浆。故无法进行三重旋喷桩施工。

2.2 解决方法

通过总结搅拌桩和三重旋喷桩失败经验，必须采用引孔喷浆一体机先对地基引孔，在达到设计深度后进行喷浆，避免淤泥重新挤密钻孔的情况。结合施工经验，决定对旋喷桩机进行改造，采用双气压旋喷机，使用潜孔冲击器，配备潜孔冲击钻头。一台空压机连接潜孔冲击器，通过气压带动潜孔冲击器冲击淤泥层回填片石，达到引孔效果。在钻头达到设计深度后，另外一台空压机连接喷气管与喷浆管组合，直接进行喷浆，对地基进行加固。双气压旋喷机避免了无法成孔和成孔后无法下管喷浆问题，通过实际施工解决了淤泥层中夹杂片石这一复合地质中地基加固问题。

3 主要施工工艺

3.1 施工机具

3.1.1 施工机具选择

1）旋喷机 本次施工采用双气压三重管旋喷桩施工，根据以往相关三重管旋喷桩机经验，选用GP-2000型号旋喷机。

2）空压机 为保证潜孔冲击钻头有足够冲击压力，冲击到设计深度，选用G110A-8型螺杆空压机，并配备储气罐。为保证喷浆压力达到设计半径，选用活塞空压机，压力达0.8MPa。

3）高压泥浆泵选用 为保证喷浆压力达到20MPa以上，选用SCN-H300型。

3.1.2 施工机具改造

在GP-2000型号旋喷机基础上对部分设备进行改造。将原先设备钻杆进行外接，将接水管部分改为气管，气管接潜孔冲击器，潜孔冲击器配备潜孔冲击钻头（见图1，2）。

图1 潜孔冲击器

图2 潜孔冲击钻头

3.1.3 施工机具工作原理及试验

本文利用全国30个省份的时间序列数据分别建立VAR模型，并利用脉冲响应分析各变量对水资源消耗影响的动态效应。为了保证VAR模型的稳定性，对建立的每个VAR模型都进行AR根检验。在Eviews8.0的辅助下，发现全国30个省份中除了辽宁、上海和福建3个省份之外，其余省份的VAR模型的特征根都在单位圆内，说明其余27个省份的VAR模型都是稳定的，都通过了AR根检验，可以进行脉冲响应分析，分析结果如图1所示。由于篇幅有限，图1所示是部分省份的水资源消耗对各变量冲击的脉冲响应结果。

3.1.3.1 施工机具工作原理

1）潜孔冲击器 冲击行程开始时，活塞和阀片均处于极上位置，压气经阀盖和阀座的径向孔进入气缸上腔，推动活塞高速向下运动冲击钻头。当活塞行至衬套的花键槽被关闭时，下腔压力开始上升，于是活塞上端中心孔离开配气杆，使上腔通大气，压力降低，工作行程结束。当活塞冲击钻头尾部后，阀片因其上下压差作用，进行换向，活塞重复返回行程运动。

2）旋喷桩机成桩 在旋喷桩机就位后，开启空压机，由潜孔冲击钻头对地质进行冲击下钻。遇到淤泥层片石阻力后，通过气压冲碎片石，继续进行下钻。在钻杆到达设计深度后，停止冲击钻头空压机，开始喷浆施工。通过浆压和气压冲击破坏土体，并使片石中缝隙充满浆液，同时钻杆以一定速度向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土体中形成固结体，从而形成旋喷桩。

3.1.3.2 施工机具试验

1）地面冲击试验 在施工机具改造调试好后，先在地面进行冲击试验，①试验目的 潜孔冲击钻头在空压机带动下，气压是否足够击碎片石满足施工要求；②试验结果 潜孔冲击钻头在空压机带动下可以击碎片石，满足施工要求。

2）成孔冲击试验 ①试验目的 潜孔冲击钻头在空压机带动下，钻杆是否足够击碎片石达到设计深度，满足施工要求；②试验结果 钻杆可以达到设计深度，满足施工要求。

3.1.4 施工参数选定

表1 旋喷桩施工参数

3.2 施工工艺流程

施工流程具体如图3所示。

图3 施工流程

3.3 主要施工工艺

1）施工准备 施工准备应符合下列要求：①平整场地，清除地面、地下障碍。当地势低洼时，应回填黏性土料，但不得加填杂土；当地表过软时，应采取防止施工机械失稳的措施。②布置开挖冒浆排放沟和集浆坑。

2）地面试喷 在机器就位后，打开高压泥浆泵和活塞空压机，检查喷嘴是否有浆液喷出，确保无误后，正式开始旋喷施工。

3）引孔钻孔 打开螺杆空压机，调节空气压力至0.8MPa，开始引孔钻孔施工。在钻杆进入土体后，开启活塞空压机，调节空气压力至0.8MPa；开启高压泥浆泵，调节压力至5MPa，保持喷嘴有浆液喷出。避免施工中有杂物吸附在喷嘴上及长时间不喷浆致使水泥浆凝固堵住喷管、喷嘴。

4）提升喷射 在钻杆喷嘴达到设计深度后，关闭螺杆空压机，同时调节高压泥浆泵，调节压力至25MPa。先原地静喷水泥浆液30～60s，待水泥浆液填满超出设计深度部分后，开始提升钻杆。喷浆过程中，经常检查、调整高压泥浆泵压力、浆液流量、空压机风压风量和提升速度，控制旋喷桩施工质量。

5）结束移机 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，把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除后，将旋喷桩机移到新的孔位上。孔位与原孔位距离800mm，隔孔施工。

4 结语

综上所述，通过实践证明，经过改造的双气压三重管旋喷桩技术可以对复杂地基中土体就行加固，满足施工要求。