高压旋喷注浆在地基基础技术处理中的应用

2020-01-16

中国建材科技 2020年6期

（河北建设勘察研究院有限公司，河北石家庄 050000）

我国各类地形地貌众多，在建筑工程施工中经常会遇到漂石和大块石含量较多的地质条件，大多数情况下，地基处理单位会选择注浆的方法来提高该类型地基基础的稳定性。随着地基处理技术的不断发展，施工工艺简单、桩身质量稳定性高的高压旋喷技术在该复杂地质条件地基处理中的应用越来越广泛，且在造价方面低于其他几种处理方法。本文主要结合实际工程案例对高压旋喷注浆工艺的具体施工流程进行分析。

1 高压喷射注浆技术简介

高压喷射注浆技术是利用高压水或高压浆液形成的高压射流，冲击、切割、破碎地层土体，并使水泥浆液与地层土体颗粒相互充填、掺混和凝结，从而形成桩柱或板墙状的凝结体，用来提高地基防渗或承载能力。通常情况下，依据喷射形式的不同将高压喷射注浆技术分为高压旋喷注浆、高压摆喷注浆以及高压定喷注浆三种形式。这三种高压喷射注浆形式因采用的喷射设备和介质不同，又可分为单管喷射注浆、双管喷射注浆以及三管喷射注浆法。高压喷射注浆中的旋喷注浆技术主要利用高压旋转射流对土体进行旋转切割的同时进行同步提升作业，通过喷射切割与同步提升作业使土体形成圆柱形态。该技术主要应用在淤泥质土、粉质黏土、粉土、砂土、碎石、卵（碎）石等松散透水地层或填筑体内的防渗处理。

2 工程概况

案例工程项目为某电厂基坑防渗项目，项目基坑所处地质条件为冲积和洪积混合堆积层，基坑冲积层的地质结构组成主要为砂、卵、砾石夹漂石以及零星大块孤石，基坑洪积层地质组成主要包含碎块石、漂石以及卵石夹砂土，地质下伏基岩则为弱风化玄武岩层。电厂基坑防渗项目的地基处理设计采用“拉森钢板桩+悬挂式高压旋喷防渗墙”措施，基坑轴线全长105米，基坑防渗技术采用高压旋喷注浆技术中的单管高压喷射注浆法，设计旋喷桩直径0.6m,设计桩孔186个，平均深度16m，案例项目工程总量2976m。

3 高压旋喷注浆技术工艺参数的选择

喷射作用应用到的水、气以及浆液的压力流量参数、喷浆管提升速度参数、高压旋喷装置的旋转速度参数、喷浆管的进浆和回浆密度参数、桩间距和孔直径参数以及喷射范围参数的选取和设置直接影响地基处理工程的质量和施工成本。通过以往的工程实践经验，喷浆的高压射流压力与高压旋喷施工质量成正比关系。

影响高压旋喷施工的基本参数是高压喷浆范围参数和有效桩径参数，而这两个参数的设置以施工项目的地质条件和被破碎地层的高压射流压力为前置条件。通常情况下，高压旋喷桩的桩径在80-140cm。本案例中的电厂基坑防渗项目在施工完毕后的后期回填土过程中，实际测得项目有效桩长18.5m左右，根据高压旋喷施工工艺对桩套搭接的要求，其搭接厚度范围为15-20cm，桩孔孔距可取65-120cm之间。采用基坑深度和地质条件综合确定旋喷桩的总桩数、横向桩间距以及纵向桩间距。通常做法是永久性工程需要进行现场试桩，非永久性工程可根据同类型工程进行比对确定，如果没有同类型工程可参考，仍需进行现场试桩来最终确定旋喷桩的横向和纵向桩间距。根据经验，当基坑防渗处理的深度在20m以上时采用单排孔设计性价比高；当基坑防渗处理的深度在20-30m之间时，既可以采用单排高压旋喷桩套连接成墙体，也可以采用双排高压旋喷桩套连接成墙体；当基坑防渗处理的深度在30m以上时，既可以采用双排高压旋喷桩套连接成墙体，也可以采用三排高压旋喷桩套连接成墙体。

4 单管高压旋喷施工方法

4.1 高压旋喷机械设备和旋喷材料规定

高压旋喷主要机具设备包括高压旋喷机、单管成孔钻机、浆液搅拌容器以及注浆泵等。高压旋喷作业的辅助设备集成系统由3部分组成，分别是操纵控制、高压管路以及材料存储。除集成系统外，还包括各类连接接头、机械阀门以及各类管材等设备配件。根据案例项目具体要求，高压旋喷作业使用的材料主要是普通硅酸盐水泥和水组成的混合浆液，其中水和水泥的体积比按1:1设置，水泥浆液的配置时间也有严格要求，须在喷射前1小时内配置完成。此外，为了降低浆液喷射过程中出现喷嘴堵塞的概率，在配置浆液时要对大块砂石进行充分过滤。

4.2 各工序施工做法及技术质量控制标准

本工程在大面积施工前应进行试喷，通过钻孔的难易程度、注浆压力、提升速度、注浆量等收集施工数据，作为施工控制数据和设计修正的依据。

4.2.1 钻机成孔

1）桩点坐标测放。本次工程的桩位测放选用南方全站仪，依据建设单位提供的基准坐标点和设计图纸中各桩位坐标进行施放作业。桩位施放完毕后，按照图纸要求做好编号。

2）在正式成孔钻进前，须检查钻机底盘水平度是否符合要求，利用水平尺检查钻机水平度和钻机垂直度，保证钻机导向支架垂直度控制在0.5%以内，成桩后的桩位偏差控制在20mm以内。

3）在钻机钻进过程中要及时对钻孔深度、是否有漏浆或者塌孔现象进行详细记录。

4）为确保旋喷浆液顺利喷出，要及时将喷浆管内的残渣置换干净。

5）已经达到设计深度的钻孔要及时测量并进行覆盖。

4.2.2 高喷灌浆

1）本案例工程采用单管法施工，灌浆方式为从上至下。

2）向钻孔内下设喷射管之前要在地面试喷射，试喷结束后对各类试验数据收集整理，待各项数据符合设计要求后方可进行孔底喷射作业。当喷浆管下设到孔底土地内，即可开始进行喷浆作业。此外，喷浆作业需本单位工程师和监理工程师验孔合格后方可进行。

3）喷浆浆液制备过程中最重要的材料是水泥，本案例选用普通硅酸盐水泥，按照水灰体积比1:1配置注浆浆液。喷射作业中要安排专人进行浆液比重等各项指标的测量，如果发现浆液指标偏离规范要求，须立即停止喷射作业，进行浆液配合比检查。

4）高压喷浆管下放到孔内设计深度后，将搅拌好的混合液利用高压压入孔底。当水泥浆液冒出孔口后提升注浆管，提升的同时要停止向孔内进行高压水和高压气体的输入，但是水泥浆液不停。在喷射过程中要做好喷射记录，经相关负责人确认后方可继续进行喷浆作业。高压注浆泵体与喷浆口的距离应小于50m，高压喷射注浆的正常压力不能低于20MPa，案例项目的喷射流量规范要求在每分钟100L以内，喷浆管的提升速度控制在每分钟30厘米内，喷浆管提升过程中的旋转速度控制在每分钟20转左右。高压喷射注浆过程中容易发生埋管现象，为了将其发生概率降至最低，应在喷射作业中安排专人做好接管和卸管工作，争取用最短的时间完成临时接管作业，保障喷射注浆的质量。达到设计的喷射压力后着手进行喷射作业，喷射过程中须待喷浆量达到设计要求后再进行喷浆管提升作业。当喷浆作业遇到干扰时，为确保桩身的完整性，应第一时间停止喷浆作业，立即着手喷射故障的排查，如果发现喷浆量没有达到设计规范要求，要及时检查是否影响了成桩直径，进行准确复核。如果喷射过程中出现漏浆现象，应立即将重新制定的浆液配方上报监理单位。如果出现喷射压力下降或者桩孔周围有翻浆现象，应立即停止喷射作业，进行故障检修，查明原因后方可继续施工。为防止桩身直径达不到设计要求，单管法喷浆应根据桩孔喷浆量的大小确定是否需要复喷。高压喷浆作业完毕后要及时提出高压喷浆管，立即用蒸汽对喷射管进行全方位清洗，防止喷射管水泥浆初凝后影响喷浆口的顺畅。连续施工的两喷浆桩孔之间的喷射间距不能少于5m，此外，相邻桩孔喷射注浆时间间隔要在48h以上。

5）在喷浆作业中，要严格按照设计参数进行浆液配比设置，并做好各项数据的原始资料汇总，每天交接班后由资料员及时归档。对现场高压喷射注浆作业残留的浆液和喷射过程中冒出的浆液要进行科学系统的综合利用，不允许在场地内随意排放。充分利用剩余浆液，不但可以降低施工成本，还具有环境保护方面的综合效益。