单机双轴高压旋喷桩在地基处理中的应用

敖小平 郭志浩 王志坚

江西省地质工程（集团）公司 江西 南昌 330030

高压旋喷桩以水泥为主要原料，加固土体的质量高、可靠性好，具有增强地基强度、提高地基承载力[1]、止水防渗、减少支挡建筑物土压力、防止砂土液化和降低土的含水量等多种功能[2-3]。该工艺在地基基础工程中广泛应用，现有技术是通过履带式低架旋喷桩机[4]以及后期出现的滚筒式旋喷桩机[5-6]进行施工。履带式低架旋喷桩机施工深度有限，每次钻进一定深度后，需要不断通过孔口接杆进行钻进，造成施工过程不连续、工效低。此外，在履带式低架旋喷桩机施工时也经常出现卡钻的问题。采用滚筒式旋喷桩机进行施工可以一次性成桩，然而滚筒式旋喷桩机采用的是单根钻杆[7-8]，当工程量较大或工期紧张时，需要投入大量滚筒式旋喷桩机，这对场地条件以及用电用水等都有很大的要求。同时，为保证多台滚筒式旋喷桩机的施工，需要更多的人手操作，从而大大增加劳动力成本，且多台滚筒式旋喷桩机的水泥搅拌系统也会对环境带来影响。本文针对工程量比较大的项目，提出并介绍了单机双轴旋喷桩双重管加固地基施工技术，并在上海市静安区某项目中成功应用。

1 工程概况

背景工程位于上海市静安区，基坑开挖面积较大，约31 900 m2，外围总周长799 m，基坑支护结构安全等级为一级，环境保护等级为一级，基坑开挖深度为22.9 m。

本工程场地地层属上海地区滨海平原地貌，场地内地层总体分布较稳定。基坑开挖深度范围涉及的土层主要有：①杂填土、②粉质黏土、③淤泥质粉质黏土夹粉性土、④黏土、⑤1-1黏土、⑤1-2粉质黏土、⑥暗绿色粉质黏土、⑦1砂质粉土、⑦2粉砂。

本工程基坑围护止水及地基加固采用高压旋喷桩进行处理，工程量57 924 m3。高压旋喷桩设计直径为800 mm，搭接200 mm，设计桩长为20～26 m，水泥掺量为25%。

本工程地基加固及基坑止水的旋喷桩工程量大、工期紧，传统的高压旋喷桩施工工艺无法满足施工要求。为此，通过技术创新及设备改进，提出了单机双轴高压旋喷桩新工艺。

2 单机双轴高压旋喷桩施工原理

单机双轴高压旋喷桩施工原理主要为“五相同五同步”，具体如下：通过同一台卷扬机控制双轴以同一速度同步下沉和提升，通过同一个控制箱的相邻2个开关控制2个钻杆动力头功率相同的电动机以同一转动速度进行搅拌，通过同一套水泥浆搅拌系统搅拌同一水泥浆，通过相邻2个动力控制箱控制2套功率相同的注浆泵以同一注浆压力进行同步注浆，通过同一台空气压缩机的2根分支输气管以同一压力将压缩空气同步送到双轴管道。双轴间距根据设计桩径和搭接长度进行定位固定，形成一次完成2根高压旋喷桩施工的创新工艺，从而满足设计要求。单机双轴高压旋喷桩机及其施工情况如图1、图2所示。

图1 单机双轴高压旋喷桩机示意

图2 单机双轴高压旋喷桩施工示意

3 施工操作要点

3.1 施工技术准备

1）熟悉图纸，进行施工技术交底，提高施工人员对工程技术要求、规程、规范及工艺技术措施的熟悉程度。

2）按有关规定做好水泥等原材料的采样及复试工作。

3.2 放线定位

由现场测量人员根据设计图纸用全站仪测定桩的控制点，并做好标识。经监理单位检查合格后，用引线和直尺定位区间桩位。开挖沟槽前采用引线控制，确保桩位误差小于50 mm。

3.3 钻机组装

根据设计图纸要求及高压旋喷桩搭接间距，确定单机双轴的间距，组装2个钻杆动力头、2套注浆系统及1个搅拌系统、1台空气压缩机（带2根分支输气管）。

3.4 钻机就位

开挖沟槽后将组装完毕的钻机进行就位。在施工前必须对桩机的平整度、对中、垂直度等进行检查，确保钻头与桩位之间偏差小于10 mm，桩机垂直度小于1%。钻孔前应检查所有附属设备并进行试运行，观察设备运行是否处于正常状态。根据设计孔深确定钻杆长度，钻杆长度应大于设计桩长2 m，采用油漆在钻塔旁标注钻孔深度控制线。

3.5 双轴同步下沉钻进

用单机双轴钻机成孔，钻头直径75 mm，通过一台卷扬机控制安装2个电动机的固定架，从而使双轴钻杆可以以相同速度同步下沉和提升，钻孔深度应大于设计桩底深度0.3～0.5 m。钻孔过程中用钻塔吊锤线检查桩机的垂直度，钻进中不得发生倾斜和移动，垂直度偏差小于1/100，确保双轴或两排的高压旋喷桩搭接符合设计要求。

3.6 双轴同步搅拌

1）当双轴钻杆下沉至地面以下约30 cm时，通过桩机操作室中电动机控制箱的开关进行同步启动，双轴钻杆连接的是相同功率的电动机，启动后双轴转速相同，同步下沉搅拌。

2）根据地层摩阻力的情况，可以选择功率为22 kW或38 kW的电动机。

3.7 相同压力同步送气

1）采用1个空气压缩机安装1个出口开关，然后分成2根送气管与双轴连接。

2）在双轴钻杆接触地面之前立即开动空气压缩机将高压空气经由双轴输送至钻头，以免钻头喷浆口被堵塞。

3.8 相同压力同步注浆

1）采用同一套水泥浆搅拌系统进行自动计量给料，配制符合设计要求的水泥浆。

2）搅拌系统搅拌合格后的水泥浆，通过管道进入搅拌系统后台的同一储浆池。

3）2套注浆泵通过管道在同一储浆池取浆，然后以相同的注浆压力同步输送至双轴。

4）2套注浆泵的型号均为XFB-90D，功率为90 kW，工作压力为38 MPa，由同一操作人员启动或关闭2个注浆泵动力控制箱的开关。

3.9 双轴同步搅拌提升

1）当双轴钻杆达到设计深度后，通过卷扬机和钻杆电动机同步由底部向上旋喷提升。

2）喷浆后，观察高压泵是否达到预定的注浆压力，确认稳定后约5 s开始逐渐提升双轴钻杆，以防出现异常情况而扭断钻杆。双轴钻杆的旋转和提升均按设计要求的速度连续工作直至桩顶标高，不得随意中断。若提升过程中出现故障，应停止提升，以免出现桩身不均匀或断桩，立即检查并及时修复。

4 施工过程质量控制措施

1）钻孔前，先对组装完的双轴钻杆钻头喷浆口进行射水试验，检查钻杆及喷浆口、喷气孔是否堵塞，待气、水压正常后，才能进行钻孔下沉施工。

2）高压旋喷桩加固土体的主要材料为P.O 42.5R水泥，进场原材料按规程进行抽样送检，检验合格后才能使用。水泥采用罐装封闭并做好环保措施，搅拌系统的自动计量仪器应有在有效期内的鉴定合格证。

3）高压旋喷桩正常施工前，应该通过不少于3根试验桩确定高压旋喷桩施工参数，如水灰比、提升速度、浆液相对密度、单机双轴水泥用量等，通过试验选择最佳施工参数。

4）灰浆搅拌应均匀，并进行过滤。储浆池中浆液采用电动机不断搅动，以免出现沉淀情况。

5）提升喷浆过程中出现中断，修复后重新施工时，应在中断处向下0.5 m左右重复喷浆搅拌，防止出现断桩。

6）双轴提升前，密切关注孔口浆液是否正常返浆。如果不正常，则停止提升，检查原因；如果是空隙或渗透漏浆，则保持注浆不提升，直至孔口返浆正常后才能提升双轴钻杆。

5 结语

单机双轴高压旋喷桩具有施工速度快、成桩质量好、噪声小、污染小等优点。上海市静安区某项目通过应用该新设备、新技术，确保了施工工期，在基坑开挖过程中，基坑围护止水效果及地基加固效果均到达设计及施工要求。该技术经提炼形成的“一种单机双轴双旋喷桩加固地基的施工方法”已申请国家发明专利并受理，取得了一定社会效益和经济效益。