高压旋喷桩在超高层回填加固中的应用

史正元，李永祥，刘昆晏

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

超高层建筑中，一般地块内场地有限，大部分塔楼为靠地库某边外侧，地库顶部又有提前进行市政园林工程施工的要求，垂直运输及相关场地在地块内顶板布置局限大，施工电梯不得不布置于回填区域，而回填土纵使有良好的压实度，施工过程中也难以控制其下沉量，通过高压旋喷桩对地基加固，能有效保证土体稳固及承载能力，确保场地布置的可能性。

2 项目概况

2.1 工程概况

寰宇花园（11 号地块）总承包工程位于昆明市官渡区巫家坝旧机场内，飞虎大道和官渡409 号路之间。总建筑面积155334.06 ㎡，地上建筑面积115450.47 ㎡，地下建筑面积39883.59 ㎡。本项目地下部分为两层大型车库，地上部分由1#～8#栋楼组成，其中6#、8#两栋为两层商业裙楼，建筑高度9.7m ～10.3m；3#、4#、5#、7# 栋 为 29 层 ～37 层一类高层住宅，建筑高度88.0m ～117.5m，2#栋为27 层高层办公楼，建筑高度120m。

2.2 设计概况

高压旋喷桩桩径为600mm，相邻桩之间中心点间距为1500mm，共35 根，桩长约厚度为10m，施工电梯的基础底板尺寸大约为7000mm×5000mm×500mm。电梯基础钢筋采用直径14mm，间距200mm 双层双向钢筋，拉筋直径10mm，间距600mm 整体呈梅花形结构布置，电梯基础混凝土强度的等级为C40，电梯基础板混凝土保护层的厚度为30mm，详见图1、图2:

图1 施工电梯基础平面定位图

图2 1-1 剖面图

3 高压旋喷桩施工技术特点

高压旋喷桩施工技术使用在回填土加固过程中，能提升土体稳定性，其特点具体表现为以下几个方面。

1）施工方便

在高压旋喷桩施工中，主要选择钻机作为施工设备。它具有体积小、流动性高的特点。孔形成后，钻机用于跟随，施工过程中可在土壤中产生柱状体，占用空间小，优势大。

2)适用范围广

高压旋喷桩施工不会影响原有建筑物结构，不需要开展大型开挖工作干扰加固工程的正常运行，因此不仅可以用于施工，还可以用于以后的维护和修理。

3）原料来源广泛

旋喷桩的原料来源广泛，它可以使用低成本的425 号普通硅酸盐水泥，也可以增加粉煤灰、矿渣和工业废石膏，还可在节省成本的同时促成整合效果，全面提高施工质量。

4）施工安全性高

在高压旋喷桩施工技术中，主要选用高压水泵、高压渣浆泵等设备。这些设备安全系数高，不易造成施工安全隐患。此外，所有类型的高压设备都安装有安全阀和自动卸压装置，安全性能好。

5）良好的环境效益

高压旋喷桩施工技术在实际应用中不会影响周围建筑结构，并且，施工的振动和噪音很小，不会对周围居民造成干扰。另外，在施工过程中，不会产生大量的污染物，环境效益好。

4 高压旋喷桩施工工艺

4.1 施工顺序

1）旋喷桩钻机的移动定位

将移动旋喷桩机的缓冲钻杆移到钻机指定的桩位，将固定的旋喷钻杆移动对准相应固定孔位的钻机中心，同时手动调整旋钻和喷桩的钻机，放置平稳和水平，钻杆的垂直度偏差控制在1%～1.5%。桩机测试前期工作处理准备措施到位后，应立即准备进行旋转式喷桩机高低压(0.5MPa)的快速喷射喷嘴流水测压试验，主要目的是用于及时检查发射喷嘴管道是否畅通，压力变化是否正常。

2）水泥搅拌浆的设计配制

当搅拌桩机开始移位时，按搅拌桩机设计的配合比将移位后的水泥浆与原料混合。按一定的设计配合比将移位后的水泥、水和外加剂等原料倒入桶内，打开水泥搅拌机继续搅拌10min ～20min，然后用手拧开安装在搅拌灌浆桶底部的阀门，放入第一灌浆桶的筛网(孔径为0.8mm)，过滤后将其流入搅拌桶的浆液池，然后通过泥浆泵将其泵入第二灌浆桶的滤网(孔径为0.8mm)。第二次灌浆过滤后，流入第一灌浆桶，等待第三次灌浆。

3）桩位垂直钻孔

采用钻机设备进行预挖或钻孔时，桩位必须垂直钻孔至钻机设计标高(桩位预挖或钻孔时的孔径为15cm）。

4）插管(本工程主要采用单管法)

旋喷注浆管钻孔时，同时进行了钻孔和插管。当旋喷注浆钻杆钻入土壤时，它的作用可以防止钻杆通过水泥浆的注入或注入管本身的方向振动而使土壤倾倒。插管的过程原理是:启动旋喷注浆钻机，同时自动打开一台高压钻杆的泥浆泵，在一定的低压下向泥浆泵输送一定量的水泥浆，使高压钻杆沿泥浆泵导架方向振动，射流沉孔;直至泥浆泵桩底达到设计标高，观察泥浆泵工作时的电流不应超过或大于额定值。

5）关于提升喷嘴的搅拌

提升喷嘴应在下沉至泥浆泵设计值的深度后，停止喷射和钻孔，连续喷射和旋转，而钻杆应将高压泥浆泵的喷射压力和速度增加到泥浆泵施工时的设计值(20 MPa ～40MPa)，在底部连续喷射高压泥浆液30s 后，同时停止喷射和连续旋转，钻杆的高度应严格按照施工设计和试桩确定的设计值和提升喷嘴速度的方向进行提升。

6）对桩头部分的处理

当泥浆旋转射流喷嘴高度提升至泥浆桩顶以下1.0m 时，缓慢地提升旋转桩头的射流喷嘴数秒，然后缓慢地向上提升0.5m，直到泥浆表面提升至桩顶以下停止。

7）重复搅拌遇有碎石堆积地层时

为了保证喷淋管的桩径，可以进行重复喷洒搅拌:按上述4）～6）搅拌步骤重复进行喷洒、搅拌，直至将旋转喷淋管提升至停止输送泥浆面，关闭专用高压泥浆泵(包括清水泵、空压机)，停止向钻机输送冷凝水泥浆(水、风)，将旋转的喷淋管旋转出碎石地面，关闭钻机。

8）基本水泥罐内管道局部清洗

向所有基本水泥罐内管道注入适量的清水，打开罐内的一台高压水泥泵，将所有基本水泥管道喷淋后从管道内清除残留的多余基本水泥，并使喷淋后的砂浆全部被水清洗干净，直至基本水泥管道全部被水清洗干净。并将所有已经粘附在多余水泥土和喷淋剂的砂浆上和管头上的多余的水泥土全部彻底清理干净。

9）移位

移动桩机进行下一根桩的施工。

10）固定液结体浇灌浆液的喷射充填

固定水结体浆液喷射和浇灌浆液的充填处理作业全部完成后，由于固定液结体喷射浆液的顶部排水膨胀作用，一般固定水结体浆液有不同膨胀程度的顶端膨胀和顶部收缩，使固定液结体顶部可能出现明显凹陷，应及时地调整采用喷射灌浆充填水灰比。

4.2 主要施工技术参数

单管法:浆液压力20 MPa ～40MPa，浆液比重1.30 ～1.49，旋转射流速度20r/min，提升速度0.2m/min ～0.25m/min，喷嘴直径2mm ～3mm，浆液流量80L/min～100L/min。单桩水泥浆用量75Kg/m。

4.3 监测点设置

施工电梯需在基础的四角处设置预埋粗钢筋的沉降观测点，使用粗钢筋直径一般为30mm 的粗钢筋，使上端平整，用上端的刻面交叉线作为观测标点，将下端弯曲成钩形，倒入钢筋混凝土中。顶部埋深尺寸一般为150mm×150mm，根据其具体情况分别确定底部埋深尺寸和顶部埋深尺寸。水泥钢筋安装前，使用监控仪对龙门架进行控制和自动调整水泥钢筋的位置到原来的位置。水泥钢筋监控的频率要求:水泥钢筋安装工作完成前15d 内每天一次。水泥钢筋监测数据基本稳定后，监测的频率可以调整为每周一次。

5 常见问题及解决办法

5.1 固结体强度不均匀、缩颈

产生原因：①喷浆设备出现故障中断施工。②拔管速度、旋转速度及注浆量适配不当，造成桩身直径大小不均匀，浆液有多有少。③喷射的浆液与切削的土粒强制搅拌不均匀，不充分。

预防措施及处理方法：①喷浆前，先进行压浆压气试验，一切正常后方可配浆，准备喷射，保证连续进行。配浆时必须用筛过滤。②根据固结体的形状及桩身匀质性，调整喷嘴的旋转速度、提升速度、喷射压力和喷浆量。③对易出现缩颈部位及底部不易检查处进行定位旋转喷射（不提升）或复喷的扩大桩径办法。

5.2 钻孔沉管困难、偏斜、冒浆

产生原因：①注浆量与实际需要量相差较多。②地层中有较大空隙不冒浆或冒浆量过大则是因为有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆液所致。

预防措施及处理方法：①喷射注浆前应先平整场地，钻杆应垂直倾斜度控制在0.3%以内。②针对冒浆量过大的现象采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和旋转速度。

5.3 固结体顶部下凹

产生原因：在水泥浆液与土搅拌混合后，由于浆液的析水特性，会产生一定的收缩作用，因而造成在固结体顶部出现凹穴。其深度随土质浆液的析水性、固结体的直径和长度等因素的不同而异。

预防措施及处理方法：旋喷长度比设计长0.3m ～1.0m，或在旋喷桩施工完毕，将固结体顶部凿去部分，在凹穴部位用混凝土填满或直接在旋喷孔中再次注入浆液，或在旋喷注浆完成后，在固体的顶部0.5m ～1.0m 范围内再钻进0.5m ～1.0m，在原位提杆再注浆复喷一次加强。

6 结语

对于高层建筑施工中回填土区域不满足地基承载力要求，需采取高压旋喷桩施工技术进行处理是比较有效的一类技术手段。高压旋喷桩施工技术的运用.需要切实围绕着各个基本环节进行全面控制，确保其相应施工处理能够较为流畅高效，能实现现有地基加固，提高建筑物功能和安全性。