基于改良搅拌桩机施工高压旋喷桩的技术研究

2022-04-13陈古龙

广东建材 2022年3期

陈古龙

（广州市第三市政工程有限公司）

0 引言

高压旋喷桩通过高压泵将水泥浆液喷射到岩土体中，通过高压射流的作用使岩土体结构破坏并与水泥浆混合。水泥浆硬化后形成整体性好、不透水的固结体，达到加固和防渗的效果。[1]

但传统的高压旋喷桩机具有以下缺点：在黏土层、砂层等匀质土层中施工时，施工质量较容易控制，但在较硬的黏土、砂卵砾石层中施工往往比较困难，质量难以保证，[2]施工效率低而成本较高，施工有一定的局限性；传统的高压旋喷桩钻杆细，钻杆喷出压力大，导致钻杆容易摆偏，无法保证桩位准确性以及桩体垂直度；钻杆需两米接驳一次，接驳时间长，施工效率低。

为了解决上述问题，提高高压旋喷桩施工效率及施工质量，依托广州某市政工程来研究改良高压旋喷施工技术。提出对搅拌桩机进行改良、设计和制作，形成新型可施工高压旋喷桩机的机型，并对原有的施工工艺进行优化，形成新型施工工艺。技改后能保证施工工期、提高质量安全、节约投入、便捷施工，达到以最低成本投入，实现最大限度地满足现场施工需要的目的，为今后的高压旋喷桩施工提供参考。

1 工程概况及难点

广州某市政项目的坑底止水桩采用高压旋喷桩施工，发现有以下难点：

⑴高压旋喷桩数量大，但常规高压旋喷桩施工效率慢。

本工程的高压旋喷桩坑底止水桩沿线1.771km需处理，其中，有834m 宽度为14m，937m 宽度为12m。按φ500@750×750 高压旋喷桩计算，基坑宽度为14m 每延米存在高压旋喷桩根数为19 根，834 延米总共为21134 根；基坑宽度为12m 每延米存在高压旋喷桩根数为16 根，937 延米总共为19984 根；坑底止水桩总共为41118 根。高压旋喷桩数量多，如果常规高压旋喷桩1天完成20 根，采用10 台机械，需206 天，即需要6 个多月，影响了施工工期。

⑵复杂地质情况下常规高压旋喷桩施工质量差。

传统高压旋喷桩工法适用于素填土、粉土、黏土等一般地层，遇到砂石层、卵砾石层，以及硬塑土等复杂地层时则无法钻进或产生桩位偏移。本项目地质特殊，部分地段存在较硬的黏土、较厚的粗砂层，施工质量难以保障。

为了解决上述问题，提高高压旋喷桩施工效率及施工质量，提出改良高压旋喷桩机，对原有的施工工艺进行优化，形成改良的高压旋喷桩施工新工艺。

2 高压旋喷桩机改良

2.1 改良原理

高压旋喷桩机成桩动力主要靠是钻杆、钻头、喷浆眼及高压水泥浆等，旋喷桩改良主要也是改良施工动力。改良主要分为两部分：一部分是本身机身改良。把常规高压旋喷桩机架改良为搅拌桩机机架，可以减少常规高压旋喷桩机每次接驳钻杆的时间，提高施工效率；第二部分是钻头及喷浆孔的改良，提高钻头钻进能力，缩小喷浆孔，在相同喷浆情况下，喷浆强度提高。即结合搅拌桩机垂直度高、无需接驳钻杆等优势，以及高压旋喷桩机可达到高压切割土体成为水泥土墙的优势，利用现有搅拌桩机，根据高压旋喷桩机的特性，卸掉搅拌桩原钻头，改良为自行设计的高压旋喷桩钻头，通过改良的钻头及施工工艺，形成新型可施工高压旋喷桩的搅拌桩机。见图1。

图1 搅拌桩机架示意图

2.2 制作高压旋喷桩钻头

常规的高压旋喷桩钻头采用普通铸铁材料，钻头根部采用“三叉牙式”钻齿。而改装搅拌桩机主要是钻头部分，采用高强度合金钢焊接成三角形钻头[3]。为了在硬黏土、砂卵砾石层等复杂地质更好地切削土体，本次改良是将钻头改成“三叉锯齿式”钻齿，钻齿采用钛合金材料，确保钻头具有足够的强度可适应复杂地质。

常规搅拌桩喷浆眼范围为1～2cm，而常规高压旋喷桩桩机喷浆眼范围为2～4mm，要将搅拌桩喷浆眼从常规的1～2cm 改良至2mm；规范中要求不小于20MPa压力[4]，因此改良后的搅拌桩机也需达到高压旋喷桩20MPa 的喷浆压力。搅拌桩机的机架结构不变，卸下搅拌桩钻头，参考高压旋喷桩桩机的喷浆眼形状及喷浆口范围和钻头形状，制作成可与搅拌桩机配套的高压旋喷桩钻头。在钻头制作中确保喷浆口范围为2mm，钻头比常规高压旋钻杆钻头大5cm，钻头中的钻筒采用铸铁管材料，钻齿采用钛合金材料，以确保钻头有足够的钻进强度。见图2。

图2

3 改良机械的应用

3.1 高压旋喷桩的布置

本工程坑底止水采用高压旋喷桩，基坑支护桩采用拉森钢板桩，坑底止水桩高压旋喷桩布置图见图3。

图3 高压旋喷桩布桩图

针对深基坑支护缝隙漏水，可以在支护桩背面施打高压旋喷桩，以高压旋喷桩作为掩体，封死水的流通路径路径，达到止水的效果。

⑴开挖前施打钢板桩过程中，发现锁口分开，在基坑外侧施打高压旋喷桩封堵漏水部位(见图4)；

图4

⑵止口调整部位，在钢板桩施工完成后，在对应部位施打高压旋喷桩，再进行开挖(见图5)；

图5

⑶转角部位属于薄弱部位，经常发生漏水现象，可以先开挖，如果发现有漏水现象，则采用高压旋喷桩封堵止水。分为阴角转角和阳角转角两种不同类型(见图6)；

图6

⑷在钢板桩与SMW 工法桩或钢板桩与灌注桩衔接处经常发生漏水现场，预先在接缝处施打高压旋喷桩止水处理(见图7)。

图7

3.2 改良机械操作流程及施工工艺

新型改良搅拌桩机施工高压旋喷桩机的施工方法包括以下步骤：

⑴测量定位。

先整平场地，按上述组装完成搅拌桩机后，再依据控制桩和施工布桩图，准确放出旋喷桩的孔位。

⑵钻机就位、钻孔。

根据现场放线移动钻机，使钻杆头对准孔位中心。同时为保证钻机达到设计要求的垂直度，钻机就位后必须作水平校正，使其导向架中的钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，垂直度控制按搅拌桩钻杆导向架控制垂直度不超过1/150，保证钻孔垂直度，确保桩位偏差。钻进成孔，孔径按设计要求为φ500mm 或者φ600mm，平面位置偏差不得大于50mm，采用原土造浆护壁。

⑶钻孔、试喷。

启动搅拌机电机，放松搅拌机吊索，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度可由电机的电流监测表控制，工作电流不应大于70A。如果下层速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。钻孔至设计标高，旋喷管及钻杆已在钻杆导向架上，进行试喷，确定施工技术参数。为保证施工质量须进行试桩，以校验和确定施工工艺参数是否合理。如本工程桩径500mm 单管高压旋喷桩进行封底时，水泥用量为200㎏/m，工作压力≥20MPa，实桩长为5m，旋喷桩底至地面高达13.4～16m，空桩长8.4～11m，通过试桩，确定成桩直径为500mm 的高压旋喷桩施工工艺参数如下：

注浆管：提升速度为20㎝/min；浆液压力：20MPa；流量>60L/min，水灰比：1:1。

⑷桩机喷注浆。

⑸废弃浆液处理。

⑹冲洗机具。

⑺移动旋喷机具至下一孔位。