公路基坑高压旋喷桩施工技术

李思琦

（承德盛达高速公路养护有限公司，河北承德 067000）

0 引言

随着国民经济的发展，公路桥梁建设项目日益增多，目前公路深基坑常采用高压旋喷桩、水泥土搅拌桩等进行止水加固处理，但效果不理想，无法彻底解决软土基坑开挖过程中易出现的管涌等问题[1-2]。为有效解决公路砂土基坑坑底涌水、涌砂问题，采用高压旋喷桩加固技术对基坑进行封底加固[3]。高压喷射桩是将高压水力喷射切割技术和化学注浆技术相结合，用于地基加固止水的一种施工工艺[4]，对公路基坑高压旋喷桩施工技术进行分析具有重要的意义。

1 工程概况

某公路砂土基坑自基坑底板以下地层分别为中砂、粉细砂、砾砂、粉质黏土、粗砂，围护结构桩底位置地层为粉质黏土、粉细砂、粗砂。由于传统的桩基在地下30 m 以下区域成桩效果难以保证，故在桩底采用高压旋喷桩满堂加固，加固深度为围护桩底以上3 m 范围，加固区域约在地面以下34 m 范围。该公路项目高压旋喷桩加固直径为2400 mm；桩间距为1800 mm×1600 mm，水泥掺量为1000 kg/m3，水灰比1∶1，成桩垂直度偏差不大于1/200。

2 高压旋喷桩施工工艺

2.1 工艺原理

高压旋喷桩是以工程钻机的钻孔为先导孔，并将注浆管插进特定土层深度中，之后再利用高压流喷射出水泥浆，冲击与切削土体。土体受到高压喷射流的作用，出现强度破坏，并从土层当中剥落颗粒，和水泥搅拌，并慢慢形成水泥浆液[5]。其中部分颗粒会随着浆液慢慢冒出地面，其他的土颗粒在冲击力与重力的作用下，根据浆土比例与质量大小规律排列。从上到下持续的喷射注浆，混合浆液逐渐凝固之后，会在土层当中慢慢形成固结体。其和土体之间共同承受载荷，在共同作用之下形成复合地基。基本原理为固结体变形量较小，土体变形量较大，共同载荷作用之下，土体压缩会增大，受力会慢慢减小，固结体变形比较小，载荷会慢慢增大。

高压旋喷桩加固工艺首先利用可达20 MPa 压力的上段超高压水和可达1.05 MPa 压力的压缩空气喷射流体，对周围土体结构进行切削破坏，然后再利用可达40 MPa 压力的超高压水泥浆液和压缩空气喷射流体扩大切削范围，水泥浆液与被破坏的土层或砂层经过混合搅拌形成具有一定止水效果和强度的水泥加固柱体，形成高压旋喷桩[6]。

2.2 施工特点

2.2.1 注浆压力高，成桩深度大

最大喷射水泥浆压力可达40 MPa，最大喷射水压力可达20 MPa，且压力参数可根据需求进行调整，可以更好地切削破坏土体，扩大搅拌加固直径，成桩直径最大能达到3.5 m，通过2次切削土层，实现水泥浆液和土体颗粒均匀充分搅拌。其设备钻杆分节连接，最大钻进深度可达60 m，可以形成高深度、大直径的加固桩体[7]。

2.2.2 加固范围和角度适用性强

高压旋喷桩不仅可以垂直施工，还可以倾斜钻孔注浆加固，适用于一些特殊区域的地基处理，而且可以实现任意角度的喷射加固。

2.2.3 泥浆污染少，环境影响小

高压旋喷桩产生的泥浆是通过土层与护壁或钻杆的空隙，通过气升排放至地面集中处理，大幅减少泥浆污染，同时该设备噪声小，对周边环境影响小，文明施工有保障[8]。

2.2.4 地层适应性强

高压旋喷桩不仅可用于砂土地层，还可以用于填土、黏性土、淤泥质土、粉土等易与水泥浆搅拌加固的地层。

3 高压旋喷桩施工技术

高压旋喷桩施工主要包括地面平整、测量定位、引孔施工、套管下放、钻杆下放、喷射试验、喷射注浆、钻杆提出等施工工序。

3.1 地面平整

进入施工现场前，需提前清理地面及地下障碍物，并进行场地平整，确保地基承载力符合设备要求，确保桩机无倾覆可能，以保证成桩质量及施工安全。并且有必要对管道进行检查，及时清理施工现场的地面，然后进行夯实和平衡，以满足地面平整的要求。

3.2 测量定位

所有高压旋喷桩都应进行统一编号，将用过的钻床放置在预定的孔位置，使钻杆头与孔位置的中心对齐。同时，为了确保井的垂直性以满足设计要求，需要在安装钻床后进行水平修正，使钻杆轴线与井的中心垂直对齐。

3.3 引孔施工

引孔位置必须严格符合测量定位，垂直度误差控制在1/200范围内。确保孔底标高满足设计深度，引孔深度略比设计深度深0.5 m 以上。

3.4 套管下放

引孔垂直度达到要求后，利用吊车将套管下放到设计深度。首先测量套管的长度，并测量喷嘴中心线是否与套管方向一致。

3.5 钻杆下放

利用吊车将钻杆下放至套管内，直至达到预定设计深度。首先将超高压旋喷钻机就位、对中，并调整水平和垂直度。逐节拼接下放钻杆至设计标高，单节钻杆长度1.5 m，拼接下放每节钻杆时需检查钻杆的密封件是否完好，对密封件有磨损的及时更换。下放钻杆到设计标高后，连接好喷浆用的3 根高压管水泥浆管、气管和水管，必须连接牢固紧密。

3.6 喷射试验

布置安放好抽废浆液的浆泵和泥浆管，并检查抽浆泵是否正常工作。所有准备工作做好后，即可利用高压水泵切削土体进行喷射试验。通过现场试验确定满足设计桩径的施工参数（喷嘴直径、提升速度、旋转速度、喷射压力、喷射流量、复喷遍数等），试验完毕后开挖检查，获得灌浆影响半径、桩形等。生产性试验可根据不同的地质条件，在同一个试验区采用不同的参数进行试验。

3.7 喷射注浆

在喷射注浆之前，应调整注射方向和倾斜角度并采取措施，防止喷嘴堵塞。在进行喷射试验后，并复核确认相关参数和设备可靠性之后，开始提升喷射注水泥浆液，严格控制钻杆提升速度和注浆压力，不得发生断浆现象。喷射管道达到规定深度后，打开污泥泵，从下而上进行旋转注入，清洗和卸载污泥。喷射时，先达到规定的喷涂压力，然后喷射后缓慢抬起旋转喷嘴，有效防止旋转喷嘴脱落。为了保证桩基础的质量，喷嘴下降到规定深度时，必须在原始位置旋转10 s，然后再进行喷射注浆。

3.8 钻杆提出

喷射注浆至设计高度后，将钻杆提出并予以冲洗保养，桩机移位至下一位置继续施工。

4 高压旋喷桩施工质量控制

高压旋喷桩施工前质量控制内容主要包括以下6 个：①水泥、悬浮剂和加速器等原材料的检查；②水泥浆所占比例，确定其是否符合当地实际施工要求；③检查设备是否正常，检查高压喷嘴挤压设备、地质钻机、高压污泥泵等，并保证钻杆、钻头和导向器的运行平稳；④检查喷淋过程是否符合地质条件，应进行试射，探测次数不应少于2 个孔，并且可以在探测过程中相应地设置参数；⑤检查地下障碍物，确保钻井打桩符合具体要求；⑥检查桩身位置和流量计的精度和灵敏度。

施工过程中的质量控制内容主要包括以下6 个：①钻杆的垂直性和钻具的定位；②钻孔速度和沉速等；③喷嘴挤压压力、喷射混凝土的速度和数量；④钻孔位置处的泥浆状态；⑤分段吊装过程中喷嘴高度和重叠长度下降；⑥施工记录。

5 检测效果

根据设计要求，应对加固体进行强度和渗透系数检测，规范要求28 d 无侧限单轴抗压强度大于4 MPa，渗透系数小于1×10-6cm/s。现场经监理旁站取芯送检，28 d 无侧限单轴抗压强度检测结果见表1，渗透系数检测结果见表2。

表2 渗透系数检测结果

由表1 可知，检测部位的28 d 无侧限单轴抗压强度均大于4 MPa，满足设计要求。由表2 可知，检测部位的渗透系数小于1×10-6cm/s，满足设计要求。说明该项目高压旋喷桩成桩效果良好，上述施工参数合理可行。

6 监测情况

该基坑周边地表和建筑物自竣工以来开始监测，每间隔一周记录一次地表和周边建筑物的沉降值，周边建筑物继续持续监测半年后数据基本稳定为止。其中地表沉降最大值为12.9 mm，周边建筑物沉降最大值为11.4 mm，均小于设计要求的30 mm。

7 结束语

高压旋喷桩应用于公路砂土基坑封底加固，基坑开挖前提前15 d 进行基坑封闭降水施工，基坑开挖时基坑土方含水量小，坑底较干燥，有效地隔断了地下水渗流，未出现涌水、涌砂等情况。基坑开挖过程中围护结构稳定无预警，周边建筑物也无监测预警情况，监测数据均小于设计及规范要求。表明该高压旋喷桩加固效果显著，可为其他类似工程项目提供经验与借鉴。