浅析高压旋喷桩在工程中的应用

2024-02-16张大伟

建材与装饰 2024年4期

张大伟

（山西三建集团有限公司，山西长治 046000）

0 引言

本工程为综合办公楼地下一层地上6 层、地下车库地下二层的某市公交首末站项目，基坑开挖深度为9.58m，地下水位埋深为4.6m。工程建设场地极为狭小，土质类型为中软场地的类型。在勘探深度范围内的拟建场地，地层由以下工程地质层组成：素填土、湿陷性粉质黏土及粉质黏土。

由于本工程地下水位较高，地下水位埋深为4.6m，而开挖深度为9.58m，施工时必须进行降水，但是不能对周围居民楼和交通干道造成影响，这是现场技术人员必须快速有效解决的难题。同时，该场地狭小，对施工的能力水平提出了更高的要求，也使基坑支护体系的选择受到了很大的局限。为了改善基坑的抗渗性能及承载能力，依据本工程的地质情况，科学采取了封闭止水帷幕。

1 高压旋喷桩技术概述

高压旋喷桩技术是指运用钻机把套塞入到土层相应的位置之后，利用灌浆机进行浆液的注入[1]。通过高压喷射流对土层的冲切方法，使得基坑土壁与浆液相结合，使软土硬结成具有整体性、稳定性和一定的强度，从而使得基坑壁土壤的充分改善。高压旋喷桩对土壤的改善主要采用两个方法，一个是通过对地基土进行加固，使基坑周边土壤的承载力量加大，充分减少由外荷载影响引起基坑变形的情况；第二种是通过增强土壤的渗透性的方法。

高压喷射注浆法可用于土层加固或防水，适宜淤泥、流塑、软塑和素填土、碎石土等多种土质。高压喷射注浆作业操作便捷，占地少、振动小、噪音较低，尤其适用于狭窄区域或临近已有基础区域的施工。

结合本工程地质情况，及地下水位较高、场地的狭小等实际情况，我们基坑降水采取深井降水方式、运用高压旋喷桩形成封闭的防水帷幕。采取双排布置高压旋喷桩，桩径是φ600mm，桩径两方向搭接为150mm。

1.1 技术流程

在工程施工中，为了提高基坑的支护效果，对整个技术流程最好计划，保证基础施工的顺利完成。作为基坑开挖支护的常用方法之一，多为施工方借鉴使用。施工流程如图1 所示。

首先，进场后，对现场平整场地后，钻机就位后，准备钻孔，辅助注浆管，最终实现钻孔内的水泥浆液的注入。其次，当水泥浆液注入孔内后，拔管处理注浆管，并移位处理注浆管管路。最后，不断重复上述步骤，直至整根桩浇筑完毕为止。

1.2 施工步骤

1.2.1 施工准备

（1）作业条件。①注浆前，需准备该工程的地质勘察报告及现场附近的管线、建筑物、公共设施等的布局情况，当地下水流动速度较快时，应按照专项水文地质勘察报告组织实施。②正式施工前，旋喷注浆施工工艺应根据工程的施工参数、特点、土质情况来确定。本工程采用三管法高压水的压力不得小于20MPa[2]。流量不得小于30L/min，气流压力不得小于0.7MPa，提升速度为0.1～0.2m/min。③施工前应具备完整的施工组织设计和方案，并签字审批手续齐全。并进行技术交底。④清除地下障碍物及墓（洞）穴，采取措施处理后方可进行下一道工序施工。⑤作业前，现场应做到“三通一平”，确保机械行走范围内无障碍物。同时，按要求布设各种管线。⑥基础底面以上宜留500～1000mm 厚的土层，以保证桩头质量。⑦经现场测放的轴线，通过复核校准后妥善保护，并根据图纸要求测放处桩位点，进行补桩。⑧机具设备配齐进场后，应进行安装、检修及调试运转。施工前，应检查机具设备的状态，及输浆管的畅通情况，标定灰浆泵输浆量，控制输浆速度。

（2）材料及机具。①水泥。采用P.O 42.5 级水泥，水泥进场应有合格证，并有现场复验报告。②外加剂。根据工程需要及土质条件，选用早强、减水等作用的外加剂。③水。宜用干净的饮用水。

（3）高压喷射注浆设备。①钻孔系统包括钻机、钻杆、喷射管、喷射头。②供水系统包括高压管、供水泵、叶轮、阀门。③供气系统包括空气压缩机、风量计、输气管。④制浆系统包括浆液池、浆液搅拌机、上料机、浆液存储器。⑤喷射系统包括垂直架、卷扬机、高压注浆泵、喷射注浆管。

1.2.2 操作过程

（1）定位钻机位置。①将移动钻机挪至设计孔位，将钻头对准孔位中心点。调整钻杆与地面的夹角，使钻孔的垂直偏差≤1%。②钻机就位后，首先采用0.5MPa的压力进行射水试验，检查浆液管路是否通畅。

（2）制浆工作。首先浆水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20min，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网，过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网，第二次过滤后流入浆液池桶中，待压浆时备用。水泥浆的水灰比宜为0.8～1.2。

（3）钻机钻进、贯入喷射管。钻孔下管工作是成孔后的首要工作，按规定位置布放好注浆管，保证周围环境的清洁度，使整个管口处于干净整洁的状态，无任何泥沙等阻碍物的堵塞，以便通管。同时，在下管操作时，保证压缩压力气流的输送，确保喷头进入恰当位置。

钻机开始钻进后，射水压力由0.5MPa 增加至1.0MPa，作用为减少摩擦力，防止堵塞。

当第一根钻杆钻进时，暂停射水，此时压力变为零，接长钻杆，再继续射水钻进，直至钻到设计标高。

注浆液压力不低于20MPa，旋转速度为20r/min，喷嘴直径2.9～3.2mm，浆液流量为90～120L/min。

当喷射注浆管植入土内，喷嘴达到设计标高后，暂停射水，更换掉上部钻杆后，放入一枚试验球，堵塞射水孔，将钻杆就位，方可正常输送水泥浆。待压力、流量、机械设备等所有相关影响因素均达到规范标准后，方可按照桩施工工艺要求，开始旋转和提升钻杆喷射管，由下向上喷射注浆，喷射管分段提升的搭接长度大于等于100mm。在砾石土层中，为保证桩径在旋喷参数不变[3]的情况下复喷一次。

喷射孔与高压注浆泵的距离宜≤50m，钻孔位置和垂直度偏差应满足要求。

对局部有强度要求的部位或对局部展开面积要求的部位，可采取复喷的措施。

在旋喷注浆过程中出现异常现象时，应查明原因并及时采取措施。

为防止浆液在桩顶回径收缩凹陷，影响桩的桩顶标高，可使用压浆回灌、二次补浆等措施。

（4）试管工作。试管工作对整个旋喷桩的工艺有重要的影响作用，其中安装并检查各部位密封圈的工作是技术难点。技术人员采取干净水注浆，保证整条管道通畅，避免其他垃圾等的堵塞。根据管内注水的流动情况以及流出管外情况，判断整个注浆管的严密性以及安装过程中有没有出现失误。如果出现失误，则进行拆管处理，重新安装并检查各部位密封圈是否封闭，重新作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。

（5）注浆工作。注浆工作为高压旋喷桩的技术中核心部分之一。进行注水试压，试压合格后，利用管路内高压，将水泥浆由下而上灌入。注浆作业的进程中吗，派专人时刻登记注浆压力值及电机的转速值。

（6）拔管工作。拔管工作的顺序紧跟注浆工作之后，当泥浆达到原先设定的标高后，暂停喷浆作业，将管道从泥浆中拔出，泥浆将沿着拔出的圆孔直径位置流入注浆孔，拔管流程中，要把控拔管速度，保持快速，否则，泥浆极易凝结，从而造成管道堵塞，难以拔出。

具体做法：当上面第一根钻杆完全提出地面后停止压浆，待压力下降后迅速拆卸第一节钻杆，并将钻杆整体下沉，搭接不小于100mm，然后继续压浆，等压力上升至设计压力时，重新开始旋喷。当喷头缓缓提升至预先设计位置时，为减少混凝土的离析现象发生，从而造成桩顶缩颈塌陷，需采用低压补浆处理，时间为1～2min[4]。

（7）设备清洗及移位。设备清洗是高压旋喷桩的技术的收尾工作，尽量采用清水清洗，采用反复灌入流出的方法，将水布满管道内，包括高压水泵、喷头等的各部位，处于将整个高压的水泵以及管道，喷头等用清水反复清洗工作，当清洗不干净时，利用相关化学溶剂进行清理。

补浆结束后，从泥浆内提出钻杆、钻头，进行射水，必须采用低压水进行，冲洗时，要覆盖所有作业部位，不得遗漏。

旋喷作业完成后，将该套设施挪至下一桩位，循环往复周而复始地完成以上工作。施工中应叮嘱专人进行检查，并记录提升速度及拔管速度、旋转速度等施工相关参数。