重管法高压旋喷桩在既有地基加固中的应用

重管法高压旋喷桩在既有地基加固中的应用

王召辉

中交第三航务工程局有限公司

摘要：高压旋喷桩施工工艺即利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置或先钻孔后将注浆管放至预定位置，以高压使浆液或水（气）从喷嘴中旋动射出，冲切、扰动、破坏周围土体，同时浆液与土体搅拌混合形成固结体。本工程根据工程特点，选择三重管法施工工艺对地基进行加固。

关键词：高压旋喷桩；三重管法；地基加固

1工程概况

温州军分区100吨级登陆艇船台工程地处温州市灵昆岛瓯江北口南岸，包括码头、滑道以及船台区三个部分。船台区原为鱼塘，淤泥层较厚，地基承载力差，已按设计要求挖除表层淤泥，换填块石混合料并碾压。船台区的横向滑移轨道和面层等上部机构于2013年底已完成，经过4年的自然沉降，船台区靠岸侧区块已经沉降稳定，滨江侧区块继续下沉的趋势仍较明显，为此设计提出在船台区滨江侧、防洪堤保护区内侧设一排高压旋喷桩对地基进行加固，旋喷桩的平面位置如图1所示。

本工程旋喷桩总根数156根，设计桩径1.2m，梅花形布置，桩间距2.4m，桩顶高程+3.6m，桩长19m，桩底标高-15.4m。旋喷桩单桩承载力特征值Ra为120KN,复合地基承载力特征值fspk为120kPa。

我们在原勘探成果的基础上进行了补充勘探，结果表明：地层+3.6m~-1m为块石混合料，-1m~-2.5m为块石和淤泥质粉质粘土的混合层，-2.5m~-9m为淤泥质粉质粘土，-9m~-31m为淤泥。

图1旋喷桩平面布置示意图

2工艺选择

2.1工艺介绍

高压旋喷桩施工工艺就是利用钻机把注浆管（带有喷嘴）钻至土层的一定位置或先成孔后再将注浆管放至一定位置，用高压使水泥浆液或水（气）从喷嘴中旋动射出，扰动、破坏、冲切周围土体，同时水泥浆液与土体搅拌混合形成固结体，旋喷桩的固结情况如图2所示。根据旋喷桩施工工艺的特点，其比较适合在淤泥质土、砂土、一般粘性土、淤泥、粉土、素填土等地层中使用。目前，旋喷桩施工工艺按照同时喷射物质的种数可分为单管法、双重管法和三重管法，采用单独喷出水泥浆的工艺，称为单管法；采用同时喷出水泥浆与高压空气的工艺，称为两重管法，采用同时喷出高压空气、高压水及水泥浆的工艺，称为三重管法，不同的土层使用不同的喷射工艺能达到的直径可参见表1。

表1旋喷桩直径参考值

图2旋喷桩固结结构示意图

2.2工艺选用

根据勘探结果，旋喷桩身需要经过约4.6m厚的块石混合层，1.5m厚的块石与淤泥质粘土混合层，不符合旋喷桩施工工艺适应的地层特性，因此在正式施工前，首先应根据现场试验结果确定旋喷桩的施工工艺的适应性。根据勘探资料，旋喷桩所经各地层标准贯入实测击数在20~30之间，按照表1中提供的经验，对于本工程1.2m桩径的高压旋喷桩，选用三重管施工工艺是最优方案。三重管法高压旋喷桩施工示意参见图3。

图3三重管施工工艺示意图

2.3工艺流程

根据该工程特点和选定的施工工艺，采用了图4所示施工工艺流程。考虑到本次施工是对既有地基进行加固，需要穿透块石基层等坚硬地层，钻进阻力较大，因此旋喷施工前使用普通回旋钻机钻孔。

图4三重管施工工艺流程

3施工设备和施工参数

3.1施工设备

本工程投入使用的设备有：液压式高压旋喷桩钻机（XP-20）1台（图6），配套高压泥浆泵、泥浆搅拌机、高压清水泵各1台，空压机1套；另外配置1台普通回旋钻机钻孔。

3.2施工参数

正式开始施工前要先通过试桩检验所选用的三管法施工工艺的适用性，并确定主要施工技术参数。根据地质情况、试桩结果及设计要求，确定工程桩施工最佳参数如下：

（1）胶凝材料：使用普通硅酸盐水泥PO42.5。

（2）水泥浆液水灰比：1∶0.9~1∶1.2，淤泥层的水灰比选偏小值，块石基层选偏大值。桩体平均水泥用量510kg/m。

（3）射水压力：28～32Mpa；

（4）流量：80～100L/min；

（5）注浆压力：1.0～2.0MPa；

（6）气流压力：0.5～1.0MPa；

（7）提管速度：120～180mm/min，一般160mm/min；

（8）旋喷转速：10～15r/min。

由于该工程各土层特性各异，因此，施工参数是一个区间，而不是一个定值，在施工过程中要根据实际情况进行调整。这就要求旋喷桩施工队伍要由具有丰富操作经验的人带队，遇到突发情况时能迅速、正确反应，及时调整施工参数。试桩结果表明，施工参数选用合理，本工程的地质情况适合采用三管法旋喷桩施工。

4施工工艺

4.1施工准备

（1）补充勘探：由于是对既有地基加固，地质情况与建设工程勘察阶段的地质情况不同，因此施工单位在原有地质勘查报告的基础上进行了补充勘探，并取原状土做了标准击实试验。

（2）场地清理：施工前对场地做简单的整平处理，并清理掉地表杂物。

（3）设备及人员进场：泥浆搅拌机、高压清水泵、水泥仓、高压泥浆泵、空压机、水箱（池）、浆桶（池）的空间布局要紧凑合理，安全可靠，浆液、气、水的输送管要有明显的区分标识和警示标识，接头要密封完好。高压泵与喷浆口的距离应该在50m以内。

（4）试桩：根据试桩结果选定最合理的施工参数。

4.2孔位放样

先采用全站仪定出旋喷桩施工区域四个角点的位置，用竹桩标出，再使用钢卷尺逐根定位，用石灰标记孔位，孔位定位偏差不超过50mm。

4.3钻孔

采用普通回旋钻机钻孔（图5），开钻前应复测孔位。钻机要放置平整稳固，钻机轴线与孔位中心线对正，确保钻进成孔质量。

图5普通回旋钻机钻导向孔图6高压旋喷施工场景

4.4高压旋喷

钻孔完成后，旋喷桩机定位并逐节下设喷射注浆管。当注浆管喷嘴达到指定标高时，就喷射注浆（图6）。

注浆开始时先空载启动空压机，运转正常后再空载启动清水高压泵，同时向孔内送风和水，风量和泵压逐渐升高至设计值，风、水畅通后，开动注浆泵，待泵压正常后开始注浆，待水泥浆流出喷头后，提升注浆管，自下而上喷射注浆。底层旋喷时，应先喷浆后旋转，在桩端要留置一段时间，以保证桩端质量。

喷射注浆中要拆除注浆管时，先停止回转、提升和送浆，慢慢减少风量和水量，最后停机。拆完继续喷射注浆时喷射注浆的孔段与前段搭接，喷射管分段提升的搭接长度不得小于1㎜，防止固结体脱节。

4.5拌制水泥浆

按配合比配置水泥将，旋喷过程中要防止水泥浆离析、沉淀，导致浓度降低。施工完毕后，拔出注浆管，清洗注浆和注浆泵，泵内不得有浆液。

4.6质量检测

施工结束28d后，按照设计要求和《建筑地基处理技术规范》进行桩身质量检测、单桩承载力检测和复合地基承载力检测，检测结果全部合格。旋喷桩主要检测方法、检测项目及检测结果详见表2。下图7为现场实施静载试验的情景。

图7静载试验场景

4.7质量控制和操作要点

（1）为防止旋喷施工对相邻已完成桩的冲切破坏，应隔2～3孔跳孔施工，间距应不小于4～6m。相邻两桩施工间隔时间大于48h。

（2）旋喷开始时，先送高压水和压缩空气，再送水泥浆，这样可以防止浆液堵住喷嘴。桩端坐喷时间控制在1min以上，然后才可提升。

（3）喷射时，先达到设计的喷射压力、喷浆量后逐渐提升注浆管。如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复核。中间发生故障时，应停止提升，以防桩柱中断，并立即进行检查，排除故障。

（4）旋喷施工时做好流量、冒浆和压力等各项参数的记录工作。如冒浆量大于注浆量20%或完全不冒浆时，查明原因并采取相应措施，再继续旋喷，必要时可采取复喷措施。

（5）喷到桩完成后迅速拔出浆管，用清水冲洗，防止水泥浆凝固堵塞。

5完成效果

该工程156根旋喷桩质量经检测全部合格，表2为检测结果。另外，通过施工过程中的监测发现旋喷桩施工区域附近未发现没有建筑物发生明显位移。

表2检测结果表

7经验总结

（1）本工程旋喷桩施工区域附近有滑道扶壁式挡墙和防洪堤等建筑物（图1），还有图1中未标明的给排水管线，由于高压旋喷施工会对地层会产生强烈的扰动，因此施工过程中应对附近扶壁挡墙、防洪堤、地下管线的标高和位移进行监测，当位移和标高的变化值大于±10mm时，停止施工，根据实际情况调整参数后，再行施工。

（2）地基加固往往地质情况复杂，根据本工程成功实施的经验，工前的补充勘探非常重要，切忌盲目使用原状地基勘测报告指导施工。同样由于地层的复杂性，施工时准确、及时的调整施工参数非常重要，这就需要操作人员中有经验丰富的“老工人”，能准确应对施工时出现的压力骤然冒浆、下降或上升异常等突发情况。

（3）高压旋喷过程中，射水压力最大能达到30多兆帕，因此施工过程中应经常性对管路进行密封性能检测，尤其是接头部位，防止管线破坏时高速水流冲伤工人和破坏、扰动施工设备。

（4）本工程旋喷桩累计花费检测费用占其总造价比例达2%，因此施工单位在考虑综合单价时应适当提高试验检测费比重。

8结束语

高压旋喷桩施工设备较简单，施工速度较快，只要选用合适的施工参数，精心控制施工质量，在地基加固中能收到明显的效果。