高压旋喷桩施工工艺技术.doc

1、高压旋喷桩施工 工艺 高压旋喷桩施工技术是 70 年代日本首先提出，它是在静压灌浆的基础上，引进水力采煤技术而发展起来的，是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。 1 工艺特点 （ 1） 施工机具设备简单，施工简便。 （ 2） 具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉。 （ 3） 噪声小，无污染。 2 适用范围 （ 1） 受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时间影响小，可广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、（亚粘土）、粉土（亚 砂土）、砂土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层。 （ 2）

2、可作为既有建筑和新建建筑的地基加固之用，也可作为基础防渗之用；可作为施工中的临时措施（如深基坑侧壁挡土或挡水、防水帷幕等），也可作为永久建筑物的地基加固、防渗处理。 （ 3） 当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、地下水流速过大和已涌水的地基工程时，宜通过试验确定其适用性。 3 工艺原理及设计要求 3.1 加固原理 高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为 20 40MPa 的高压射流从喷嘴中喷射 出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加

3、固地基或止水防渗的目的。 根据喷射方法的不同，喷射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。 单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。 二重管法：又称浆液气体喷射法，是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成较大的固结体。 三重管法：是一种浆液、水、气喷射法，使用分别 输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提

4、升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达 2m。 喷射注浆法的加固半径和许多因素有关，其中包括喷射压力 P、提升速度 S、被加固土的抗剪强度 、喷咀直径 d 和浆液稠度 B。加固范围与喷射压力 P、喷咀直径 d 成正比，与提升速度S、土的抗剪强度 和浆液稠度 B 成反 比。加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。 单管、二重管、三重管旋喷桩机注浆施工 示意 参见图 1、图 2、图 3。 浆桶 水箱 搅拌 机 水泥 仓 旋喷固结体 注浆管 钻 机 喷头 图 2 二重管旋喷注浆示意图 空压机 高压泥浆泵 高压泥浆泵 浆桶 水箱 搅拌机 水泥仓 旋喷固结体 注

5、浆 管 钻机 喷 头 图 1 单管旋喷注浆示意图 3.2 成桩机理 高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用： （ 1） 高压喷射流切割破坏土体作用 。 喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。 （ 2） 混合搅拌作用 。 钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷咀移动方向相反的方向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构 。 （ 3） 升扬置换作用（三重管法） 。 高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥浆液补充。 （ 4） 充填、渗透固结作用 。 高压水泥浆迅速充填冲

6、开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。 （ 5） 压密作用 。 高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。 旋喷桩固结体情况 图4 所示。浆桶 水箱 搅拌 机 水泥 仓 旋喷固结体 注浆管 钻 机 喷头 图 3 三重管旋喷注浆示意图 空压机 高压泥浆泵 高压清水泵 3.3 工艺设计要求 3.3.1 加固体直径的确 定 旋喷桩直径与现场土质、土体强度和喷射压力、流量、提升速度和浆液稠度等诸多因素有关，应通过现场试验确定。当无试验资料时可参考表 1 选用。 3.3.2 布置形式 桩的

7、平面布置形式需根据加固的目的给予考虑，分离布置的单桩可用于基础的承重，排桩、板墙可用作防水帷幕，整体加固则常用于防止基坑底部的涌土或提高土体的稳定性，水平封闭桩可用于形成地基中的水平隔水层。 图 5 为一般桩的平面布置形式。 铁路、公路路基基底一般采用梅花形加固地基的分离桩形式。桩间距一般采用 1.2 1.5m。公路设计规范规定，相邻桩的净距不应大于 4 倍 桩径。 表 1 旋喷桩直径参考值（ m） 喷注种类 土的类别 单管法 二重管法 三重管法 粘性土 0 N 5 1.20.2 1.60.3 2.50.3 10 N 20 0.80.2 1.20.3 1.80.3 20 N 30 0.60.2

8、 0.80.3 1.20.3 砂土 0 N 10 1.00.2 1.40.3 2.00.3 10 N 20 0.80.2 1.20.3 1.50.3 20 N 30 0.60.2 1.00.3 1.20.3 砂砾 20 N 30 0.60.2 1.00.3 1.20.3 注 ： 表中 N为标准贯入实测锤击数 。 渗透部分 搅拌混合部分 硬化剂主体部分 图 4 旋喷桩体固结情况图 压缩部分 3.3.3 设计承载力 图 （ 1） 按桩身强度计算容许承载力 。 P = a A 式中 P 桩的容许承载力 （ kN） ； a 桩体材料的强度折减系数， a=0.4 0.5； 桩体材料 7cm7cm7cm

9、试件的室内平均抗压强度 （ kPa） ； A 桩的横断面积 。 （ 2） 按土体强度计算桩身容许承载力 。 P = fi li + A R 式中 P 桩的容许 承载力 （ kN） ； 桩身截面周长，按桩的直径计算 （ m） ； fi 各土层的容许摩阻力 （ kPa） ； li 各土层的厚度 （ m） ； A 桩底支承面积，按桩的直径计算 （ m） ； R 桩尖处的地基容许承载力 （ kPa） 。 （ 3） 复合地基承载力 。 1c o m ePeP P a R A AA 式中 comP 复合地基的容许承载力 （ kPa） ； P 单桩承载力 （ kPa） ； R 桩间土天然地基承载力 （ kP

10、a） ； 图 5 一般桩的平面布置形式图 Ae 一根桩分担的荷载面积 ； Ap 一根桩的断面积 ； A 天然地基承载力折减系数，当不考虑桩间土作用时为 0。 3.3.4 浆量计算 浆量计算有两种方法，即体积法和喷量法，取大者作为设计喷射浆量。 体积法： 22 01 1 2 2(1 )44 DDeQ K h K h 喷量法： (1 )HQqV 式中 Q 需要的喷浆量 （ m3） ； De 旋喷固结体直径 （ m） ； D0 注浆管直径 （ m） ； K1 填充率 ， 0.75 0.9； h1 旋喷长度 （ m） ； K2 未旋喷范围土的填充率 ， 0.5 0.75； h2 未旋喷长度 （ m）

11、； 损失系数 ， 0.1 0.2； 提升速度 （ m/min） ； H 喷射长度 （ m） ； q 单位喷浆量 （ m3/m） 。 根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比，即可确定水泥的使用数量。 3.3.5 强度要求 旋喷桩设计要求，成桩 28 天后抽芯取样进行无侧限抗压强度试验，抽检数为 2%，并不小于 2 根，其无侧限抗压强度不得小于设计要求；地基加固后，复合地基承载力不得小于设计要求。 4 工艺流程 高压旋喷桩施工工艺流程图 见图 6。 5 操作要点 5.1 施工前准备工作 （ 1） 在设计文件提供的各种技术资料的基础上作补充工程地质勘探，进一步了解各施工工点地基土的性质、埋藏条件。 （

12、2） 准备充足的水泥加固料和水。水泥的品种、规格、出厂时间经试验室检验符合国家规范及设计要求 ,并有质量合格证。严禁使用过期、受潮、结板、变质的加固料。一般水泥为 425号普通硅酸盐水泥。水要干净，酸碱度适中， pH值在 5 10 之间。 （ 3） 根据补充勘探资料，在选择的试验工点加固范围内的各代表性地层用薄壁取土器采 取必需数量的原状土送试验室，对取得的土样在进行试验之前应妥善保存，使土样的物理和化学性能尽可能保持不变。 （ 4） 室内配合比试验。根据设计要求的喷浆量或现场土样的情况，按不同含水量设计并调泥浆排放处理 钻机就位 调整钻架角度 钻 孔 插 管 试 喷 高压喷射注浆作 业 喷射

13、结束 拔 管 桩机移位 机具清理 准备工作 制 浆 一级过滤 二级过滤 高压泵对浆液加压 启动高压清水泵、空压机供水、风 图 6 施工工艺流程图 整几种配合比，通过在室内将现场采取的土样进行风（烘）干、碾碎，过 2 5mm 筛的粉状土样，按设计喷浆量、水灰比搅拌、养护、力学试验，确定施工喷浆量、水灰比。一般水灰比可取 1.01.5。为改善水泥土的性能、防沉淀性能和提高强度，可适当掺入木质素磺硫钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠、氯化钙、硫酸钠、陶土、碱等外掺剂。若试验之前土样的含 水量发生了变化，应调整为天然含水量。 （ 5） 试桩试验。根据室内试验确定的施工喷浆量、水灰比制备水泥浆液在试验工点打设数

14、根试桩，并根据试桩结果，调整加固料的喷浆量，确定搅拌桩搅拌机提升速度、搅拌轴回转速度、喷入压力、停浆面等施工工艺参数。 （ 6） 推土机、挖掘机配合自卸汽车清除地表 0.3m厚的种植土，杂物，并将原地面按设计要求整平，填出路拱。根据施工现场实际情况，施作临时排、截水设施，并在施工范围以外开挖废泥浆池以及施工孔位至泥浆池间的排浆沟。 （ 7） 按设计要求完成施工放样，用木桩定出桩位，用白石灰作出明显标识 。 5.2 施工工艺 （ 1） 钻机定位 。 移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于 1% 1.5%。就位后，首先进行低压（ 0.5MP

15、a）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。 （ 2） 制备水泥浆 。 桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌 10 20 分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为 0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流 入浆液桶中，待压浆时备用。 （ 3） 钻孔（三重管法） 。 当采用地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设计标高（预钻孔孔径为 15cm）。 （ 4） 插管（单重管法、二重管法） 。 当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。当第一阶

16、段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。三重管法钻机钻孔后，拔出钻杆，再插入旋喷管。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较 小压力（ 0.5 1.0MPa）边下管边射水。 （ 5） 提升喷浆管、搅拌 。 喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值（ 20 40MPa），坐底喷浆 30s 后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。若为二重管法或三重管法施工，在达到设计深度后，接通高压水管、空压管，

17、开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。 （ 6） 桩头部分处理 。 当旋喷管提升接近桩顶时，应 从桩顶以下 1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升 0.5m，直至桩顶停浆面。 （ 7） 若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌：按上述 4 6 步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵（清水泵、空压机），停止水泥浆（水、风）的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。 （ 8） 清洗 。 向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，

18、直至基本干净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。 （ 9） 移位 。 移动桩机进行下一根桩的施工。 （ 10） 补浆 。 喷射注浆作业完成 后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为 1.0 的水泥浆补灌。 5.3 推荐的主要施工技术参数 （ 1） 单重管法 。 浆液压力 20 40MPa，浆液比重 1.30 1.49，旋喷速度 20rmin，提升速度0.2 0.25m/min，喷嘴直径 2 3mm，浆液流量 80 100L/min（视桩径流量可加大）。 （ 2） 二重管 。 法浆液压力 20 40MPa，压缩空气压力 0.7 0.8MPa。 （ 3

19、） 三重管 。 法浆液压力 0.2 0.8MPa，浆液比重 1.60 1.80，压缩空气压力 0.5 0.8MPa，高压水压力 30 50MPa。 6 推荐使用的主要机具设备 主要机具设备 见表 2。 表 2 主要机具设备表 设备名称 型号 规格 所用机具 单管法 二重管法 三重管法 高压泥浆泵 SNS-H300 水流 Y-2 型液压泵 20MPa 50MPa 高压水泵 3XB 型 3W6B 50MPa 3XB 型 3W7B 20MPa 钻机 工程地质钻振动钻 泥浆泵 BW-150 型 7MPa 空气压缩机 0.8MPa， 3m3/min 泥浆搅拌罐 200L/min 注浆管 高压胶管 19

20、22mm 工作压力 7 劳动力组织 单机作业每班人员组织分工见表 3。 表 3 单机作业每班人员组织分工表 序号 职务 人数 职 责 1 班长 1 全面掌握施工进度、质量和安全 2 钻机司机 1 操作钻机，卸接钻杆，维修保养和排除故障 3 泵工 1 操作泥浆泵、清水泵及维修保养 4 空压机司机 1 操作空压机及维修保养（单重管法不需要） 5 电工 1 负责钻机、电源、电路、工地照明及电气故障排除 6 钳工 1 全面维修保养机具设备 7 普工 2 倒运水泥，操作泥浆搅拌罐及倒灰和过滤 8 普工 2 协助钻机工作（卸接钻杆、冲洗等） 9 技术人员 1 掌握施工技术、质量，填写工程日志和记录 合 计

21、 11 8 质量要求及质量控制要点 8.1 旋喷桩施工质量要求 旋喷桩施工质量要求应满足 表 4 要求。 表 4 旋喷桩施工质量标准表 序号 项目 允许偏差 检查数量 检查方法及说明 1 固结体位置（纵横方向） 50mm 抽检 2%， 但不少于 2 根 用经纬仪 检查（或钢尺丈量） 2 固结体垂直度 1.5% 用经纬仪检查喷浆管 3 固结体有效直径 50mm 开挖 0.5 1m 深后尺量 4 桩体无侧限抗压强度 不小于设计规定 钻芯取样，做无侧限抗压强度试验 5 复合地基承载力 不小于设计规定 抽检 2 ， 但不少于 1 处 平板荷载试验 6 渗透系数 不小于设计规定 按设计要求数量 加固体内

22、或围井钻孔注（压）水试验 注：钻芯取样做桩体无侧限抗压强度试验、复合地基平板荷载试验和渗透系数试验应在成桩 28天后进行，若设计有其他要求，按设计要求的时间进行 检查。 8.2 质量控制要点 （ 1） 正式开工前应认真作好试桩工作，确定合理的施工技术参数和浆液配比。 （ 2） 旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的 20%为正常现象，若超过 20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。 （ 3） 钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有 10 20cm的搭接长度，避免出现断桩。 （ 4） 在旋喷过程中，如因机械出现故障中断旋喷，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。 （ 5） 制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀，浓度 降低。不得使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径 1/2 为宜。 （ 6） 在旋喷过程中，若遇到孤石或大漂石，桩可适当移动位置（根据受力情况，必要时可加桩），避免畸形桩或断桩。 （ 7） 旋喷过程中，应按 表 4 的要求作好施工记录。