Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２０１７ ＧＥＺＨＯＵＢＡ ＧＲＯＵＰ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＳｅｆｉａｌＮｏ．１２３ 浅谈高压旋喷桩施工技术 张摘恒 要：在地基由淤泥质土、粘性土、粉质土、沙土或人工填土组成的地质环境下，在 地基处理过程中运用高压旋喷桩，具有良好的施工效果。本文结合旋喷桩为加固涵洞基 底施工经验，探讨高压旋喷桩施工技术。 关键词：高压旋喷桩；施工技术 １ 工程概况 涵洞基底因处于软弱土层，地表第四系全新统 坡洪积层粉质粘土；地下水主要为孔隙潜水，沟谷 较发育。为防止地基不稳，造成不均匀沉降，采用 的目的。 ３ 试桩目的 高压旋喷桩正式施工前先作试桩试验，以确定 适合的施工参数；选择３根桩进行试桩，采用 高压旋喷桩处理基底技术。 涵洞旋喷桩共计２８０根，设计桩径０．５ｍ，单根 Ｐ．０４２．５普通硅酸盐水泥，水灰比１：ｌ，在喷嘴直 桩长６ｍ，桩距１．２ｍ，桩底位于碎石土层，承载力 径、转速一定条件下，调整旋喷杆提升速度和高压 ４００ｋＰａ，单桩２８天无侧限抗压强度不小于 泵泵压完成试桩。试桩完成后Ｎ２ｓ天龄期无侧限抗 压强度，确定最优参数组合。见表ｌ、表２。 ２．５ＭＰａ。 ２ 高压旋喷桩原理 ４施工工艺及施工方法 旋喷桩是利用钻杆钻至设计孔底高程，高压设 ４．１施工工艺流程（见图１）备将配制好的浆液形成高压射流从钻头特制喷嘴高 ４．２施工方法 速喷射出来，借助液体冲击力，切割、置换、搅 ４．２．１场地平整 拌、搀和土体，同时钻杆以低速向上逐步提升，使 测量放样地基处理范围，清除地表土，压实机 浆液与土体充分搅拌混合，待浆液凝固后，在土中 械设备工作面地基，设置排水系统，保证地面无积 形成钻孔直径的圆柱状固结体，从而达到加固地基 水。合理布置施工机械、输送管路和电力线路位 表１ 序号 ｌ ２ ３ ４ ５ ６ 项目 水泥浆水灰比 桩长 桩径 喷嘴直径 转速 提升速度 ２０ｃｍ／ｍｉ ｎ 试桩施工参数表 控制参数 １：１ ６ｍ ０．５ｍ ２．８ｍｍ ２０ｒ／ｍｉｎ ２５ｃｍ／ｍｉｎ ３０ｃｍ／ｍｉ ｎ 备 注 ７ 高压泵泵压 ２０Ｍｐａ ２３Ｍｐａ ２５Ｍｐａ ２０１７年９月第３期 葛洲坝集团科技 总第１２３期 表２ 序号 １ 设备名称 钻机 试桩施工机具 规格、型号 工程地质钻振动钻 单位 厶 口 数量 １ 备注 动力１３ＫＷ ２ ３ ４ 高压泵机 灰浆搅拌机 高压胶管 ２０ＭＰａ～５０ ＭＰａ ２００Ｌ／ｍｉｎ １９￣２２ｍｍ 厶 口 厶 口 ｍ ｌ １ 若干 动力９０ＫＷ 动力３ＫＷ 原 测 量 钻 机 地 面 处 理 钻 进 至 插 入 放 就 位 设 计 深 注 浆 管 至 设 计 样 度 深 度 边 旋 喷 边 提 升 喷 射 结 束 冲 钻 机 移 位 洗 注 浆 成 桩 管 泥浆排泄处 图１ 置。 施工工艺流程图 具找平一次。做到孔位偏差≤５ｃｍ，孔斜率≤１％。 （４）钻进过程中，出现严重漏失泥浆，孔口不 漏材料或对漏失段灌浆等措施，直至孔口正常返浆 后再钻进。 ４．２．２桩位放样 位，保证桩孔中心移位偏差小于２０ｍｍ。 （３）修建排污和灰浆拌制系统 旋喷桩施工过程中将会产生返浆量，将废浆液 全站仪测定桩位，并用钢筋桩标记现场测量桩 返浆时，采取增加泥浆浓度、泥浆中掺砂、充填堵 （５）护壁泥浆：制浆主要材料采用优质粘土， 引入沉淀池中，沉淀的泥土则在开挖基坑时一并运 钻孔时返出的冒浆经沉淀可重新利用，当泥浆中的 走。沉淀池在加固地基处理５ｍ范围外布置。 灰浆 含砂量超过要求时，废弃处理 拌制系统主要设置在水泥附近，便于作业。 ４．２．３钻机就位 钻进暂停或终孔待喷时，孔内应充满泥浆，以 防止塌孔，并保护孔口。 钻机就位后，对桩机垂直度调平、对中，保证 于１．０％。就位后，首先低压（０．５ＭＰａ）射水试验，用 以检查喷嘴畅通、压力是否正常。校验钻杆长度， 保证满足设计深度。 ４．２．４弓Ｉ孑Ｌ钻进 （６）钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化 本工程高压旋喷桩设计单根长６ｍ，钻孔至设计 深度后插入注浆管。在插管过程中，防止泥砂堵塞 钻杆与桩位偏差在±１０ｍｍ以内，钻杆垂直度误差小 和漏浆、掉钻等特殊情况及相应处理措施。喷嘴，要边射水边插管，水压不得超过１Ｍｐａ，压力 过高，将孔壁射穿。用塑料布包裹高压喷嘴，防止 试运转正常后，开始引孔钻进。钻孔过程中要 泥土进入管内。４．２．６旋喷提升 详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确。 （１）钻孔方法：采用泥浆护壁、回转钻进的方 法。 （１）开喷：喷射管至设计深度后，拌制水泥浆 液，供浆开喷。为保证桩底质量，坐底喷浆１０ｓ左 （２）钻孔直径：钻孔直径一般为８０ｒｒｕ，大于喷 右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升。 射管外径２０ｎ￣ｎ以上。 放平稳牢固，岩芯管加长长度，钻进中每加一次钻 （２）高喷灌浆应保持全孔连续作业，作业中拆 ０．５ｍ。 ４７ （３）钻孔施工时采取预防孔斜的措施：钻机安 卸喷射管等停顿后，重复喷射灌浆深度不小于 Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２０１７ ＧＥＺＨＯＵＢＡ ＧＲＯＵＰ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１２３ （３）在高喷灌浆过程中，出现压力突降或骤 合理。冒浆量小于注浆量的２０％时，仍为正常现 增，孔口回浆浓度和回浆量异常，甚至不返浆等情 象，如超过２０％或完全不冒浆时，则要查明原因， 况时，查明原因后及时处理。 （４）当孔内出现严重漏浆，应停止提升，向孔 采取相应措施。 （８）施工中要如实记录高喷灌浆的各项参数、 内冲填粗砂、粘土等堵漏材料，并降低水压力、流 浆液材料用量、异常情况及处理措施等。 量，在喷射流中掺加速凝剂，加大浆液密度或进行 ４．２．７钻机移位 原地灌水泥砂浆、水泥粘土浆。孔口冒浆正常后， 继续提升。 旋喷管提升至停浆面后，关闭高压泵，停止水 泥浆的输送，将旋喷管旋转提升出地面，关闭钻 （５）供浆正常情况下，孔口回浆密度变小，不 机，清洗全部管路中残存的水泥浆，并将粘附在喷 能满足设计要求时，拟采取加大进浆密度的措施予 浆管及喷嘴上的土清洗干净，然后将钻机移到下一 以处理。 桩位。 （６）如灌浆过程中发生串浆，则首先填堵被串 孔，后继续串浆孔的高喷灌浆，待其结束后，尽快 进行被串孔的扫孔，喷射。 （７）在旋喷注浆过程中，要观察冒浆情况，以 ５施工参数总结 ５．１试桩结果对比 通过施工记录、现场检测以及对３根桩进行的 及时了解土层性质和旋喷效果，验证喷射参数是否 无侧限抗压强度检测，检测结果比较如表３： 表３ 试桩检测结果比较表 序号 桩号 水灰比 提钻速度 旋喷压 桩径（（ｃｍ） ｃｍ／ｍｉｎ） 力（ ） １：１ ２ｏ ２０ ５７ 无侧限抗压强度 （ ） ３．４ １ １ ２ ３ ２ｇ ３ １：１ １：１ ２５ ３０ ２３ ２５ ５４ ５６ ３．４ ３．２ ５．２参数总结 场施工要求，试桩的施工顺序未对桩与桩之间成桩 （１）在转速一定、水灰比均为１：１，提钻速度为 过程造成显著影响，施工方便，质量可靠。２０～３０ｃｍ／ｍｉｎ、旋喷压力为２０～２５ＭＰａ时，ｌ＃、 ２＃、３＃桩的桩径均大于５０ｃｍ，２８天无侧限抗压强度 均大于２．５ＭＰａ，桩径、２８天无侧限抗压强度均能满 ６ 施工要点 ６．１水泥用量的控制 在喷浆提升过程中，控制水泥用量是关键。水 足设计要求。１＃桩桩径５７ｃｍ，３＃桩桩径５６ｃｍ，超出 设计桩径较多，水泥用量过大，２＃桩桩径５４ｃｍ，从 泥的用量与喷浆压力、喷嘴直径、提升速度及水灰 比等有直接关系，具体控制方法： 成本、效益考虑，宜选用２＃桩的施工参数。 （２）从施工现场记录比较３根桩的成桩时间， （１）若水泥量剩余，措施如下： ①适当增加喷浆压力； １＃桩成桩时间３２ｍｉｎ，２＃桩成桩时间２８ｍｉｎ，３＃桩成 桩时间２２ｍｉｎ，成桩时间随提升速度、旋喷压力的 增大而减少，但当提升速度、旋喷压力增大时， ２８天无侧限抗压强度呈下降趋势。考虑施工中多种 因素，以及保证质量的原则，故选择提钻速度 ２５ｃｍ／ｍｉｎ、旋喷压力２３ＭＰａ的参数组合用于施工。 综上所述，试桩方案确定的施工工艺能满足现 ４８ ②加大喷嘴直径； ③减慢提升速度。 （２）若水泥量不够，措施如下： ①保证桩径的情况下适当减少压力： ②喷嘴直径适当减少； ③保证桩体强度的情况下适当加（转第４５页） ２０１７年９月第３期 葛洲坝集团科技 总第１２３期 经现场使用验证，该模板结构布局科学、合理、安 适合大体积混凝土施工。 全、可靠，操作简单、方便、快捷、快速，混凝土 了模板研发的预期目标。 （７）与传统施工工艺相比，总工程成本较低。 工，该工程施工可节约钢材约ｌＯＯｔ，节约工期约两 个月。 表面光滑、平整，曲线表面过渡平滑、美观，达到 据测算，集团公司国内某工程项目如用该模板施 对于以往普通模板，该模板的特点为： （１）适用于大跨度承重模板、喇叭口形隧洞混 凝土结构，解决钢筋密集、横向跨度较大、垂直高 度大的难题。 ５ 结语 因此，该模板的成功研发与应用，充分体现其 （２）该顶模结构布局型式模拟了喇叭口隧洞圆 适用性较强，能显著缩短施工工期，加快施工进 渐变断面的布局形态，满足隧洞曲面平滑过渡，保 度，保证质量，降低总投资，其市场前景广阔，经 证混凝土表观质量。 济效益、社会效益显著，为水利水电工程导流隧洞 （３）适用于喇叭口形隧洞混凝土快速施工模 喇叭形出口混凝土快速施工提供了全新的概念和全 式。 套的模板技术，引起业内专家及相关单位的密切关 （４）顶模模板的机械丝杆易于操作、伸缩灵 注，赢得了高度评价。 活，动作简单、效果显著、安全性强。 （５）桁架两端支撑在钢牛腿上，底部空间非常 大，可以满足２５Ｔ吊车作业空间需求，立体作业程 ［作者简介］ 度高、安全性强。 刘 超 男 中国葛洲坝集团第五工程有限公司 工 （６）模板系统整体性强、钢度大、稳定牢固， 程师湖北宜昌４４３００２ （接第４８页）快提升速度； 能。 ④加大水灰比值。 （２）附近有空洞、暗道，则应不提升注浆管， 针对本工程具体情况，每根试桩分次进行搅 继续注浆直至冒浆为止。或拨出注浆管待浆液凝固 拌，施工用水精确量取，确保定量的水和水泥比例 后，重新注浆直至冒浆为止。必要时采用速凝浆 进行拌制水泥浆，水泥的使用数量可按下式计算： 液，便于浆液在注浆管附近凝固。 喷量法：Ｑ：ｑ（１＋Ｂ） （３）减少冒浆的措施：冒浆量过大的主要原 式中 一需要的喷浆量 ） 因，一般是有效喷射范围与注浆不相适应，注浆量 Ｖ一提升速度（ｍ／ｒａｉｎ） 大大超过旋喷固结所需的浆量所致。 Ｈ＿一喷射长度（ｍ） ①提高旋喷压力（喷浆量不变）； ｑ－－一单位喷浆量 ／ｍ） ②适当减小喷嘴直径（旋喷压力不变）； 一一损失系数，０．１～０．２ ③加快提升和旋转速度。 根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比， 即可 ６．３确保桩顶强度 确定水泥的使用数量。 喷射注浆施工完成后，由于浆液的析水作用， ６．２冒浆处理 一般有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴， 在旋喷过程中，一定数量的土颗粒伴随部分浆 要及时用水灰比为１：１的水泥浆补灌。补灌采用静 液沿着注浆管管壁冒出地面，通过对冒浆的观察， 压灌注，直至孔内混合液凝固不再下沉。 可及时了解土层状况，判断旋喷的大致效果和参数 合理性等。 ［作者简介］ （１）流量不变而压力突然下降时，应检查注浆 张 恒 男 中国葛洲坝集团第五工程有限公司 助 管的泄漏情况，必要时拨出注浆管，检查其封密性 理工程师湖北宜昌４４３００２ ４５