高压旋喷桩加固桥头软基施工及质量控制

高压旋喷桩加固桥头软基施工及质量控制【内容提要】通过京津塘高速高速公路跨线桥桥头高压旋喷桩地基加固处理的施工实践，介绍旋喷桩应用于桥头软基处理的施工工艺及质量控制要点。【关键词】软土地基；旋喷桩；施工工艺；质量控制要点1高压旋喷桩概述高压旋喷桩具有加固体强度高、加固质量均匀、加固体形状可控的特点，在结构两侧施工中可以将其用于地基加固可以消除桥头跳车的隐患。11概念高压旋喷桩是高压喷射注浆法处理地基中的一种，是利用钻孔设备，把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20MPA左右的压力把预先制备好的水泥、水玻璃等材料作为主固化剂的浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液把从土体上崩落下来的土搅拌混合，经一定时间的凝固，便在土中形成圆柱状的具有一定强度和抗渗能力的固结体，从而使地基承载力得到加强的一种工程方法。12加固机理高压喷射注浆是利用工程钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置，以高压设备使浆液成为20MPA左右的高压流从喷嘴里喷射出来，冲击破坏土体，当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土料便从土体剥落下来，高压流切割搅碎的土层，呈颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体，当喷射流以360旋转、自下而上喷射提升时，固结体的截面形状为圆形即称为旋喷。在钻机的钻杆最前端设置一个高压液体喷射装置，当钻机把该高压喷射装置送到土层预定深度时，通过高压泵向钻杆中心孔连续输送高压水泥浆液，高压水泥浆液即通过喷射装置中的喷嘴小孔喷入钻杆周围的砂层、土层及砂土层，与此同时钻机带动钻杆缓慢旋转并提升使喷嘴缓慢螺旋上升，从而使高压水泥浆不断切割搅拌土层，形成水泥、砂、土及速凝剂的混合搅拌浆体，通过固化剂和软土间所产生的一系列物理化学反应，生成水化物，然后水化物胶结形成凝胶体，将土颗粒凝结在一起形成具有整体性、水稳定性和较高强度的结构整体，从而提高其复合地基承载力及改变地基土物理化学性能，达到提高地基承载力、减少地基沉降、阻止水体流动、增强地基稳定性的目的。旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变性性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形。13高压旋喷桩工艺的适用范围及特点高压旋喷注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉性土，黄土、砂土及人工填土等，可用于既有建筑的地基处理如工业厂房基础加固、原有桥台基础加固、楼房基础加固纠偏等，以及新建建筑的地基处理。高压旋喷桩具有工艺简单、地基加固见效快、耐久性好、施工工期短等特点。2工程概况本工程为天津航空产业区三期配套基础设施项目环东干道七跨京津塘分离式立交工程，该立交工程横跨环东干道一、袁家河和京津塘高速公路，起点位于纬十路北450M,终点结束于环东干道四。道路全长约25公里，规划为城市主干路，是一条连接东丽湖、空港经济区二期、航空新区、军粮城新市镇、海河中游地区的地区性交通主干道。该标段拟建道路沿线主要为果林、耕地、温室及村民居住区，地势平坦，地形简单。本项目道路长度975M，起点位于空港经济区二期纬十路以北437M，终点为分离立交桥挡墙修筑终点。其中在K0704191K0975路段只施作桥梁和挡墙部分。桥头引路55M范围内采用旋喷桩处理，三角形布桩，剔桩头以后回填50CM的碎石垫层，桩长分别为11M、13M、15M，桩径06M，间距分别为18M、18M、16M。第一排距离底部蹬外05M开始打桩，挡土墙基底至少保证有两排桩，墙趾和墙踵各一排。设计标准水灰比为11，桩身水泥掺入量不少于200KG/M。桩芯无侧限抗压强度（28D）桩顶2/3L42MPA，2/3L桩尖33MPA。单桩承载力15M310KN，13M270KN，11M240KN。旋喷桩平面布置见图1。A区B区C区20150桩距16M桩距8桩距M图1高压旋喷桩布桩图3高压旋喷桩工艺流程和施工过程31高压旋喷桩机械设备配置高压旋喷桩施工主要设备包括高压泥浆泵、钻机、及浆液搅拌器等。根据设计工程量、工期安排及现场施工条件，本工程施工主要机具配备如下XP220D单管旋喷钻机2台，高压注浆泵2台，柴油发电机（120KW）1台，泥浆搅拌机2台，潜水泵2台，电焊机1台。32高压旋喷桩施工工艺工艺流程见图2。图2高压旋喷桩工艺流程33高压旋喷桩施工过程高压旋喷桩正式施工前需要根据地质情况选取代表性点打不少于3根的试验桩以确定施工工艺、旋喷参数、浆液配比、钻进和提升速度等技术参数，制定出质量保证措施。本工程经工艺试桩确定的技术参数见表1。表1高压旋喷桩施工工艺参数钻机就位钻孔下沉至桩底标高原地旋喷清除障碍双向垂直度控制制备水泥浆、送浆提升至设计桩顶桩位放样停止送浆、清除钻头异物钻机移位施工下一根名称参数喷嘴直径/MM18钻杆旋转速度/R/MIN20提升速度/CM/MIN25喷浆压力/MPA26水泥浆比重/（G/CM15水灰比W/C1单位水泥用量/KG/M200具体施工过程如下（1）定桩位。严格按照设计放样定桩位，其误差控制在规范允许范围之内，桩位中心点钉入小木楔并洒白灰做标记。（2）钻机就位。将钻机安置在设计孔位上，使钻杆头对准孔位中心。为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就为后作水平校正，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置。旋喷注浆管的允许倾斜度不得大于15。（3）试喷。钻进就位完毕后，钻孔前先在地面上试喷，以检验钻机工作是否正常，排出故障。（4）钻孔。每台钻机在开钻前，技术人员对钻杆总长度进行尺量，根据桩长、设计桩顶标高、原地面标高计算下钻节数，并在最后一节钻杆上标定出下钻结束位置。钻孔的目的是为了把注浆管置入到预定深度，钻孔方法采用单管法旋转钻机。在钻杆下钻时采用小于10MPA的水泥浆压力，一方面防止堵喷嘴，另一方面对土体进行第一次喷射，使土体成为混合液，减小喷浆时土体的阻力，以利于浆液充分搅拌，钻到设计的深度。成孔后，应校检孔位、孔深及垂直度，是否符合设计要求。（5）制浆。注浆材料选用优质325级普通硅酸盐水泥，根据搅拌桶的大小、水灰比、泥浆比重来标定最大水位线，按水灰比11添加水泥，并经充分搅拌，测定泥浆比重是否达到试配时比重15，如达不到继续添加水泥直至达到试配水泥浆比重为止。搅拌时间少于4分钟的不得使用，超过初凝时间的浆液也不得使用；灰浆经过两道过滤网的过滤，以防喷嘴发生堵塞；抽入储浆桶内的灰浆要不停地搅拌。（6）旋喷和复搅。将注浆管下到预定深度后，调整回流阀门，使旋喷罐内的压强达到规定值，水泥浆到达喷嘴后，检验喷射方向、摆动角度，一切合格后，调整工作台和油泵阀门，使旋转速度控制在1020R/MIN和提升速度达到1025CM/MIN的范围时开始提杆、旋喷，由下往上成桩，在桩头以下1米范围复喷提钻时采用最慢的1档提钻上升，并复喷一次，增加桩体的密实度，因为桩顶以下1米范围将承受较大的荷载，加强此处桩体的质量对发挥桩体的承载力起关键作用。当喷浆结束后，要对注浆孔进行二次回灌，防止旋喷桩体因水泥浆固结出现顶部凹陷而达不到设计桩顶标高。在施工过程中，旋转速度、提升速度、旋喷压力、水泥用量参数的变化将直接影响桩的均匀程度和桩径，水灰比参数的变化将会影响桩身的强度，因此必须时刻注意检查浆液初凝时间、水泥浆流量及压力、提升速度、旋摆角度、喷射方法等参数是否符合设计要求，并随时作好记录，如遇故障应及时排除。钻杆一边旋转，一边向上提升；喷射的水泥浆一边切削四周土体，一边与土体搅拌混合，形成圆柱状的水泥与土混合的加固体即为旋喷桩。（7）提管冲洗。喷射作业完成后，将注浆泵的吸浆管移到水箱内，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管内的浆液全部排除，防止残存水泥浆将管路堵塞。（8）钻机移位。移动钻机至下一孔位，为确保桩与桩之间能很好咬合，宜采用打一跳一法，且间隔时间应大于36小时。4施工中质量控制旋喷桩是地下隐蔽工程，旋喷桩的施工质量取决于地面的规范操作。主要质量控制要点如下41喷浆材料要求本工程地处滨海冲积平原，高压旋喷桩中的水泥采用325级普通硅酸盐水泥。制浆用水必须保证清洁无污染，使用前按规定取水样化验，符合拌制水泥混凝土的要求才能使用。42制浆按设计配比进行浆液拌制，在制浆过程中应随时测量浆液比重，没孔高压喷浆结束后要统计该孔的材料用量。浆液用高速搅拌机拌制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间要符合规范要求。配制好的水泥浆在使用前要不停地搅拌。如果浆液因机械或停电等原因2H内未使用，必须废弃，不得继续使用。43场地布设与施工顺序合理布置场地，机具设备配套要紧密联系，尽量缩短高压喷射浆液的输送距离，以减少沿程压力损失。喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50M。旋喷桩初期强度较低，为防止施工时对邻近桩体的破坏，在施工顺序上可采取跳排施工的方法。44机械故障处理喷射中途发生机械故障时，应停止提升和喷射以防桩体中断。若泵压增高也不出浆，则是喷嘴堵塞，若泵压达不到要求值，则可能是高压部分密封性能不好，连接处或旋转处漏浆、漏水，应针对具体情况采取相应的措施。恢复喷射时，喷射管要多下05M，以保证凝结体的连续性。旋喷桩自地面下10M处喷浆搅拌提升出地面应采用慢速，以保证桩头施工质量。若遇特殊情况停机超过12H，应采取补桩或其它补强措施。45冒浆处理旋喷过程中，往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沾着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况，旋喷的大致效果和旋喷的合理性等。根据经验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量20为正常现象，超过20或完全不冒浆时应查明原因并采取以下措施（1）若因地层中有较大空隙而引起不冒浆，则可以在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定范围内凝固。另外还可以在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常施工。（2）若冒浆过大，通常原因是有效喷射范围与注浆量不相符，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆液量。减少冒浆的措施有3种提高喷射压力，适当缩小喷嘴直径，加快提升和旋转速度。46复喷在不改变喷射参数的条件下，对同一标高的土层作重复喷射时，能加大有效加固体直径和提高加固体长度。这是局部获得较大直径简易有效的方法。实际施工中，在底部和顶部进行复喷，以增大承载力，确保地基处理质量。47顶部凹穴处理高压喷射完毕后，旋喷桩顶由于浆液析水、收缩，桩顶部可能出现凹穴，对地基不利，必须采取措施予以消除。可采用冒浆回灌或第二次注浆处理。48成品保护旋喷桩施工完成后，不能随意堆放重物，以防止桩变形。5旋喷桩的质量检测桩的质量检验应在旋喷桩施工结束28天后进行。主要检验内容包括桩的整体性、有效直径、单桩承载力和强度特性等。检验方法可采用开挖检验、静载试验、7天N10触探、钻孔取芯等。检验点的位置重点布设在有代表性的关键地方，如承重大的部位，施工中出现过异常的部位，地质情况复杂，可能对高压喷射注浆质量产生影响的部位。本工程采用的检验方法如下（1）静载试验，本工程桩数大于1000根大于1000根时，取单位工程桩数的3确定试验桩桩数。测试结果及时反馈于设计人员。（2）触探及抽芯检验，成桩7天内采用轻型触探进行N10检测，检测频率为总桩数的2。抽芯检验的总桩数不少于工程桩数的3。（3）开挖检验，本工程选取01的桩体进行开挖检验，深度1M。现场开挖显示，土体被强制与水泥砂浆混合，胶结硬化后形成直径比较均匀的圆柱体，轮廓清晰，无孔洞和蜂窝麻面出现。旋喷桩直径在0607M之间，满足设计要求。6结语实践表明，采用高压旋喷桩技术进行加