地表加固高压旋喷桩施工工艺

地表加固高压旋喷桩施工工艺及发展方向

目录一、高压旋喷桩发展过程及适用范围二、高压旋喷桩施工原理及分类三、高压旋喷桩施工工艺四、高压旋喷桩发展方向一、高压旋喷桩发展过程及适用范围

高压旋喷桩属于高压喷射注浆法范畴。它是70年代日本首先提出，在静压注浆的基础上，采用高压水射流切割技术而发展起来的。

旋喷桩工艺特点：施工机具设备简单，便于管理，施工简便。固结体形状可以控制。具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉。噪声小，无污染，无公害，生产安全。确保固结体的强度。浆液集中，流失较少。

适用范围：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）、砂类土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层。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。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、永冻土、地下水流速过大和已涌水的地基工程时均不宜采用该法，宜通过试验确定其适用性。旋喷桩加固利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定的深度，依靠水泥浆搅拌系统、高压注浆泵等设备，以20

～40Mpa的压力把水泥浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度和脉动状的射流，其动压大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来。一部分细颗粒随浆液或水冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下，与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体。

旋喷法施工时，喷嘴一面喷射一面旋转并提升，固结体呈圆柱状。主要用于加固土体质量，提高土体的抗剪强度，改善土的变形性质，减少建筑支档土压力，也可组成闭合的帷幕，用于阻挡地下水流和治理流沙，可靠性好。旋喷桩可以根据工程实际情况设计为单桩承载、多桩承载和复合地基几种形式。二、高压旋喷桩施工原理及分类分类：根据机具的不同分为，单管法，二重管法，三重管法。根据成桩形式分旋喷注浆、定喷注浆和摆喷注浆成桩直径的区别：单管法的成桩直径较小，一般为0.3～0.8m，双管法在1.0m左右，三重管法一般在0.8m～2.0m左右，但成桩强度较低。成桩形式的区别：高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关，旋喷后成柱桩，摆喷后成壁状，定喷后成块状。成桩机理：高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用：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。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，迫使土粒向着与喷嘴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。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。充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲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。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。

单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。通过单根管路，利用高压泥浆（20MPa～30MPa）喷射冲切破坏土体，成桩直径一般40～50cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体较小。

二重管法：又称浆液气体喷射法，是在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重注浆管。在管的底部侧面有一个双重喷嘴，高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出，在射流的外围加以0.8MPa左右的压缩空气喷出，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，最后在土中形成直径明显增加的柱状固结体，达到0.8m～1.5m。三重重管管法法：是是一一种种浆浆液液、、水水、、气气喷喷射射法法，，使使用用分分别别输输水水、、气气、、浆浆液液三三种种介介质质的的三三重重注注浆浆管管，，在在以以高高压压泵泵等等高高压压发发生生装装置置产产生生高高压压水水流流的的周周围围环环绕绕一一股股圆圆筒筒状状气气流流，，进进行行高高压压水水流流喷喷射射流流和和气气流流同同轴轴喷喷射射冲冲切切土土体体，，可可以以减减少少水水射射流流和和与与周周围围介介质质的的摩摩擦擦，，避避免免水水射射流流过过早早雾雾化化，，增增强强水水射射流流的的切切割割能能力力，，也也借借空空气气的的上上升升力力把把被被破破碎碎的的土土由由地地表表排排除除，，形形成成较较大大的的空空隙隙，，在在地地基基中中形形成成较较大大的的负负压压区区，，携携带带另另一一个个喷喷嘴嘴喷喷出出的的低低压压力力水水泥泥浆浆充充填填空空隙隙，，注注入入到到被被切切割割、、搅搅拌拌的的地地基基中中，，喷喷嘴嘴作作旋旋转转和和提提升升运运动动，，使使水水泥泥浆浆与与土土混混合合，，在在土土中中凝凝固固，，形形成成较较大大的的固固结结体体，，达达到到加加固固目目的的，，其其加加固固直直径径可可达达800～2000mm。旋喷喷桩桩的的加加固固半半径径和和许许多多因因素素有有关关，，其其中中包包括括喷喷射射压压力力P、提提升升速速度度S、被被加加固固土土的的抗抗剪剪强强度度τ、喷喷嘴嘴直直径径d和浆浆液液稠稠度度B。加加固固范范围围与与喷喷射射压压力力P、喷喷嘴嘴直直径径d成正正比比，，与与提提升升速速度度S、土土的的抗抗剪剪强强度度τ和浆浆液液稠稠度度B成反反比比。。加加固固体体强强度度与与单单位位加加固固体体中中的的水水泥泥掺掺入入量量和和土土质质有有关关。。三、、高高压压旋旋喷喷桩桩施施工工工工艺艺工艺艺设设计计要要求求:加固固体体直直径径的的确确定定旋喷桩桩直径径与现现场土土质、、土体体强度度和喷喷射压压力、、流量量、提提升速速度和和浆液液稠度度等诸诸多因因素有有关，，当无无试验验资料料时可可参考考工程经经验，，如表1。当地地层成成桩难难度大大，难难以喷喷射成成桩时时，需需要根根据地地层情情况通过现现场做试验桩确定旋喷桩桩施工工技术术参数数，达达到要要求的的桩径径和成成桩质质量。。布置形形式桩的平平面布布置形形式需需根据据加固固的目目的给给予考考虑，，分离离布置置的单单桩可可用于于基础础的承承重，，排桩桩、板板墙可可用作作防水水帷幕幕，整整体加加固则则常用用于防防止基基坑底底部的的涌土土或提提高土土体的的稳定定性，，水平平封闭闭桩可可用于于形成成地基基中的的水平平隔水水层。。图5为一般般桩的的平面面布置置形式式。喷注种类土的类别单管法二重管法三重管法粘性土0＜N＜51.2±0.21.6±0.32.5±0.310＜N＜200.8±0.21.2±0.31.8±0.320＜N＜300.6±0.20.8±0.31.2±0.3砂土0＜N＜101.0±0.21.4±0.32.0±0.310＜N＜200.8±0.21.2±0.31.5±0.320＜N＜300.6±0.21.0±0.31.2±0.3砂砾20＜N＜300.6±0.21.0±0.31.2±0.3表1旋喷桩桩直径径参考考值（（m）注：表中N为标准准贯入入实测测锤击击数。。图5一般桩桩的平平面布布置形形式图图浆量计计算有有两种种方法法，即即体积积法和和喷量量法，，取大大者作作为设设计喷喷射浆浆量。。体积法法：喷量法法：式中Q——需要的的喷浆浆量（（m3）；De——旋喷固固结体体直径径（m）；D0——注浆管管直径径（m）；K1——填充率率，0.75～0.9；h1——旋喷长长度（（m）；K2——未旋喷喷范围围土的的填充充率，，0.5～0.75；h2——未旋喷喷长度度（m）；β——损失系系数，，0.1～0.2；ν——提升速速度（（m/min）；H——喷射长长度（（m）；q——单位喷喷浆量量（m3/min）。根据计计算所所需的的喷浆浆量和和设计计的水水灰比比，即即可确确定水水泥的的使用用数量量。浆量计计算旋喷桩桩施工工工艺艺:工法选选择：：工法选选择不不当，，会使使加固固效果果达不不到设设计要要求，，不仅仅会造造成外外部水水土流流失、、坍塌塌等风风险，，还将将导致致工程程造价价成倍倍增加加。根据本工程程加固固地质情情况及施工工条件件限制制，选用高压旋旋喷桩桩对地层层加固固。加固范范围主主要为为粉质质粘土土层、、砂质质粘性性土层层、砂砂土层层、全全风化化变质质砂岩岩、强强风化化变质质砂岩岩。旋喷喷工艺艺采用用成桩桩直径径较大大的三三重管管旋喷喷法，，以减减少孔孔数和和旋喷喷工作作量，，保证证旋喷喷桩加加固质质量，，降低低成本本。加固原原则：：盾构隧隧道洞洞顶土土体强强度底底，通通过加加固，，改变变土体体强度度，提提高土土体稳稳定性性；隧道经经过上上软下下硬的的复合合地层层，土土质不不均，，通过过加固固，改改变软软弱土土体强强度，，减小小土体体强度度差异异；确保盾盾构机机掘进进过程程中，，上部部土体体失稳稳，导导致地地表过过大沉沉降和和塌陷陷，减减小土土体强强度差差异和和地层层不整整合程程度，，避免免刀具具和刀刀盘异异常磨磨损。试桩目目的第一区区间剩剩余盾盾构段段有6个加固固段，，分段段里程程为：：DK108+310～DK108+425，115m；DK108+440～DK108+470，30m；DK108+485～DK108+495，10m；DK108+520～DK108+540，20m；DK108+790～DK109+015，225m；DK109+085～DK109+250，165m。在大面面积施施工前前需要要做试试桩试试验，，来确确定合合理的的施工工工艺艺及提提杆速速度和和泵浆浆压力力大小小才能能满足足旋喷喷桩施施工技技术参参数，，由此此确定定高压压旋喷喷桩的的施工工工艺艺及施施工技技术参参数，，以确确保大大面积积施工工时高高压旋旋喷桩桩的施施工质质量。。第一段段加固固试桩桩：试桩数数量不不少于于3根（不不在同同一地地点）。试桩里里程DK108+300～DK108+310，9根桩，，分为为3组，2组试验验桩径径Φ800，桩间间距600mm，1组试验验桩径径Φ600，桩间间距500mm。结合本本工程程实际际，仅仅介绍绍三管管法旋旋喷桩桩施工工工艺艺。测量放放线定定位引孔钻钻机就就位搬迁钻进成成孔清孔移钻插入高高喷管管高喷作作业回灌浆液配配置泵泵送启动高高压泵泵送水水启动动高高压压机机送送风风开孔孔检检查查换浆浆清清渣渣试喷喷检检查查观察察高高喷喷参参数数孔内内保保持持满满浆浆三管管法法旋旋喷喷桩桩工工艺艺流流程程三管管旋旋喷喷施施工工工工序序场地地三三通通一一平平桩位位测测设设钻机机就就位位钻孔孔浆液液配配置置下喷喷射射管管喷射射作作业业冲洗洗管管路路废浆浆处处理理移动动机机具具将将钻钻机机等等机机具具设设备备移移到到新新孔孔位位上上。。回灌灌施工工记记录录场地地三三通通一一平平施工工前前对对场场地地平平整整，，供供水水、、供供电电、、行行车车道道路路进进行行规规划划。。挖挖好好排排浆浆沟沟，，设设置置回回浆浆池池，，浆浆液液回回收收处处理理，，防防止止污污染染环环境境。。桩位位测测设设根据据设设计计图图纸纸，，进进行行布布孔孔，，测测量量放放线线，，准准确确定定出出桩桩位位。。钻机机就就位位钻机机应应垂垂直直于于地地面面且且摆摆放放平平稳稳，，放放线线桩桩位位与与设设计计桩桩位位的的偏偏差差不不得得大大于于50mm。要要求求钻钻机机安安放放保保持持水水平平，，钻钻杆杆保保持持垂垂直直，，其其倾倾斜斜度度不不得得大大于于1.5%。钻孔孔把钻钻机机移移至至钻钻孔孔位位置置后后，，对对准准孔孔位位用用水水平平尺尺掌掌握握机机台台水水平平，，立立轴轴垂垂直直、、垫垫牢牢机机架架、、钻钻机机的的垂垂直直度度满满足足精精度度要要求求，，经经技技术术人人员员验验测测合合格格后后方方可可开开钻钻。。如如发发现现钻钻机机倾倾斜斜，，则则停停机机找找平平后后再再开开钻钻。。钻钻进进成成孔孔，，孔孔径径为为Φ150mm，严严格格按按已已定定桩桩位位进进行行成成孔孔，，平平面面位位置置偏偏差差不不得得大大于于50mm，采采用用原原土土造造浆浆护护壁壁。。钻钻进进过过程程中中，，遇遇到到异异常常情情况况及及时时查查明明原原因因，，采采取取相相应应措措施施，，对对地地层层变变化化、、颗颗粒粒大大小小、、硬硬度度等等要要详详细细记记录录，，钻钻孔孔结结束束后后，，由由技技术术人人员员进进行行质质量量检检查查，，合合格格后后方方可可移移位位进进行行下下一一个个孔孔的的钻钻进进。。5.浆液液配配制制搅搅拌拌本工工程程旋旋喷喷桩桩浆浆液液采采用用水水灰灰比比为为1:1～1:1.5的水水泥泥浆浆。。水水泥泥要要过过筛筛，，且且为为了了防防止止水水泥泥浆浆离离析析，，应应在在灰灰浆浆机机中中不不停停搅搅动动。。在在实实际际施施工工时时，，可可使使用用比比重重计计随随时时测测量量浆浆液液比比重重，，水水灰灰比比1:1的水水泥泥浆浆液液比比重重为为1.49，并并做做好好比比重重测测试试记记录录。。首首先先将将水水加加入入桶桶中中，，再再将将水水泥泥倒倒入入，，开开动动搅搅拌拌机机搅搅拌拌10～20分钟钟，，而而后后拧拧开开搅搅拌拌桶桶底底部部阀阀门门，，放放入入第第一一道道筛筛网网（（孔孔径径为为0.8mm），，过过滤滤后后流流入入浆浆液液池池，，然然后后通通过过泥泥浆浆泵泵抽抽进进第第二二道道过过滤滤网网（（孔孔径径为为0.8mm），，第第二二次次过过滤滤后后流流入入浆浆液液桶桶中中，，待待压压浆浆时时备备用用。。下喷喷射射管管将喷喷射射台台车车移移至至成成孔孔处处，，在在插插入入旋旋喷喷管管前前先先检检查查高高压压水水与与空空气气喷喷射射情情况况，，各各部部位位密密封封圈圈是是否否封封闭闭，，先先在在地地面面进进行行浆浆、、气气试试喷喷，，检检查查各各项项工工艺艺参参数数符符合合设设计计要要求求后后将将喷喷射射管管下下至至设设计计深深度度，，经经现现场场质质检检人人员员检检查查认认可可后后方方可可进进行行高高喷喷注注浆浆施施工工。。如如因因塌塌孔孔插插入入困困难难时时，，可可用用低低压压水水（（0.1～2MPa）冲冲孔孔，，边边下下管管边边射射水水，，但但须须把把高高压压水水喷喷嘴嘴用用塑塑料料布布包包裹裹，，以以免免泥泥土土堵堵塞塞。。喷喷射射过过程程中中如如遇遇特特殊殊情情况况，，如如浆浆压压过过高高或或喷喷嘴嘴堵堵塞塞等等，，应应将将喷喷射射管管提提出出地地面面进进行行处处理理，，处处理理好好后后再再进进行行施施工工。。7.喷射射作作业业喷嘴嘴直直径径、、提提升升速速度度、、旋旋喷喷速速度度、、喷喷射射压压力力、、排排量量等等旋旋喷喷参参数数根根据据试试桩桩结结果果来来确确定定。。开开始始时时，，先先送送高高压压水水，，再再送送水水泥泥浆浆和和压压缩缩空空气气。。一一般般情情况况下下，，压压缩缩空空气气可可晚晚送送30s，然然后后再再进进行行边边旋旋转转、、边边提提升升、、边边喷喷射射作作业业。。喷喷射射时时，，应应先先达达到到预预定定的的喷喷射射压压力力、、喷喷浆浆量量后后再再逐逐渐渐提提升升注注浆浆管管。。中中间间发发生生故故障障时时，，应应停停止止提提升升和和旋旋喷喷，，以以防防柱柱体体中中断断，，同同时时立立即即进进行行检检查查排排除除故故障障；；如如发发现现有有浆浆液液喷喷射射不不足足，，影影响响桩桩体体的的直直径径时时，，应应进进行行复复核核。。因因故故停停工工时时，，必必须须做做好好接接桩桩措措施施，，一一般般接接桩桩长长度度＞＞0.5m。在在旋旋喷喷过过程程中中，，冒冒浆浆量量应应控控制制在在10%～25%之间间。。喷喷到到桩桩高高后后应应迅迅速速拔拔出出注注浆浆管管，，用用清清水水冲冲洗洗管管路路，，防防止止凝凝固固堵堵塞塞。。相相邻邻两两桩桩之之间间的的施施工工间间隔隔时时间间应应不不小小于于48h，间间距距应应不不大大于于4～6m。针针对对不不同同地地质质土土层层的的特特征征，，要要采采取取相相对对的的措措施施来来完完成成注注浆浆。。特特别别对对硬硬土土及及粘粘土土部部位位，，深深部部土土层层要要适适当当放放慢慢提提升升速速度度和和旋旋转转速速度度或或提提高高旋旋喷喷压压力力等等。。复喷喷在不不改改变变旋旋喷喷技技术术参参数数的的条条件件下下，，对对同同一一土土层层作作重重复复注注浆浆（（喷喷到到顶顶再再下下钻钻重重喷喷该该部部位位）），，第第一一遍遍用用高高压压清清水水和和气气切切割割土土体体，，不不喷喷水水泥泥浆浆，，第第二二遍遍复复喷喷时时全全部部喷喷浆浆，，能能增增加加土土体体破破坏坏有有效效长长度度，，从从而而加加大大固固结结体体的的直直径径或或长长度度并并提提高高固固结结体体强强度度，，复复喷喷的的次次数数愈愈多多固固结结体体直直径径加加长长的的效效果果愈愈好好。。8.冲洗洗管管路路喷射射施施工工完完毕毕后后，，应应把把注注浆浆管管等等机机具具设设备备冲冲洗洗干干净净，，管管内内机机内内不不得得残残存存水水泥泥浆浆。。可可把把水水泥泥浆浆换换成成水水，，在在地地面面上上喷喷射射，，以以便便把把泥泥浆浆泵泵、、注注浆浆管管和和软软管管内内的的浆浆液液全全部部排排除除。。废浆浆处处理理喷射射注注浆浆施施工工中中，，将将产产生生不不少少废废弃弃浆浆液液。。为为确确保保场场地地整整洁洁和和顺顺利利施施工工，，在在施施工工前前拟拟在在场场地地内内设设置置泥泥浆浆池池，，泥泥浆浆在在施施工工中中抽抽排排汇汇入入泥泥浆浆池池中中，，待待泥泥浆浆固固结结后后再再外外运运处处理理。。移机到下下一循环环移动桩机机进行下下一根桩桩的施工工。回灌喷射结束束后，随随即在喷喷射孔内内进行静静压充填填灌浆，，直到浆浆面不再再下沉为为止，回回灌浆液液一般采采用邻孔孔高喷冒冒浆静压压充填。。记录施工中钻孔、、高喷的各道道工序应详细细、及时、准准确记录，所所有记录需按按要求使用统统一表格。三管高压旋喷桩参数项目调整参数以前参数压缩空气气压（MPa）0.8～1.00.6~0.86m³气量（m3/min）1.5～2.01.5~2.0水压力（MPa）32～4035～45流量（L/min）100～120100～120喷嘴个数及直径1.5～1.6mm1.8～2.0mm水泥浆压力（MPa）10～1510～15流量（L/min）80～10080～100水灰比1：11：1提升速度（cm/min）5～88～10旋转速度（r/min）

9～109~10表2三管旋喷参数数参考序号项目名称技术标准检查方法1钻孔垂直度允许偏差≤1.5%实测或经纬仪测钻杆2钻孔位置允许偏差≤±50mm尺量3钻孔深度允许偏差±200mm尺量4水压、气压、浆压按设定参数指标查看压力表5桩体直径允许偏差≤50mm沿桩头开挖1.5～2.0m处用尺量6水泥浆液初凝时间不超过20小时观察7水泥土强度Qu(28)≥2.5MPa

沿桩间咬合处取芯试验检验8水灰比1：1～1：1.5试验检验选择表3旋喷桩施工技技术要求表施工后检查施工后主要对对加固土体进进行检查，包包括：①固结土体的的整体性及均均匀性；②固结土体的的有效直径；；③固结土体的的强度；④固结土体的的抗渗性；成桩质量检查查质量检验时间间、内容施工对喷射施施工质量的检检验，应在高高压喷射注浆浆结束后1周，检查内容容主要为加固固区域内取芯芯实验等。质量检验数量量、部位检验点的数量量为施工注浆浆孔数的2%，对不足20孔的工程，至至少应检验3个点，不合格格者应进行补补喷。检验点点应布置在下下列部位：桩桩间咬合处、、施工中出现现异常情况的的部位。检验方法旋喷桩的检验验可采用钻孔孔取芯方法进进行。钻孔取芯：在在已施工好的的固结体中钻钻取岩芯，并并将其做成标标准试件进行行室内物理力力学性能试验验，检查内部部桩体的均匀匀程度无侧限限抗压强度。。注意事项1.在旋喷桩施工工区最外围的的一排桩采用用1,5,9…间隔跳打的方方法进行施工工，围内部采采用不跳桩按按次序施工。。2.钻机或旋喷机机就位时机座座要平稳。3.喷射注浆前要要检查高压设设备和管路系系统。设备的的压力和排量必须满满足设计要求求，管路系统统的密封圈必必须良好各通道和喷嘴嘴内不得有杂杂物。4.喷射注浆作业业后，由于浆浆液析水作用用，一般均有有不同程度收收缩，使固结结体顶部出现现凹穴，所以以应及时用回回浆进行补灌灌。5.在喷射注浆过过程中，应观观察冒浆的情情况，以及时时了解土层情情况，喷射注注浆的大致效效果和喷射参参数是否合理理。采用单管管或一重管喷喷射注浆时，，冒浆量小于于注浆量20%为正常现象，，超过20%或完全不冒浆浆时，应查明明原因并采取取相应的措施施。若系地层层中有较大空空隙引起的不不冒浆，可在在浆液中掺加加适量速凝剂剂或增大注浆浆量，如冒浆浆过大，可减减少注浆量或或加快提升和和回转速度，，也可缩小喷喷嘴直径，提提高喷射压力力。6.在开钻前根据据管线图摸清清管线位置及及走向，遇有有不明管线应应及时向上级级汇报。固结体强度不不均匀、缩颈颈产生原因⑴喷射方法与与机具没有