旋喷桩在处理净空受限的软土地基中的应用

旋喷桩在处理净空受限的软土地基中的应用旋喷桩概述：高压喷射注浆法（JetGrouting），是20世纪70年代开发出来的一种新型软基处理技术，在我国又称为“旋喷法”。其工作原理是利用不低于15MPa的压力将水泥浆通过管道由喷嘴向土体喷射，与此同时，钻杆一边旋转，一边向上提升。喷射出来的高压水泥浆与土体形成圆柱状的水泥土，构成了复合地基，达到提高地基承载力的效果。该工艺主要特点是钻杆（管道）逐节拼装，机械高度在3.0米以内，非常适用于高压线下、桥梁底下等净空受限的软土地基的处理。但是因为需要逐节拼装钻杆的原因，施工进度较慢，施工成本较高。1、工程概况xx某高速公路项目K49+110地段，地质情况主要为淤泥及淤泥质粘土，有机质含量超高，淤泥直接快剪粘聚力为8.0kpa，内摩察角为3.1度，含水量达到98——122%，淤泥厚度14米左右，地表以下1—2.0米即为淤泥层。原设计为预应力混凝土管桩加固软基，但是因为K49+110有11万伏高压电线通过，高压线下净空不足7.0米，管桩施工设备无法进入线下作业，于是将该处变更为旋喷桩。设计旋喷桩桩径500mm，正方形布置；桩间距为1.8m，设计深度为15.5m，设计要求单桩承载力150KN，水泥土的28天无侧限抗压强度不小于2.0MPa。同时在桩顶铺设50cm砂垫层及双层土工格栅。2、配合比设计及分析2.1、配合比设计旋喷桩的成桩原理是由喷射水泥浆和地基土混合、固化而成的水泥土桩柱，因此，影响水泥土抗压强度的因素很多，主要有搅拌的均匀程度、水泥标号、水泥掺量、地基土的含水量和有机物含量等。对于既定的地质情况，只有采用适当的水泥掺量，才能达到经济、有效的目的。本项目对原状土进行了室内实验，所取土样为距离地面深度3.5米处，分别按照水泥配量43.7%（120kg/m）、50.9%（140kg/m）、58.2%（160kg/m）、65.5%（180kg/m）四种掺量进行，试验试件为7cm×7cm×7cm立方体，强度分别如表1所示。表1水泥土抗压强度试验懒天然含水轰量骡(瞒％舰)谎102.漂1占水泥标号魂P.03枕2.5R惊土的容蠢重壮(纱g/cm专3)单1.40聪H疫P运值鼻5.63乒有机质含济量号(巡％燃)民9.6窃水泥掺薄量唉(呢％大)闷120k拣g/m唐140k雅g/m慢160k凑g/m坟180k画g/m袄会隶期崇(缓天冻)再7漂28欣7润28叠7临28忍7带28视水泥土强奇度缺(棍MPa)睡1.74泊2.46字1.96鉴2.68腐2.48饲3.26盼2.66知3.44因为现场施工条件所限，实际形成的水泥土体均匀度肯定达不到实验条件下的效果，现场桩体强度可以根据经验公式R实际=aR试验计算得到，式中：R实际：——现场桩体强度R试验——实验室样体强度a——折减系数，一般在0.5——0.9。同时考虑到在深度超过3.5米的地层，原状土含水量还要大于102.1%，有机质含量也比实验所用土样高，为了确保工程质量，决定采用水泥掺量为58.2%(即160kg/m)的配合比。为了防止水泥浆快速沉淀，加入水泥量的2%的缓凝剂。所用配合比为水泥：水：缓凝剂=160：88：3.2。2.2影响旋喷桩承载力的因素分析根据以往的施工经验及相关试验资料表明，旋喷桩的承载力取决于桩体的强度和地基土对桩的承载力。因此，桩的破坏主要是因为桩体破坏和桩土体系的破坏。在地质条件相对较好、水泥掺量较低、桩身强度较低的情况下，桩身强度是承载力的控制条件，而在地质条件差、水泥掺量高的、桩身强度高的情况下，其承载力是由桩与土之间的体系强度决定的，也就是由桩侧摩擦力和桩尖承载力决定的。在常用的旋喷桩施工中，水泥掺量一般是35%以内，本项目由于土壤含水量超大，不得不采用高达58.2%的掺量来施工，确保桩身的强度。同时为了加强桩土体系的联系，达到增强复合地基整体承载力目的，要求桩尖必须要进入持力层，同时在桩顶铺设土工格栅来加强受力的均匀性。3、施工工艺3.1施工机械设备高压旋喷桩的施工机具主要包括高压泵、钻机及其它配套机具。本项目根据实际工程量及进度要求，投入钻机、高压压浆泵各8台，满足了施工进度要求。蓄地质钻机剩：型变号糖XY-1惧0商0容型，提升瓶速界度见7权—两14cm应/min趟,棉转蹲速带1预1夏—爽18r/少mi虏n倘。壁高压泵：奔型利号戏XPB-筐90傻C辱，喷嘴直汗径易2悠—惨4m拼m震，压松力柿20.崖0理—悔30.0登MP养a退，成桩直乡径范围筐在回0.桂4假—乎—折1.3犬5怜米之间。拿本项目经窗过反复试认验，根据师实测的桩孔径、桩身播强度、施太工机具条怖件，确定亩使用喷嘴樱直径膛为傍2.0m忙m罢，压力控为但20.0存MP桨a泼，实际成够桩直径桂约侦0.展6俱—选—短0.吗7垄米。背3.新2金施工流程碧图驰桥旋喷桩加纠固软土所冈采用的固声化剂，基密本是水泥叼浆，为防长止沉淀，以需要在固舟化剂中加仁入缓凝剂侨。施工工观艺见下图午：鞠旋喷桩施促工工艺流外程图场地平整场地平整施工放样施工放样钻机就位钻机就位钻孔钻孔制做固化剂插管制做固化剂插管注浆注浆冲洗冲洗陈3.豆3警、具体施袭工方案盖场地平整车：旋喷桩奥施工前先迫清除场地深上的杂物羡，平整场绞地，硬化非场地，保惭证施工旋戏喷桩机械坦不因地基赶过软而陷正入淤泥。顺钻机就位牌：钻机进快场前先对负机械设备锯彻底检查轻一次，发卷现问题及唇时修理，虫尽量减少蔑机械设备叙在施工过站程出现故卖障而影响蝴工期，钻勇机进场后蜜按测量人截员交桩点幅组装钻机悔，根据桩讽长备用足摧量的钻杆群，钻杆的涝垂直度控因制芦在炭1护%扇以下。制钻孔：开架钻要将钻总杆进行水阶密性试验答，达到要捐求后方可霉使用，然签后将喷头择堵塞牢固田，钻孔过病程中不得耗有淤泥进嫁入管内而剂导致堵管冶，但也不摆能将喷嘴辆堵得过死泊而导致在滑喷射注浆蒜时堵计管。钻孔晌的深度必祸须大于或位等于设计吗桩长，垂愁直度必须慎小鉴于穴1骨%唉。钻孔过敞程中钻杆锋与钻杆之怀间必须连哀接牢固，嘉连接部位暖用麻丝填备充满接头若空隙，钻雨杆不能有孩沙眼，连逮接好的钻之杆不能有跨任何喷水酸现象，严质禁使用不丈合格的钻浅杆，保证的施工安全构和施工质扶量。邮喷射注浆管：当喷头脉插入设计食深度后，解由下至上巧进行喷射但作业。喷州射注浆压慕力保持箱在澡20Mp杯a厦，注浆流粮量惹≥臭60L/膨mi饼n稍，钻杆旋侨转速度提朵升速求度奸7康—槽14cm古/min苦,歌转抛速伍1帝1竹—里18r/斧mi刑n脆。。每次习取钻杆时萝应停止注嗽浆压力，盆取杆后将械提升装置盛与钻杆连性接牢固，寺然后再下浪沉芳20c动m泉，保证相须邻两次注村浆船有解20c云m响的搭接长辞度。底冲洗、移铜机：当喷泪头提升到梯设计标高坦时，该桩总的旋喷作刘业已结束弊，为了防弊止堵管，状应立即用欠清水冲洗朵压浆泵、哥注浆软管广等，待冲泰洗完成后佳则立即将零钻机移至否下一个桩泉位处。旬4缠、施工中轿注意事项扭及质量保肆证措施雕4.者1稀、旋喷作梳业前机械取设备的检嫌查。在作元业前和作轧业中要随奶时检查高晴压设备和罚管路系统刮，其注浆寨压力不得烫小章于仆15MP予a引,族流量不得盒小守于缺60L/怖mi光n蜜。注浆管达和喷嘴不谈得有任何螺异物，喷犹嘴直径不报得大拴于冰2.1m皂m悟，同时也少要做好用助电安全的结检查。英4.旷2锄、在制作维水泥浆时僻，水灰比阵控制奴在烛0.菌5韵：做1的左右，不食得随意更庭改；在旋辽喷作业时缘要保证不塘沉淀、不俭离析。严容禁使用受厨潮、过期层和不合格伴水泥。单祸根桩的浆闭液尽量单鹊桩用完，军第二根桩烦施工时，梅要重新配湿置，浆液鄙用量可以嫌根据下式膊计算。伸Q=q.胶t.(1白+a)扁其中备：购q声—赖单位时间牌的喷射量抖t称—蛋单根桩的跌喷射时间晕a答—灾损失系数桥，思取丹0.差1怖—拉—重0.2别4.元3填、对于冒舟浆的处理慌：从施工填工艺来讲巴，有适量窝的冒浆久（合5汽～快1头5采％）是正堂常的，但拔若超赛过森2片0推％的冒浆铸量或完全仓不冒浆则尤为不正常言。若是因气地层中有宵较大空隙披等引起的圈不冒浆可垮在浆棵液中添加厦适当的速竹凝剂，这临样可以减序短固结时镇间，但此挨时必须做稼好注浆量耳和注浆时淡间的计算途，以保证鞭固结范围排符合设计单要求；若传是冒浆量进过大，则裹可在注浆勉量不变的侨前提下通印过调整有芹效喷射范茧围来解决桂，通常最并简易的方充法是提高么喷射压力坏。尤5崇、质量检馆验照根据旋喷旁桩处理软州土地基的僻原理，必校须对桩径驱、桩距、遣水泥用量具、水泥土亚强度等关裹键参数进触行检测与登控制。主公要内容如乳下厨表祥2最：俱表碌2齐冲旋喷桩检热查项目表驱检查项目悬单位贫规定值或木允许偏差典桩距习mm雾+砖100即桩径剧mm岔>归500浑钻杆倾斜棵度沫%麻≤均1轮桩长荡m读进入持力匠层娱每米桩水洗泥用量偏他差挣Kg坊2.5回桩体无侧洒限抗压强蓬度软MPa标>码2忆单桩承载来力辰KN孟150粱检测旋喷衰桩施工质幼量常用的耻检测方法怨有开挖检葵查、室内需实验、钻盯孔检查（架包含钻取奴加固体的截岩芯、渗镜透试验）损、荷载试板验铸等垒5考种。本项胆目采用丰开挖检查木与钻孔检捉查相结合猫的方式，宇首先用开痰挖检查法争将桩体周任围土体挖浊开，进行姻外观检查通，检查其因桩身水泥违土的均匀燃性和密实暖度、桩的希直径、垂惕直度和间躺距，结果浪显示均符片合设计要味求。然后郊采用钻取利加固体岩枝芯法，在坦成桩一定洁龄期后通删过钻孔取螺芯来检查夕桩长、桩薪各部位的石水泥含量喷及桩身抗万压强度的刷变化情睡况。腊取样试验映结果见浩表党3搅。迹表寺3蒜桩身试址样抗压强腰度试鞋验麦境试件号型龄口期躲(诉天镰)轧强剃度奴(刚MPa)浆试件号桃龄成期燕(寸天枝)坝强虚度枪(寨MPa)朵1#叔33演2.33列7#优34疑2.04偿2#蔬33择2.41射8#车34够2.37层3#辨33努2.13粗9#凤34耗2.36朽4#芹32察2.25建10#早31季2.44根5#姜32总2.62交11#坛31隐2.64弯6#滚32贤2.27夫12#财31骆2.26栗由取样试雨验结果可彼见，水泥税土的强度瑞均符合设持计要求。炎6黄、结语：思本项目施毅工实践证喜明，虽然浇旋喷桩在伪造价方面盘要比一些慈常规的软汽基处理方型式（如砂皂桩、碎石良桩等）更臣高一些，东但是在一购些含水量就超高、地娃质条件十期分复杂，