高压旋喷桩加固软土地基施工工法

高压旋喷桩加固软土地基施工工法直属三项目周可超1．序言伴随我国交通基础设施建设快速发展，旋喷注浆作为一个基础形式以其多用途，加固地基质量可靠，能够不影响现有建筑物正常使用功效，能在狭窄和较低矮现场贴近建筑物施工，逐步成为我国惯用地基处理方法之一。北京铁建企业承建南仓疏解区工程，城际上联DK108+164～+350段软土地基处理施工区域东西两侧邻近现有线。在如此狭小而且主要位置施工成为制约工程进度一个技术难题。结合现场实际情况与以往基地加固经验，我们对高压旋喷桩施工工艺进行了一定探索和改进，既满足了施工质量要求，又确保了邻近现有线运行安全，取得了很好社会效益和经济效益。2．工程特点2.1高压喷射注浆法可适用多个地质，如填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、以及含有部分卵石、碎石地层。2.2旋喷钻机拥有自行底盘，能够自主移动机位，施工连贯性好。2.3施工作业范围小，可多台机械在工作面狭窄地域同时施工。2.4可经过调整设备施工参数来满足不一样施工区域、不一样施工要求目标。3．适用范围地质复杂，作业面狭窄地域。适适用于公路、铁路、及房建结构物基础施工，是处理软土地基一个行之有效方法。4．工艺原理高压喷射注浆法又称旋喷法，是利用钻机把带有喷嘴注浆管置入预定土层深度，经过高压设备使浆液或水成为20～40Mpa高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。当能量大，速度快和呈脉动状喷射流动压超出土体结构强度时，土颗粒被切开，一部分细小土颗粒伴随浆液冒出地面，其余土颗粒在喷射流冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定浆土百分比和质量大小有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体（如图4.1）。其成桩机理包含射流冲动掺搅、升扬置换、充填挤压和渗透凝结四个过程。该方法主要用于加固地基，提升地基承载力和抗剪强度，改进土体变形性质，使其在上构荷载直接作用下不产生破坏或过大变形。图4.1复合地基示意图5．施工工艺流程及操作关键点5.1施工工艺流程(见图5.1)施工准备施工准备桩位放样钻机就位开启高压泵高压水泵钻进开启送浆泵旋转提升喷浆清洗、移位浆液拌制图5.1旋喷桩施工工艺流程图5.2操作关键点5.21.施工准备⑴.技术准备:按照施工设计图纸要求，核实工程量，编制施工方案。对参加施工人员进行安全教育及施工技术交底。对施工区域进行技术摸底，包含：原地面标高；邻近建筑物、线路与施工区域位置关系。⑵.场地平整和施工便道：平整施工场地，去除杂草、浮土。合理布置施工便道，可及时供给物资和保持场地平整齐净。⑶.试验检验：完成原材料检验和泥浆配比试验，初步确定施工设备参数。2.桩位放样首先结合图纸及现场情况进行布桩，分区，编号。然后测量放样出旋喷桩施工区域边界桩，依照边界桩以及图纸放出其余桩位，并用短竹棍和白灰标示。3.钻机就位钻机就位后，钻头对准桩位中心，用水平尺校正钻机使钻杆垂直；然后将钻机调整稳定，预防钻机移位，偏离桩位中心。4.开启高压水泵钻进钻机校正固定，钻头对中后，开启空压机，低压水泵，高压水泵，待正常运转后，向孔内送气送水，同时缓缓下沉钻杆钻进成孔，直至设计深度。钻杆长度需提前确定，以确保桩顶标和桩底标高。5.制备水泥浆液水泥浆液制备与钻孔同时进行，随配随用，浆液水泥、水及掺加剂必须按室内试验和现场试桩确定配合比严格计量，采取制浆机均匀拌制。浆液在搅拌机内搅拌时间大于五分钟。单桩水泥浆液用量按下面两个公式计算：⑴.按体积法计算：(式5.2.⑵.按喷量法计算：(式5.2.式中:—旋喷浆液用量(m3)；—桩体直径(m)；—填充率，取0.75～0.90；—桩长(m)，从地面计算；—损失系数，可选取0.1～0.3；—提升速度(m/min)；—单位时间喷射浆液量(m3/min)；拌制好水泥浆液必须经过严格过滤，除去硬块、砂石等，以免堵塞管路和喷嘴。制备好浆液在旋喷过程中必须连续不停搅拌，预防沉淀。6.提升钻杆、旋转喷浆待成孔到设计深度，浆拌制好水泥浆液倾入集料斗，将低压泵由送水改为送浆开启送浆泵送浆，为确保桩低有足够水泥浆量，应停喷30秒种，然后边旋转边提升，旋转速度和提升速度都按照设计规范要求进行，直至设计桩顶标高为止。7.清洗、移位喷浆成桩结束后，提出钻杆，同时用清水清洗送浆泵，钻杆及输浆管道等，然后移位至新孔位作业。8.泥浆处理：现场砌筑或开挖泥浆池，泥浆外运。5.2.2经过试验桩施工，在各施工参数设计范围内进行调试，最终确定在现场土质情况下正式施工参数。通常各主要技术参数范围以下：1.旋喷桩注浆压力通常软土地基加固按注浆管类型分为单管法、二重管法、三管管法及多重管法。其压力惯用20～40Mpa。2.喷射提升速度⑴对软土地基进行加固处理，采取20～25cm·min-1。⑵在现有建筑物地基加固注浆时采取20cm·min-1。⑶在对桩基缺点进行加固补强注浆时采取10～15cm·min-1。3.喷射旋转速度：20～30r·min-1。4.浆液水灰比：旋喷注浆时采取1:1～1.5:1。5.2.1.钻入过程中，因为钻杆碰到地下硬物而造成机身有显著移位，需停顿施工，重新调整机身确保钻杆垂直，位置准确，然后恢复施工。2.成桩过程中因故停顿，应将注浆管下沉至断浆面以下0.5m处，待恢复喷浆时再喷浆提升。若停机超出3小时，应拆卸输浆管路，清洗洁净，在原桩位旁边补桩。3.再注浆过程中出现压力骤然上升或下降、大量冒浆等异常情况时，应及时停顿提升和注浆，以防段桩。4.提升过程中，如出现钻杆或钻头脱落，应及时将剩于部分提出，再旁边进行补桩。5.2.4劳动力组织(见表5.2.表5.2.4劳动力组织表工种所需人数工作内容项目管理1全方面工作控制和把握。作业领班2负责协调指挥各工序操作，控制加固质量，排除施工中各种故障。技术人员5包含测量人员与统计人员，负责施工统计，操纵电器控制仪表，并进行质量检验。安全防护员4负责施工现场人员、机械安全生产司泵及操作10按设计施工工艺，正确操纵钻机和提升检验维修机械。普工20负责水泥浆制作，确保施工连续性。电工后勤2负责电力设备安装和安全使用。共计446．材料与设备本工法无需尤其说明材料，采取机具设备见表6.1。表6.1施工主要机具设备表设备名称型号功率数量旋喷钻机MGZ-5010KW1台高压泵GZB-4075KW1台浆液搅拌机立式4KW1台灌浆泵SGB6-1022KW1台排污泵立式7.5KW1台配套设备若干7．质量控制7.1质量确保方法7.1.1材料控制：主剂以水泥浆为主剂，对现有建筑物地基加固或软土地基加固注浆时水泥通常采取P.O32.5普通硅酸盐水泥，假如需要较高固结强度，可采取42.57.1.2施工实际使用水泥和外掺剂掺入量必须经过加固土室内配合比试验，确定合理水泥配合比。制作浆液时要求做到干灰过筛，浆液过滤。准确掌握水灰，严格控制喷射浆液泵量，以确保桩体内在质量。制备好水泥浆不得停顿时间过长，浆液在搅拌机中要不停搅拌，直到送浆前。室内加固土试块平均无侧限抗压强度大于2.0Mpa（龄期7.1.3在施工过程中除严格按设计平面尺寸要求外7.1.4严格按设计配合百分比率拌制水泥浆液，拌制好水泥浆液开启送浆泵旋转提升喷浆,超出7.1.5旋喷桩施工中，严格控制空压机、高压水泵、送浆泵压力和提升喷浆速度,高压喷射注浆压力不得小于20M7.1.6提升过程中，拆卸钻杆后，继续旋喷施工时，保持钻杆有大于10cm7.17.1.87.1.9旋喷过程中，冒浆量略小于注浆液量20%为正常，若超出7.1.10做好信息化施工，边喷浆边观察统计，依照观察结果，及时调整关于施工参数，抓好信息化施工，确保旋喷桩质量。表7.1.10旋喷桩施工统计表工程名称高压泵型号钻孔机具注浆管直径喷嘴个数喷嘴孔径设计提升速度设计注浆量设计旋转速度浆液配方水泥强度等级注浆孔编号旋喷深度（m）实际有效长度（m）旋喷时间（时分）旋转速度（r/min）提升速度（m/min）旋喷压力（MPa）注浆量（m3）冒浆量（m3）日期开始结束工地责任人：统计人：7.2工程质量控制标准成桩28天后抽芯取样进行无侧限抗压强度试验，抽检数为2‰，并少于3根，其无侧限抗压强度不得小于2.2MPa。并采取平板荷载试验检验复合地基承载力，按总桩数2‰抽检且每批次不少于3根，要求处理后复合地基承载力：通常填方地段，σ0≥0.15MPa；支挡结构地段，需满足支挡结构设计基地承载力要求。复合地基承载力不得小于150Kpa。检测由专业检测机构进行。7.2.1检验内容1.施工前应检验水泥质量、桩位准确性、压力表、流量表精度和灵敏度，设备性能等。2.施工中应检验施工参数（压力、水泥浆量、提升速度、旋转速度等）应用情况、施工程序。3.施工结束后4个星期，对施工质量进行检验，内容为桩体强度，平均桩径，桩体均匀性等。7.2.1检验方法高压喷射注浆可采取开挖检验、钻孔取芯等方法进行检测。1.开挖检测施工完成，待凝固具备一定强度后，即可进行直接检验。因为固结体完全暴露出来，所以能全方面检验固结体垂直度和固结体形状。2.钻孔取芯在已施工好固结体中钻取岩芯，并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验，检验内部桩体均匀程度，是否符合设计要求。旋喷桩桩身完整性、均匀性、无侧限抗压强度满足设计要求。旋喷桩完工后28d，每根检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性、均匀性、拍摄取出芯样照片，取不一样深度3个试样做无侧限抗压强度试验。钻芯后孔洞采取砂浆灌注封闭。7.2.3检验标准高压旋喷桩施工允许偏差、检验数量及检验方法按表7.2.3执行:表7.2.3高压旋喷桩施工允许偏差表序号检验项目允许偏差检验方法检验数量1桩位放样≤50mm钢尺量按成桩总数10﹪抽样检验，不少于5根。2钻杆倾斜度≤1.5﹪吊垂球3桩径大于设计值钢尺量8．安全确保方法8.1参加施工全部些人员，必须熟悉并认真执行旋喷桩安全技术操作规程、关于现有线安全防护知识及安全交底。8.2施工前应对操作员工进行岗前培训，使上岗员工熟知该分项分部工程应急预案，并组织演练，验证应急准备工作和预案实施效果，提升实战中自防自救能力。8.3项目开工前各必须编制施工（含施工过渡）方案和制订安全方法，并严格执行审批程序。8.4安全员、防护员、施工员必须经培训考试合格后持证上岗。使用民工经过培训合格后由具备带班资格正式职员率领上岗。8.5施工中必须确保现有线排水系统通畅.对影响现有线路基稳定作业，必须有可靠安全防护方法。安排好抢险人员、物资、机具和设备。8.6制订劳动安全防范方法，施工作业场地、了望条件、防护及警示标志设置要符合铁路局《劳动安全作业标准》要求，同时配齐配全符合国家、铁道部标准劳动安全防护用具。作业人员要严格恪守安全生产制度和操作规程，正确佩戴和使用劳动防护用具。8.7在施工过程中，如发生影响现有线安全情况，列车在区间被迫停车时，除使用对讲机联络外，还应使用响墩对列车进行防护，并设防护人员显示停车手信号。8.8施工前应在两端车站、双线应在来车方向车站设驻站联络员，施工现场设工地防护员。8.9靠近现有线挖沟、挖电缆时，应了解地下设施用途、埋设位置，并与有并部门联络，做好防护后再施工。8.10当挖沟、坑影响行人妨碍交通或站内作业时，应在施工地点3～5m处加设防护，并应该日回填扎实。如需过夜时，应采取预防人员坠落安全方法，在有危及行车安全或房屋时对其暂时加固。8.11禁止在影响路基稳定范围内挖沟、坑，在铁路沿线或穿越铁路挖沟、坑时，摆放料具和挖出土石方禁止侵入基本建筑限界，并应采取预防塌落方法，确保现有线行车安全。8.12施工过程中，必须派专员对现有线二十四小时测量（包含高程测量、方向、轨距等）。如发觉现有线路有改变，应立刻通知现场责任人，现场责任人依照实际情况进行停工、开启应急预案。9．环境保护方法9.1将施工场地和作业限制在工程建设允许范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标示醒目，施工场地整齐文明。9.2废弃材料或施工过程中浆液，立刻运出现场并按要求进行处理。对施工中废弃零碎配件、边角料、水泥袋、包装箱等及时进行搜集清理。9.3进出现场便道应经常撒水，预防扬尘，污染施工与周围环境。9.4加强环境保护教育，宣传关于环境保护政策、知识，强化员工环境保护意识，使环境保护成为参建员工自觉行为。10．效益分析10.1社会效益该施工技术为软土地基加固和邻近现有线施工积累了丰富经验，使其更符合今后铁路建设特点，为工程确保工期创造了条件，促进了地基加固施工适应复杂施工环境技术进步，取得了良好社会效益。10.2经济效益10.2.1严格控制喷浆过程中返浆量，减轻了返浆对现场施工环境破坏，增强了桩体完整性，节约了水泥无须要浪费10.2.2经过科学合理控制技术关键点与施工次序10.2.3确保了邻近现有线运行安全，11．应用实例分析南仓疏解区工程城际上联DK108+164.04～+350基底处理11.1工程概况京津城际动车组开行至滨海新区南仓疏解区工程共有特大桥3座，全长3.828km。新建线路4条，改建现有线路2条，全长12.5km。城际上行联络线DK108+164.04～+350段为软土地基路堤，承载力不能满足设计要求。（地质特征见表11.1）。基底采取旋喷桩加固处理，总数1788根，全长19668米。桩径0.6m，间距1.3m，三角形布置，桩长11m。旋喷桩施工区域邻近现有线，现有京沪Ⅲ线K131+620～+760斜穿东侧施工区域，西侧施工区域DK108+164～+230距京沪下行联络线不足3表11.1