高压旋喷桩应用.docx

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高压旋喷桩应用

技术创新

成果材料

关于高压旋喷桩

在浮选精煤脱水技术工程中的应用

完成单位：

土建部

完成人员：

王焕忠、邱波、公卫文、魏恒宇

完成时间：

2011年8月

一、课题背景

为扩大选煤厂生产能力，公司决定对主厂房浮选精煤脱水技术改造。

该工程为集团公司2011年技改计划，建筑面积288.2㎡，桩基采用高压旋喷桩，桩为108根，深度8.5m。

主体为现浇钢筋混凝土框架结构，柱下对立基础，填充墙为加气混凝土砌块。

由于该工程为主厂房的扩建工程，桩基有部分位于原主厂房构造柱之间，构造柱之间有框架梁，一般的打桩设备没有足够施工空间。

由于高压旋喷桩的桩机设备体积小，故此项工程的桩基采用高压旋喷桩。

此施工工艺首次用于我公司土建桩基工程。

二、研究内容

高压旋喷桩施工技术是在静压灌浆的基础上，引进水力采煤技术而发展起来的，是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。

1工艺特点

（1）施工机具设备体积小

（2）具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉。

（3）噪声小，无污染。

2适用范围

（1）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）、砂土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层。

（2）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。

（3）当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、地下水流速过大和已涌水的地基工程时，宜通过试验确定其适用性。

三、实施方案

1、材料要求

水泥应采用325号或32.5强度等级普通水泥，要求新鲜无结块，一般泥浆水灰比为1：

1～1.5。

为消除离析，一般再加入水泥用量3%的陶土、0.9‰的碱。

浆液宜在旋喷前1h以内配制，使用时滤去硬块、砂石等，以免堵塞管路和喷嘴。

2、主要机具设备

主要机具设备包括：

高压泵、钻机、浆液搅拌器等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门接头安全设施等。

3、加固原理

高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。

根据喷射方法的不同，喷射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。

单管法：

单层喷射管，仅喷射水泥浆。

二重管法：

又称浆液气体喷射法，是用二重注浆管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，最后在土中形成较大的固结体。

三重管法：

是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m。

喷射注浆法的加固半径和许多因素有关，其中包括喷射压力P、提升速度S、被加固土的抗剪强度τ、喷咀直径d和浆液稠度B。

加固范围与喷射压力P、喷咀直径d成正比，与提升速度S、土的抗剪强度τ和浆液稠度B成反比。

加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。

4、成桩机理

高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用：

（1）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。

（2）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，迫使土粒向着与喷咀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。

（3）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。

（4）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。

（5）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1所示。

5、工艺设计要求

5.1加固体直径的确定

旋喷桩直径与现场土质、土体强度和喷射压力、流量、提升速度和浆液稠度等诸多因素有关，应通过现场试验确定。

当无试验资料时可参考表1选用。

表1旋喷桩直径参考值（m）

喷注种类

土的类别

单管法

二重管法

三重管法

粘性土

0＜N＜5

1.2±0.2

1.6±0.3

2.5±0.3

10＜N＜20

0.8±0.2

1.2±0.3

1.8±0.3

20＜N＜30

0.6±0.2

0.8±0.3

1.2±0.3

砂土

0＜N＜10

1.0±0.2

1.4±0.3

2.0±0.3

10＜N＜20

0.8±0.2

1.2±0.3

1.5±0.3

20＜N＜30

0.6±0.2

1.0±0.3

1.2±0.3

砂砾

20＜N＜30

0.6±0.2

1.0±0.3

1.2±0.3

注：

表中N为标准贯入实测锤击数。

5.2强度要求

旋喷桩设计要求，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%，并不小于2根，其无侧限抗压强度不得小于设计要求；地基加固后，复合地基承载力不得小于设计要求。

6工艺流程

高压旋喷桩施工工艺流程图见图2。

7操作要点

7.1施工前准备工作

（1）在设计文件提供的各种技术资料的基础上作补充工程地质勘探，进一步了解各施工工点地基土的性质、埋藏条件。

（2）准备充足的水泥加固料和水。

水泥的品种、规格、出厂时间经试验室检验符合国家规范及设计要求,并有质量合格证。

严禁使用过期、受潮、结板、变质的加固料。

一般水泥为425号普通硅酸盐水泥。

水要干净，酸碱度适中，pH值在5～10之间。

（3）根据补充勘探资料，在选择的试验工点加固范围内的各代表性地层用薄壁取土器采取必需数量的原状土送试验室，对取得的土样在进行试验之前应妥善保存，使土样的物理和化学性能尽可能保持不变。

（4）室内配合比试验。

根据设计要求的喷浆量或现场土样的情况，按不同含水量设计并调整几种配合比，通过在室内将现场采取的土样进行风（烘）干、碾碎，过2～5mm筛的粉状土样，按设计喷浆量、水灰比搅拌、养护、力学试验，确定施工喷浆量、水灰比。

一般水灰比可取1.0～1.5。

为改善水泥土的性能、防沉淀性能和提高强度，可适当掺入木质素磺硫钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠、氯化钙、硫酸钠、陶土、碱等外掺剂。

若试验之前土样的含水量发生了变化，应调整为天然含水量。

（5）试桩试验。

根据室内试验确定的施工喷浆量、水灰比制备水泥浆液在试验工点打设数根试桩，并根据试桩结果，调整加固料的喷浆量，确定搅拌桩搅拌机提升速度、搅拌轴回转速度、喷入压力、停浆面等施工工艺参数。

（6）推土机、挖掘机配合自卸汽车清除地表0.3m厚的种植土，杂物，并将原地面按设计要求整平，填出路拱。

根据施工现场实际情况，施作临时排、截水设施，并在施工范围以外开挖废泥浆池以及施工孔位至泥浆池间的排浆沟。

（7）按设计要求完成施工放样，用木桩定出桩位，用白石灰作出明显标识。

7.2施工工艺

（1）钻机定位。

移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%～1.5%。

就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

（2）制备水泥浆。

桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。

首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。

（3）钻孔（三重管法）。

当采用地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设计标高（预钻孔孔径为15cm）。

（4）插管（单重管法、二重管法）。

当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。

当第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。

其过程为：

启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。

三重管法钻机钻孔后，拔出钻杆，再插入旋喷管。

在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力（0.5～1.0MPa）边下管边射水。

（5）提升喷浆管、搅拌。

喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值（20～40MPa），坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。

若为二重管法或三重管法施工，在达到设计深度后，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。

（6）桩头部分处理。

当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。

（7）若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌：

按上述4～6步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵（清水泵、空压机），停止水泥浆（水、风）的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。

（8）清洗。

向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。

并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。

（9）移位。

移动桩机进行下一根桩的施工。

（10）补浆。

喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。

8、质量要求及质量控制要点

8.1旋喷桩施工质量要求

旋喷桩施工质量要求应满足表2要求。

表2旋喷桩施工质量标准表

序号

项目

允许偏差

检查数量

检查方法及说明

1

固结体位置（纵横方向）

50mm

抽检2%，但不少于2根

用经纬仪检查（或钢尺丈量）

2

固结体垂直度

1.5%

用经纬仪检查喷浆管

3

固结体有效直径

±50mm

开挖0.5～1m深后尺量

4

桩体无侧限抗压强度

不小于设计规定

钻芯取样，做无侧限抗压强度试验

5

复合地基承载力

不小于设计规定

抽检2‰，但不少于1处

平板荷载试验

6

渗透系数

不小于设计规定

按设计要求数量

加固体内或围井钻孔注（压）水试验

注：

钻芯取样做桩体无侧限抗压强度试验、复合地基平板荷载试验和渗透系数试验应在成桩28天后进行，若设计有其他要求，按设计要求的时间进行检查。

8.2质量控制要点

（1）正式开工前应认真作好试桩工作，确定合理的施工技术参数和浆液配比。

（2）旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。

（3）钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10～20cm的搭接长度，避免出现断桩。

（4）在旋喷过程中，如因机械出现故障中断旋喷，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。

（5）制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。

在旋喷过程中，应防止