高压旋喷桩施工工艺.docx
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高压旋喷桩施工工艺
高压旋喷桩施工工艺
高压旋喷桩施工技术是70年代日本首先提出，它是在静压灌浆的基础上，引进水力采煤技术而开展起来的，是应用射流作用切割掺搅地层，改动原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆构成凝结体，借以到达加固地基和防渗止水的目的。
1工艺特点
〔1〕施工机具设备复杂，施工简便。
〔2〕具有较好的耐久性，且料源宽广，价钱昂贵。
〔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，可普遍运用于淤泥、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〕可作为既有修建和新建修建的地基加固之用，也可作为基础防渗之用；可作为施工中的暂时措施〔如深基坑侧壁挡土或挡水、防水帷幕等〕，也可作为永世修建物的地基加固、防渗处置。
〔3〕当用于处置泥炭土或地下水具有腐蚀性、地下水流速过大和已涌水的地基工程时，宜经过实验确定其适用性。
3工艺原理及设计要求
3.1加固原理
高压放射注浆法是应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放射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强迫搅拌混合，浆液凝结后，在土中构成一个圆柱状固结体〔即旋喷桩〕，以到达加固地基或止水防渗的目的。
依据放射方法的不同，放射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。
单管法：
单层放射管，仅放射水泥浆。
二重管法：
又称浆液气体放射法，是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质放射流横向放射出，冲击破坏土体。
在高压浆液和它外圈盘绕气流的共同作用下，破坏土体的能量清楚增大，最后在土中构成较大的固结体。
三重管法：
是一种浆液、水、气放射法，运用区分保送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发作装置发生高压水流的周围盘绕一股圆筒状气流，停止高压水流放射流和气流同轴放射冲切土体，构成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较高压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝结，构成较大的固结体，其加固体直径可达2m。
放射注浆法的加固半径和许多要素有关，其中包括放射压力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。
加固范围与放射压力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成正比。
加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。
单管、二重管、三重管旋喷桩机注浆施工表示参见图1、图2、图3。
3.2成桩机理
高压放射注浆的成桩机理包括以下五种作用：
〔1〕高压放射流切割破坏土体作用。
放射活动压以脉冲方式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。
〔2〕混合搅拌作用。
钻杆在旋转提升进程中，在射流后部构成空隙，在放射压力下，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，与浆液搅拌混合构成新的结构。
〔3〕升扬置换作用〔三重管法〕。
高速水射流切割土体的同时，由于通入紧缩气体而把一局部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、浸透固结作用。
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构成固结体。
〔5〕压密作用。
高压放射流在切割破碎土层进程中，在破碎部位边缘还有剩余压力，并对土层可发生一定压密作用，使旋喷桩体边缘局部的抗压强度高于中心局部。
旋喷桩固结体状况图4所示。
4工艺流程
高压旋喷桩施工工艺流程图见图5。
5操作要点
5.1施工前预备任务
〔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〕预备充足的水泥加固料和水。
水泥的种类、规格、出厂时间经实验室检验契合国度规范及设计要求,并有质量合格证。
严禁运用过时、受潮、结板、蜕变的加固料。
普通水泥为425号普通硅酸盐水泥。
水要洁净，酸碱度适中，pH值在5～10之间。
〔3〕依据补充勘探资料，在选择的实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实验室，对取得的土样在停止实验之前应妥善保管，使土样的物理和化学功用尽能够坚持不变。
〔4〕室内配合比实验。
依据设计要求的喷浆量或现场土样的状况，按不同含水量设计并调整几种配合比，经过在室内将现场采取的土样停止风〔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、力学实验，确定施工喷浆量、水灰比。
普通水灰比可取1.0～1.5。
为改善水泥土的功用、防沉淀功用和提高强度，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。
假定实验之前土样的含水量发作了变化，应调整为自然含水量。
〔5〕试桩实验。
依据室内实验确定的施工喷浆量、水灰比制备水泥浆液在实验工点打设数根试桩，并依据试桩结果，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、开掘机配合自卸汽车肃清地表0.3m厚的种植土，杂物，并将原空中按设计要求整平，填出路拱。
依据施工现场实践状况，施作暂时排、截水设备，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，用白石灰作出清楚标识。
5.2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，放置颠簸、水平，钻杆的垂直度偏向不大于1%～1.5%。
就位后，首先停止高压〔0.5MPa〕射水实验，用以反省喷嘴能否疏通，压力能否正常。
〔2〕制备水泥浆。
桩机移位时，即末尾按设计确定的配合比拌制水泥浆。
首先将水参与桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，然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，然后经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〕。
当采用旋喷注浆管停止钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。
当第一阶段贯入土中时，可借助放射管自身的放射或振动贯入。
其进程为：
启动钻机，同时开启高压泥浆泵高压保送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察任务电流不应大于额外值。
三重管法钻机钻孔后，拔出钻杆，再拔出旋喷管。
在插管进程中，为防止泥砂梗塞喷嘴，可用较小压力〔0.5～1.0MPa〕边下管边射水。
〔5〕提升喷浆管、搅拌。
喷浆管下沉抵达设计深度后，中止钻进，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，同时严厉依照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。
假定为二重管法或三重管法施工，在到达设计深度后，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机停止旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，区分到达预定数值时末尾提升，继续旋喷和提升，直至到达预期的加固高度后中止。
〔6〕桩头局部处置。
当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m末尾，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〕假定遇砾石地层，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，封锁高压泥浆泵〔清水泵、空压机〕，中止水泥浆〔水、风〕的保送，将旋喷浆管旋转提升出空中，封锁钻机。
〔8〕清洗。
向浆液罐中注入过量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本洁净。
并将粘附在喷浆管头上的土清洗洁净。
〔9〕移位。
移动桩机停止下一根桩的施工。
〔10〕补浆。
放射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，普通均有不同水平的收缩，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。
5.3引荐的主要施工技术参数
〔1〕单重管法。
浆液压力20～40MPa，浆液比重1.30～1.49，旋喷速度20rmin，提升速度0.2～0.25m/min，喷嘴直径2～3mm，浆液流量80～100L/min〔视桩径流量可加大〕。
〔2〕二重管。
法浆液压力20～40MPa，紧缩空气压力0.7～0.8MPa。
〔3〕三重管。
法浆液压力0.2～0.8MPa，浆液比重1.60～1.80，紧缩空气压力0.5～0.8MPa，高压水压力30～50MPa。
6引荐运用的主要机具设备
主要机具设备见表2。
表2主要机具设备表
设备称号
型号
规格
所用机具
单管法
二重管法
三重管法
高压泥浆泵
SNS-H300水流Y-2型液压泵
20MPa～50MPa
√
√
高压水泵
3XB型3W6B
50MPa
√
3XB型3W7B
20MPa
钻机
工程地质钻振动钻
√
√
√
泥浆泵
BW-150型
7MPa
√
空气紧缩机
0.8MPa，3m3/min
√
√
泥浆搅拌罐
200L/min
√
√
√
注浆管
√
√
√
高压胶管
Φ19～22mm任务压力
√
√
√
7休息力组织
单机作业每班人员组织分工见表3。
表3单机作业每班人员组织分工表
序号
职务
人数
职责
1
班长
1
片面掌握施工进度、质量和平安
2
钻机司机
1
操作钻机，卸接钻杆，维修保养和扫除缺点
3
泵工
1
操作泥浆泵、清水泵及维修保养
4
空压机司机
1
操作空压机及维修保养〔单重管法不需求〕
5
电工
1
担任钻机、电源、电路、工地照明及电气缺点扫除
6
钳工
1
片面维修保养机具设备
7
普工
2
倒运水泥，操作泥浆搅拌罐及倒灰和过滤
8
普工
2
协助钻机任务〔卸接钻杆、冲洗等〕
9
技术人员
1
掌握施工技术、质量，填写工程日志和记载
合计
11
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4要求。
表4旋喷桩施工质量规范表
序号
项目
允许偏向
反省数量
反省方法及说明
1
固结体位置〔纵横方向〕
50mm
抽检2%，但不少于2根
用经纬仪反省〔或钢尺丈量〕
2
固结体垂直度
1.5%
用经纬仪反省喷浆管
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
不小于设计规则
钻芯取样，做无侧限抗压强度实验
5
复合地基承载力
不小于设计规则
抽检2‰，但不少于1处
平板荷载实验
6
浸透系数
不小于设计规则
按设计要求数量
加固体内或围井钻孔注〔压〕水实验
注：
钻芯取样做桩体无侧限抗压强度实验、复合地基平板荷载实验和浸透系数实验应在成桩28天后停止，假定设计有其他要求，按设计要求的时间停止反省。
8.2质量控制要点
〔1〕正式开工前应仔细作好试桩任务，确定合理的施工技术参数和浆液配比。
〔2〕旋喷进程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，假定超越20%或完全不冒浆时，应查明缘由，调整旋喷参数或改动喷嘴直径。
〔3〕钻杆旋转和提升必需延续不中缀，装配接长钻杆或继续旋喷时要坚持钻杆有10～20cm的搭接长度，防止出现断桩。
〔4〕在旋喷进程中，如因机械出现缺点中缀旋喷，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。
〔5〕制造浆液时，水灰比要按设计严厉控制，不得随意改动。
在旋喷进程中，应防止泥浆沉淀，浓度降低。
不得运用受潮或过时的水泥。
浆液搅拌终了后送至吸浆桶时，应有筛网停止过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。
〔6〕在旋喷进程中，假定遇到孤石或大漂石，桩可适当移动位置〔依据受力状况，必要时可加桩〕，防止畸形桩或断桩。
〔7〕旋喷进程中，应按表5的要求作好施工记载。
表5旋喷注浆记载表
工程称号
钻孔机具
高压泵型号
空压机型号
水泵型号
注浆管直径
喷嘴孔径
喷嘴个数
设计提升速度
设计旋转速度
设计注浆量
浆液配比
水泥标号
注浆孔
编号
旋喷
深度
〔m〕
实践有效长度
〔m〕
旋喷时间
〔时分〕
旋转
速度
〔r/s〕
提升
速度
〔m/s〕
旋喷
压力
〔MPa〕
注浆量
〔m3〕
冒浆量及残液形状
供水
压力〔MPa〕
供风
压力〔MPa〕
旋喷日期
末尾
完毕
现场担任人：
记载人：
8.3质量通病的处置
〔1〕不冒浆或冒浆量少。
通常缘由是加固土层粒径过大，孔隙较多，可采取以下措施：
1〕加大浆液浓度，可以从1.1加大到1.3左右继续放射。
2〕灌注粘土浆或加细砂、中砂，待孔隙填满后再继续正常放射。
3〕在浆液中掺加骨料。
4〕加泥球封锁后继续正常放射。
5〕灌注水泥砂浆后，再将孔内水泥浆置换成粘土浆，待孔隙填满后继续正常放射。
〔2〕冒浆量过大。
通常是有效放射范围与喷浆量不顺应有关，可采取以下措施：
1〕提高放射压力。
2〕适当增加喷嘴直径。
3〕适当加快提升速度。
由于冒浆量中含有地层颗粒和浆液的混合体，目前对冒浆中的水泥的分别回收尚无适宜方法，在施工中多采用过滤、沉淀、回收调整浓度后再应用。
〔3〕凹穴处置。
1〕在放射灌浆终了时，即延续或连续地向放射孔内静压灌注浆液，直至孔内混合液凝结不在下沉。
2〕在放射灌浆完成后，向凝结体与其上部结构之间的空隙停止第二次静压灌浆，浆液的配比应为不收缩且具有收缩性的资料，如采用水泥∶水∶铝粉的配比为9.8∶6.9∶0.3的浆液。
9施工平安本卷须知
9.1平安措施
〔1〕高压泥浆泵、空压机、高压清水泵必需指定专人操作，压力表应活期检修检定，以保证正常任务。
〔2〕钻机操作人员应具有熟练操作技艺。
〔3〕施工前应反省高压设备和管路系统，其压力和流量〔风量〕需满足设计要求，应反省管道的耐久性以及管道衔接能否牢靠，泵体、注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必需良好，无渗漏现象，否那么接头断开、软管分裂，将会招致浆液、高压水流飞散、软管甩出等平安事故。
平安阀中的平安销要停止试压检验〔试压检验到外地压力容器检验所检验〕，必需确保在到达规则压力时能断销卸压，绝不能随便装置未经试压检验的自制平安销。
〔4〕放射浆自喷嘴喷出时，具有很高的能量，因此人体与喷嘴之间的距离不应小于60cm。
〔5〕放射注浆的浆液目前普通以水泥浆为主，但有时也参与其他化学填加剂，普通说浆液硬化后对人畜均有害，但硬化前的液体进到眼睛里时，必需立刻停止充沛清洗，并及时到医院治疗。
〔6〕吊、放放射管路时，严禁管下站人。
不得将电缆浸泡在水和泥浆中，防止漏电伤人。
9.2环境维护
〔1〕水泥、石灰细颗粒散体资料，应遮盖寄存；运输时必需必需封锁掩盖，不得沿途撒落。
〔2〕制定洒水防尘措施，指定专人担任现场洒水降尘。
〔3〕采取有效降噪措施。
〔4〕不得随意排放废弃的加固料。
10运用实例
高压旋喷桩在地铁施工中的运用:
我局承建的深圳地铁2号线东延线工程土建2226标段【东门站】设在深南小道与东门南路十字路口西侧200米处，车站沿深南小道呈东西走向。
有效站台中心里程：
CK33+190.196，车站终点分界里程为CK33+115.096，车站终点分界里程为CK33+266.296，全长151.20m〔不含围护结构〕。
场地内表层人工堆填土，土质不均，属较不动摇土体，易形成局部基坑坍塌；本场地普遍存在冲洪积的饱和含粘性土的砂层，富水性较大，透水性较强，易发作坍塌、涌水、涌砂、管涌、基坑涌水等现象；场地内无液化砂土地层。
由于场地内原向西过街通道场地西侧经过，其通道南侧保管为地铁出口，对结构有影响局部需废弃。
由于地下水丰厚，需采用旋喷桩止水，延续墙两侧需从空中加固到通道结构顶面，拟按双排φ600@500，错开布置，旋喷桩中加通长无缝钢管φ50，δ=3；延续墙两端旋喷桩需从空中加固到基底以下2m，为防止影响后续延续墙施工，不加无缝钢管，按5排φ600@500，排距@500；通道基地旋喷桩需从基底加固到基底以下2m，φ600@500旋喷桩封底。
旋喷桩特性表见表6，旋喷桩布置表示图见图6。
表6废弃通道旋喷桩特性表
序号
部位
桩径
桩距、排距
南侧主通道
加固深度〔m〕
北侧梯道
加固深度〔m〕
备注
1
延续墙两侧
600
@500
约5m
梯道1m深后末尾
1.0~约5m
2
延续墙两端
600
@500
约11.5
0
3
通道基底
600
@500
从约8.5~11.5
梯道1m深后末尾
1.0~约11.1
图6旋喷桩布置表示图
〔1〕旋喷桩工程设计状况。
旋喷桩工点1个，桩长区分为5.0--11.5m，其中两端3层，中间1层，桩长区分为5.0--11.5m，共228根。
〔2〕施工机械选型。
表7设备投入一览表
序号
机械设备称号
型号规格
数量
国别
产地
制造
年份
额外功率
〔KW〕
消费
才干
备注
1
高喷台车
TXV75型
1台
国产
5.5
2
乳化泵
1台
国产
22
3
卧式灰浆搅拌机
UJW250
1台
国产
3
4
立式搅拌机
LJ660
1台
国产
3
5
钻机
XY-2等
1台
国产
17.5
6
清水水泵
3台
国产
4
〔3〕施工参数。
依据在相似地层的施工阅历，本次处置采用的施工技术要求如下：
1、施工参数为：
孔间距：
0.5m，分I、II、III序；
灌浆压力：
≥22MPa，流量30～40L／min
放射管的提升速度15~25cm/min；
水泥浆重度1.35～1.5g/cm3。
水泥用量：
>200kg／m
2、水泥浆水灰比0.8～1.2：
1，运用32.5R普通硅酸盐水泥，放射凝结体28天龄期的无侧限抗压强度不小于1.0Mpa。
3、旋喷桩桩体的垂直度偏向小于1%，桩体间应搭接良好，不留缝隙。
桩体直径不得小于设计直径。
〔4〕施工效果
旋喷桩施工处导墙槽挖至4m以上时，土质较稳固，地下水较少，有效防止地下水浸透。
图7旋喷桩施工图片
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