高压旋喷桩试验桩施工方案.docx

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高压旋喷桩试验桩施工方案

高压旋喷桩试验桩施工方案

围护结构工程高压旋喷桩试验桩施工方案

编制：

审核：

批准：

中铁十八局集团有限公司

厦门环岛路（鳌山路-高殿二号路段）

工程Ⅱ标项目经理部

2014年月日

围护结构工程高压旋喷桩试验桩施工方案

1、概述

1.1　工程概况

厦门市环岛路（鳌山路-高殿二号路段）工程Ⅱ标围护结构主要采用Φ1.2m、Φ1.0m钻孔灌注桩，桩间设高压旋喷桩止水帷幕，高压旋喷桩桩径600mm。

采用单重管施工工艺，固化剂采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥，水泥掺量约为40%（根据试桩施工情况调整），当土层中地下水可能受潮汐等影响流速高时，宜掺入1%～3%的水玻璃，改善水泥浆液的稳定性与速凝性。

钻机引孔直径不小于100mm，钻孔偏差不大于50mm，高压喷射注浆由下而上连续进行，当注浆管不能一次提升完成，注浆管分段提升的搭接长度不得小于200mm，确保固结体的整体性。

水泥浆压力不小于22MPa，旋转速率约20r/min，提升速率15cm/min。

喷射结束后、浆液凝固前，顶部进行静压注浆，防止顶部因浆液凝固收缩而产生凹穴。

桩间止水帷幕大样图如下图。

图1桩间止水帷幕大样图（单位：

mm）

围护结构工程单根桩长进入基底不小于1.5m，试桩位置编号为01＃、02＃、03＃共3根旋喷桩，以验证施工参数的合理性。

试桩位置如下图所示。

图2　高压旋喷桩试桩位置示意图

1.2　工程地质概况

试桩处工程地质分布情况为：

6.81～1.01m为杂填土、1.01m～-0.29m为淤泥、-0.29m～-4.69m为残积砂质粘性土、-4.69m～-7.39m为全风化花岗岩层。

旋喷桩位于粘土层中。

围护结构地质纵断面图如下图。

图3　围护结构地质纵断面图

1.3　试桩的目的

在展开大批量旋喷桩施工前进行试桩，以校验施工工艺参数的选择是否合理，并根据试桩结果及工程经验调整施工工艺参数，来指导下步施工。

（1）确定不同土层旋喷桩的施工参数（水灰比、注浆压力、提升速度、旋转速度、加固后土体的强度等）。

（2）确定旋喷桩配套施工所需机械设备。

（3）使所有的管理及施工人员准确地掌握本工程施工范围内旋喷桩的施工方法。

（4）通过该试验施工进行收集、整理、分析，形成一套完整的适合本工程的旋喷桩施工工艺，为下道工序施工做好充分准备。

2、施工技术方案

2.1　单重管旋喷桩施工工艺简介

2.1.1工艺原理

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。

本工程中采用单重管法，单管法：

单层喷射管，仅喷射水泥浆。

图4单重管高压旋喷注浆示意图

2.1.2成桩机理

（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）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。

图5土体固结示意图（4）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。

2.1.3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、粉土、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、边坡挡土或挡水等，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。

2.2　施工工艺流程

单重管高压旋喷桩试桩工艺流程见图4。

图6　高压旋喷桩试桩工艺流程图

2.3　操作要点

2.3.1　施工准备

（1）施工前对施工场地进行清理、平整，应保证场地的三通一平，确保用电安全。

（2）施工前探明管线、建构筑物等地下障碍物埋深和位置，挖出探坑并作好详细的标示标记。

（3）做好排浆沟，设置排浆等临时设施。

（4）材料进场，对设备机械性能等进行检查。

水泥、外加剂等材料进场按要求抽检试验。

2.3.2　试验参数的选取

根据设计图纸要求、施工规范、地质条件（分为三种地层：

素填土、粉质粘土层、残积砂质粘性土）、以往类似工程的施工经验及首次试桩成果，经与专业队伍协商确定各试验桩位的施工参数，具体见表1～表3。

表1　01#试验桩单重管试验参数表

岩层描述

离地面高度

（m）

浆压力

（Mpa）

提升速度

（cm/min）

旋转速度

（r/min）

水灰比

杂填土

0～7.1

25～26

10～11

20

0.8:

1

残积砂质粘性土

7.1～11.5

24～25

11～12

20

0.8:

1

表2　02#试验桩单重管试验参数表

岩层描述

离地面高度

（m）

浆压力

（Mpa）

提升速度

（cm/min）

旋转速度

（r/min）

水灰比

杂填土

0～7.1

26～27

11～12

20

0.8:

1

残积砂质粘性土

7.1～11.5

25～26

12～13

20

0.8:

1

表3　03#试验桩单重管试验参数表

岩层描述

离地面高度

（m）

浆压力

（Mpa）

提升速度

（cm/min）

旋转速度

（r/min）

水灰比

杂填土

0～7.1

27～28

13～14

20

0.8:

1

残积砂质粘性土

7.1～11.5

26～27

14～15

20

0.8:

1

2.3.3　桩位测设

按规定对施工场地的基准点、基轴线及水准点实施引测、复核。

对于标定的基准点要做好明显的标志和编号，并做好保护工作。

使用全站仪等，采用极坐标法进行桩位的放样。

2.3.4　钻机就位

移动旋喷桩机到指定桩位，钻杆头对准孔位中心。

为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后，作水平校正，钻机钻杆采用钻杆导向架进行定位，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，其垂直度不得大于1%～1.5%，钻头对正桩位中心，对点误差不大于50mm，钻杆与钻孔方向应保持一致。

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。

2.3.5　钻孔

钻孔与插管同时施工为一道工序，钻孔过程中作好详细的钻孔记录。

钻孔过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，采取边射水边钻进的方法。

开始钻孔时，射水水压由0.5Mpa提高到1.0Mpa。

一根钻杆用完后，停止射水，接长钻杆，继续施钻直到达到设计标高为准，此时水压不宜大于1.0Mpa。

2.3.6　浆液制备及检测

（1）试验室负责浆液配合比设计，严格按设计要求配置水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。

浆液拌制时，先在搅拌罐中加入水，然后再放入水泥进行搅拌，搅拌时间不少于10分钟。

旋喷注浆的材料用水泥，根据需要加入适量的外加剂。

（2）浆液易在旋喷前半小时以内配制，浆液必须搅拌均匀，浆液存留不得超过4小时，当未用完的浆液超过4小时，通过试验证明其性能符合要求后方可使用。

浆液应始终保持搅拌状态，防止产生沉淀。

施工过程中试验员应经常随机抽取浆液进行检验。

2.3.7　喷射作业

（1）喷射注浆前要检查高压设备和管路系统，使用前应对安全阀进行鉴定，其运行必须可靠，注浆管接头的密封环必须无破损，密封性能良好，注浆管及喷嘴内不得有任何杂物。

（2）当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业，技术人员必须时刻注意检查浆压力、旋转速度、提升速度、冒浆量等参数是否符合要求，并随时做好记录。

（3）喷射过程中，注浆管分段提升时搭接长度不得小于500mm。

冒浆量控制在20%注浆量以内，大于20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。

冒浆过大的主要原因是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超出喷浆固结所需浆量；减少冒浆的措施：

提高喷射压力，加快提升和旋转速度；不冒浆采取的措施：

在浆液中掺入适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固；在地层空隙大的地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常喷浆。

（4）浆液流量、喷浆量可以按下式计算：

Q=（H/V）×q（1+β）

式中：

H—旋喷长度

V—旋喷管提升速度

q—泵的排浆量

β—浆液损失系数，一般取0.1～0.2。

2.3.8　清洗

喷射作业完成后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。

通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。

每一孔的高压喷射注浆完成后，应及时清洗灌浆泵和输浆管路，防止清洗不及时不彻底导致浆液在输浆管路中沉淀结块，堵塞输浆管路和喷嘴，影响下一孔的施工。

2.3.9　桩机移位

关闭电机，将桩机移至下一桩位待用。

2.4　劳动力、机具配置

2.4.1　劳动力组织

单台旋喷桩机劳动力组织见表4。

表4　劳动力配置表

序号

工种

人数

备注

1

总负责人

1

负责施工总体安排

2

技术人员

1

施工定位、施工数据记录及质量检查

3

安全员

1

负责施工现场的安全工作

4

工长

1

负责现场施工指挥、协调等

5

桩机司机

2

分别负责开引孔钻机和旋喷机

6

电工

1

负责电气操作

7

普工

3

拌浆及现场文明施工

合计

2.4.2　主要机械设备

单台旋喷桩机机械设备配置见表5。

表5　机械设备配置表

序号

作业名称

机具设备名称

规格型号

单位

数量

备注

1

引孔、旋喷

单重管旋喷机

MDL135G型钻机

台

2

2

泵送水泥浆

高压注浆泵

GZB40型泥浆泵

台

2

3

浆液拌制

拌浆罐

1.0m3

台

2

3、注意事项

根据旋喷桩施工工艺特点及场区内工程地质情况，为保证旋喷桩施工质量，针对施工中可能出现的问题进行分析并提出预防措施及处理方法如下。

3.1　固结体强度不均匀、缩颈

3.1.1　产生原因

（1）喷射方法与机具没有根据地质条件进行选择。

（2）喷浆设备出现故障中断施工。

（3）拔管速度、旋转速度及注浆量适配不当，造成桩身直径大小不均匀，浆液有多有少。

（4）喷射的浆液与切削的土粒强制搅拌不均匀，不充分。

（5）穿过较硬的粘性土，产生缩颈。

3.1.2　预防措施及处理方法

（1）根据地质水文条件的不同，选择不同的喷浆方法和施工工艺参数，保证成桩桩径和桩间咬合。

（2）喷浆施工之前，应做水密、气密试验，检查各部件的密封性，一切正常后才能施工，保证旋喷的连续性。

（3）严格检查喷嘴的位置、形状、个数及直径等，保证旋喷效果。

（4）在高压旋喷注浆过程中接管或因故停机重新旋喷作业时，复喷搭接高度不得小于500mm。

（5）为了增强旋喷效果，可以采取提高喷射压力、喷浆量或降低回转速度与提升速度等措施，也可以采用复喷工艺：

第一次喷射（初喷）时，注入水泥浆液；初喷完毕后，将注浆管下降至初喷开始的孔深，再抽送水泥浆，自下而上进行第二次喷射（复喷）。

3.2　固结体顶部凹陷

3.2.1　产生原因

在水泥浆液与土搅拌混合后,由于浆液的析水特性,会产生一定的收缩作用,因而造成在固结体顶部出现凹穴,其深度随土质浆液的析水性、固结体的直径和长度等因素的不同而异。

3.2.2　预防措施及处理方法

（1）旋喷长度比设计长度长0.3～1.0米，或在旋喷桩施工完毕，将固结体顶部凿去部分，在凹穴部位用混凝土填满或直接在旋喷孔中再次注入浆液，或在旋喷注浆完成后，在固体的顶部0.5～1.0m范围内再钻进0.5～1.0m，在原位提杆再注浆复喷一次加强。

（2）在喷射灌浆完毕时，即连续或间断地向喷射孔内静压灌注浆液，直至孔内混合液凝固不再下沉。

3.3　压力骤然上升

3.3.1　产生原因

（1）喷嘴堵塞。

（2）高压管路清洗不净，浆液沉淀或其他杂物堵塞管路。

（3）泵体或出浆管路有堵塞。

3.3.2　预防措施及处理方法

（1）应停机检查，首先卸压，如喷嘴堵塞，可将钻杆提升进行疏通。

（2）其他情况堵塞应松开接头进行疏动，待堵塞消失后再进行旋喷。

3.4　钻孔偏斜、冒浆过大或不冒浆

3.4.1　产生原因

（1）遇有地下埋设物，地面不平不实，钻杆倾斜度超标。

（2）实际注浆量超过实际需浆量过多。

（3）地层中有较大空隙，有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆液而导致不冒浆。

3.4.2　预防措施及处理方法

（1）施工之前探明地下障碍物，遇地下障碍物时应清除或重新对桩位进行布置避开。

（2）施工之前对场地进行平整，钻机就位后，对钻机和钻杆进行检查，保证其处于水平和垂直状态。

（3）针对不冒浆的现象采取在浆液中添加适量速凝剂的措施，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固，还可在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续旋喷。

（4）针对冒浆量过大的现象则采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和旋转速度的措施。