高压旋喷桩施工工艺.docx

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高压旋喷桩施工工艺

一、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（优点）

（1）施工机具设备简单，施工简便。

（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。

质量通病及处理

（1）不冒浆或冒浆量少。

通常原因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 左右继续喷射。

2）灌注粘土浆或加细砂、中砂，待孔隙填满后再继续正常喷射。

3）在浆液中掺加骨料。

4）加泥球封闭后继续正常喷射。

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

满后继续正常喷射。

（2）冒浆量过大。

通常是有效喷射范围与喷浆量不适应有关，可采取以下措施:

1）

提高喷射压力。

2）适当缩小喷嘴直径。

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离回收尚无适宜方法，在施工中多

采用过滤、沉淀、回收调整浓度后再利用。

（3）凹穴处理。

1）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在下沉。

2）在喷射灌浆完成后，向凝固体与其上部结构之间的空隙进行

第二次静压灌浆，浆液的配比应为不收缩且具有膨胀性的材料，如

采用水泥:

水:

铝粉的配比为 9.8 :

 6.9:

 0.3 的浆液。

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。

3 工艺原理及设计要求

3,1 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

后在上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:

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 T、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。

单管、二重管、三重管旋喷桩机注浆施工示意参见图 1、图 2、

图 3。

3.2 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-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 4 所示。

3.3 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。

4 工艺流程

5 操作要点

5.1 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 I 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。

若试验之前上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。

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 0.8nm）.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。