高壓旋噴樁施工技術(shù)淺析

肖存義

摘 要： 高壓旋噴注漿具有加固體強(qiáng)度高、加固質(zhì)量均勻、加固體形狀可控的特點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)外工程界普遍接受的、多用、高效的地基處理方法。由于有上述特點(diǎn)，所以在晨豐路立交橋橋頭引道的施工中采用高壓旋噴法進(jìn)行地基處理來(lái)減小橋頭跳車問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 地基處理；高壓旋噴；質(zhì)量控制

1前言

高壓旋噴注漿先利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管，鉆入土層的預(yù)定位置，然后將漿液或水以高壓流的形式從噴嘴里射出，沖積破壞土體，高壓流切割攪碎的土層，呈顆粒狀分散，一部分被漿液和水帶出鉆孔，另一部分則與漿液攪拌混合，隨著漿液的凝固，組成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B能力的固結(jié)體。他具有加固體強(qiáng)度高，加固質(zhì)量均勻，加固體形狀可控的特點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)外工程界普遍接受的，多用，高效的地基處理方法。由于有上述特點(diǎn)，所以在晨豐路立交橋橋頭引道的施工中用高壓旋噴法進(jìn)行地基處理來(lái)減小橋頭跳車。

2工程概況

錫張高速公路起點(diǎn)與無(wú)錫碩放樞紐互通連接，終點(diǎn)與港豐公路連接，遠(yuǎn)期規(guī)劃與過(guò)江通道相接，設(shè)計(jì)線路全長(zhǎng)49.104公里。（其中無(wú)錫段為32.241公里，張家港段為16.863公里）晨豐路分離式立交橋是錫張高速公路的交叉工程，為了減小橋頭路基沉降，設(shè)置范圍為在K49+480—K49+520，K50+920—K50+980兩段用旋噴注漿法進(jìn)行了地基處理。打￠60CM旋噴樁，樁長(zhǎng)14米，路中線兩側(cè)各7米以外的旋噴樁樁長(zhǎng)減短4米，路距2—2.5米。施工完成后，對(duì)旋噴樁進(jìn)行單樁承載力測(cè)試，樁身強(qiáng)度測(cè)試和復(fù)合地基承載力驗(yàn)算，其中：?jiǎn)螛冻休d力要求達(dá)到480kpa，樁身試塊（邊長(zhǎng)70.7mm的立方體）的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（28天）要求達(dá)到3.8mpa，復(fù)合地基承載力不小于140kpa。

3旋噴樁的加固機(jī)理

高壓旋噴注漿是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)土層的預(yù)定位置后，已高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20mpa左右的高壓流從噴嘴中噴射出來(lái)，沖擊破壞土體。當(dāng)能量大，速度快和呈脈動(dòng)狀的噴射流的動(dòng)壓超過(guò)土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，土料便從土體剝落下來(lái)，并與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個(gè)固結(jié)體，從而使地基得以加固。

由于水泥土是一種空間不均勻材料，在高壓旋噴攪拌過(guò)程中，水泥和土被混合在一起，土顆粒間被水泥漿所填滿。水泥水化后在土顆粒的周圍形成了各種水化物的結(jié)晶。它們不斷地生長(zhǎng)，特別是鈣礬石的針狀結(jié)晶，很快地生長(zhǎng)交織在一起，形成空間的網(wǎng)絡(luò)加結(jié)構(gòu)，土體被分隔包圍在這些水泥的骨架中，隨著土體的不斷被擠密，自由水也不斷減少，消失，形成了一種特殊的水泥土骨架結(jié)構(gòu)。

水泥的各種成分所生成的膠質(zhì)膜逐漸發(fā)展為膠質(zhì)體，即表現(xiàn)為水泥的初凝狀態(tài)。隨著水化過(guò)程的不斷發(fā)展，膠凝體吸收水分并不斷擴(kuò)大，產(chǎn)生結(jié)晶體。結(jié)晶體與膠質(zhì)體相互包圍滲透，并達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)，這就是硬化的開(kāi)始。水泥的水化過(guò)程是一個(gè)長(zhǎng)久的過(guò)程，水化過(guò)程不斷地深入到水泥的微粒中，直到水分完全被吸收，膠質(zhì)凝固結(jié)晶充滿為止。在這個(gè)過(guò)程中，固結(jié)體的強(qiáng)度將不斷提高。

4高壓旋噴樁的施工工藝

4.1機(jī)械及材料要求

4.1.1高壓旋噴樁的主要機(jī)械包括：高壓泵，鉆機(jī)，漿液攪拌器等；輔助設(shè)備包括操縱控制系統(tǒng)，高壓管路系統(tǒng)，材料儲(chǔ)存系統(tǒng)以及各種管材，閥門，接頭安全設(shè)施等。

4.1.2旋噴使用的水泥應(yīng)采用新鮮無(wú)結(jié)塊32.5號(hào)普通水泥。一般水泥漿水灰比為1：1至1：1.5，稠度過(guò)大，流動(dòng)過(guò)大，流動(dòng)緩慢，噴管容易堵塞，增加排除故障時(shí)間，影響施工進(jìn)度；稠度過(guò)小，對(duì)強(qiáng)度有影響。漿液宜在旋噴前1h以內(nèi)配制，使用時(shí)濾去硬塊，以免堵塞管路和噴嘴。

4.2施工程序

在進(jìn)行施工場(chǎng)地布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程量大小和范圍，合理布置注漿材料儲(chǔ)存棚和機(jī)具設(shè)置地點(diǎn)，水電接頭和排水溝位置等。布置的原則是材料搬運(yùn)距離短，水電接頭方便，機(jī)具設(shè)備配套要相互緊密聯(lián)系，便于集中指揮，盡量縮短高壓軟管的距離，一般以不超過(guò)20米為宜。

4.2.1鉆機(jī)就位

旋噴注漿施工的第一道工序就是將使用的鉆機(jī)安置在設(shè)計(jì)的孔位上，使鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔位的中心，同時(shí)為保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度，鉆機(jī)就位后，必須作水平校正，使其鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心位置。

4.2.2鉆孔和插管

鉆孔的目的是為將旋噴注漿管插入預(yù)定的土層中。鉆孔的方法很多，主要視地層中地質(zhì)情況，加固深度，機(jī)具設(shè)備等條件而定，鉆孔的傾斜度不得大于1.5%。

4.2.3噴射作業(yè)

當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后，由下而上進(jìn)行噴射作業(yè)。噴射前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，其壓力和流量必須滿足設(shè)計(jì)要求。注漿管及噴嘴內(nèi)不得有任何雜物。注漿管接頭的密封圈必須良好。旋噴開(kāi)始后值班技術(shù)員必須時(shí)刻注意檢查漿液初凝時(shí)間，注漿流量，風(fēng)量，壓力，旋噴提升速度等參數(shù)是否符合要求，并且隨時(shí)做好記錄。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升必須連續(xù)不中斷。

4.2.4沖洗

當(dāng)噴射提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，旋噴即告結(jié)束。施工完畢應(yīng)把注漿管等機(jī)具設(shè)備沖洗干凈，管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿。

4.2.5移動(dòng)機(jī)具

把鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。

5勞動(dòng)組織

5.1機(jī)長(zhǎng)1名：全面負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)指揮，控制質(zhì)量進(jìn)度，協(xié)調(diào)各工序之間的銜接；

5.2操作手1名：操縱鉆機(jī)作業(yè)及維修保養(yǎng)；

5.3司泵員1名：負(fù)責(zé)泵送管道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和日常檢查；

5.4記錄員1名：記錄施工過(guò)程中的技術(shù)數(shù)據(jù)；

5.5安全員1名：現(xiàn)場(chǎng)安全措施的防范和實(shí)施；

5.6電工1名：保證電器設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

5.7機(jī)械工1名：各類機(jī)械的維修保養(yǎng)；

5.8其他工人5名：負(fù)責(zé)搬運(yùn)水泥，清除樁頭處水泥漿等雜活。

6最佳方案的確定及施工過(guò)程

首先組織人員，機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，然后購(gòu)置材料進(jìn)行旋噴樁的試樁，確定水泥用量及施工參數(shù)。按照設(shè)計(jì)旋噴樁單樁承載力480kpa，復(fù)合地基承載力140kpa，樁徑600mm的要求，選用旋噴單管噴射。旋噴鉆孔機(jī)具選用CH-5A鉆機(jī)，高壓泵型號(hào)為XPB-POB，水泥選用32.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比1：1，水泥用量每延米分別是150kg，200kg和250kg進(jìn)行試樁試驗(yàn)。進(jìn)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比旋噴樁的攪拌均勻度及樁頭質(zhì)量，及對(duì)試樁進(jìn)行承載力試驗(yàn)后，確定旋噴樁每延米的水泥用量為200kg，噴嘴直徑2.8mm，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速23r/min，設(shè)計(jì)提升速度24cm/min，噴嘴壓力為25mpa。

根據(jù)旋噴樁樁位圖，按照試樁確定的水泥用量及施工參數(shù)進(jìn)行旋噴樁的施工。

7.施工注意事項(xiàng)

7.1噴注中途發(fā)生機(jī)械故障時(shí)，應(yīng)停止提升和噴射以防樁體中斷，同時(shí)立即排除故障。如泵壓增高也不出漿，則是噴嘴堵塞，泵壓達(dá)不到要求值則可能是高壓部分密封圈性能不好，連接處或旋轉(zhuǎn)處漏漿，漏水。

7.2冒漿的處理：在旋噴過(guò)程中，往往有一定數(shù)量的土粒隨著一部分漿液沾著注漿管管壁冒出地面，通過(guò)對(duì)冒漿的觀察，可以及時(shí)了解土層狀況，旋噴的大致效果和旋噴合理性等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，冒漿（內(nèi)有土粒，水及漿液）量小于注漿量20%者為正常現(xiàn)象，超過(guò)20%或完全不冒漿時(shí)應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)措施：

7.2.1若地層中有較大空隙引起的不冒漿，則可在漿液中摻加適量的速凝劑，縮短固結(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定范圍內(nèi)凝固。另外還可以在空隙地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續(xù)正常施工。

7.2.2冒漿過(guò)大的原因，一般是有效噴射范圍與注漿量不相適應(yīng)，注漿量大大的超過(guò)旋噴固結(jié)所需的漿量所致，減少冒漿的措施有三種：①提高噴射壓力；②適當(dāng)縮小噴嘴孔徑；③加快提高旋轉(zhuǎn)速度。

7.2.3由于漿液析水，收縮，固結(jié)體頂部有可能出現(xiàn)凹穴，一般深0.3-1.0M，必須采取措施予以消除。對(duì)于新建地基可以直接再次注入漿液填滿凹穴。

8結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在晨豐路橋頭進(jìn)行旋噴樁的施工，使我們掌握了旋噴樁的施工特點(diǎn)及方法，為今后施工此類工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到旋噴樁具有施工工藝簡(jiǎn)便，直徑較大，固結(jié)體的形狀多，重量輕，透氣透水性差，固結(jié)強(qiáng)度和單樁承載力高等特點(diǎn)，適用于公路建設(shè)中處理軟土地基和橋頭回填段，防止和減少了由于不均勻沉降而引起的橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)我們也應(yīng)該看到，旋噴樁的施工具有造價(jià)高，施工速度慢，占用場(chǎng)地較多以及冒漿污染環(huán)境等缺點(diǎn)，限制了旋噴樁大規(guī)模地應(yīng)用于公路工程軟基及橋頭處理當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

[1]劉玉卓，公路工程軟基處理。北京：人民交通出版社，2002.1.

[2]普國(guó)熙等主編.地基處理手冊(cè).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.8.