高压旋喷桩施工工艺及质量控制
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摘要：通过湘桂铁路扩能改造II标DIK268+402～DIK268+423.31路基基底高压旋喷桩加固，阐述了路堤在河床边砂卵石及深淤泥质黏土软弱层条件下，利用旋喷桩浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成固结体进行加固处理，从而保证路堤基底承载力在较短的时间下，为路堤填筑创造有利的施工条件。本文介绍了深淤泥质黏土层采用旋喷桩施工工艺及质量控制，对类似工程起到借鉴作用。
关键词：高压旋喷桩工艺质量控制
中图分类号：O213.1 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况：
湘桂铁路扩能改造II标DIK268+402～DIK268+423.31段路基位于广西省全州县咸水镇斋田村，该段长21.31m为高填土路堤段，路基基底采用高压旋喷桩加固。旋喷桩桩直径φ50cm，正三角形布置，桩间距1.5m，加固宽度为路堤坡脚外2m,加固深度打穿4米卵石层及8米淤泥质黏土软弱层，置于灰岩、泥质灰岩夹页岩及泥灰岩上。详见下图旋喷桩平面位置及断面示意图：
旋喷桩平面位置布置示意图
旋喷桩断面及平面示意图
高压旋喷桩主要适用于冲(洪)积层、残积层，砂类土、粘性土、粉土、黄土、人工填土及淤泥、淤泥质土等；当土中含有较多的大粒径块石、坚硬粘性土、大量植物根茎或有过多的有机质以及地下水流过大和已涌水工程，应根据现场试验结果确定其适用性。处理深度一般不超过25m。
工艺原理：
2.1 加固原理
高压旋喷桩是利用钻机把带有旋喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20MPa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。本文具体以单管法施工为例。
单管法：即单层喷射管，仅喷射水泥浆（单管旋喷桩注浆示意图）。
图3.1 单管旋喷桩注浆示意图
2.2 成桩原理
高压旋喷桩注浆的成桩原理以下四种作用：
（1）、高压喷射流动切割破坏土体作用。喷射流动以脉冲形式破坏土体，是土体出现空穴，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，迫使土粒向着与喷嘴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）、 填充、渗透固结作用。高压水泥浆迅速冲开的沟槽和土粒空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。
（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抗压强度高于中心部分。旋喷桩固结体情况图所示。
旋喷桩固结体情况图
2.3 施工工艺
旋喷桩采用的胶凝剂为水泥和II级以上粉煤灰，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥,水泥和粉煤灰的配合比为4：1，水泥浆水灰比宜为0.8～1.5。施工前采集工点最软弱土层试样进行室内配比试验，测定不同胶凝剂与外加剂掺入量情况下水泥土的强度，从而确定合适的配合比,要求试块（边长70.7mm立方体）在标准养护条件下28天立方体抗压强度平均值不小于4.0MPa。根据以往的施工经验，结合本工程的地层特性和设计要求，本工程单管旋喷施工工艺参数见表，
单管旋喷施工工艺参数一览表
3、工艺流程
3.1、施工工艺流程
单管旋喷施工工艺流程图
3.2、 施工工艺要点
3.2.1、孔位放样。严格按照设计放样定孔位，其误差控制在50mm范围内，桩位中心点钉入小木楔，并洒白灰做标记。
3.2.2、桩机就位
将钻机安置在设计孔位上，使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，使钻杆垂直对准钻孔中心位置。旋喷注浆管的允许倾斜度不得大于1.5%。
3.2.3、钻孔
在设计桩位的中心先用钻机钻--为旋喷管插入用的导孔，孔深须达到预定深度。
3.2.4、制浆
注浆材料：旋喷桩采用的胶凝剂为水泥和II级以上粉煤灰，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥,水泥和粉煤灰的配合比为4：1，水泥浆水灰比宜为0.8～1.5。水泥浆液符合设计要求后通过高压泥浆泵的压力进行注浆，旋喷用的水泥浆液在进入高压泥浆泵旋喷前应进行过滤。
3.2.5、贯入注浆管
本高压旋喷桩成孔采用单管法施工，将喷射注浆管插入预定的深度。在插管过程中，为了防止泥沙堵塞喷嘴，要一边射水一边插管，水压力一般不宜超过1Mpa。
3.2.6、旋喷注浆
当喷射注浆管插入预定深度后,由下而上进行喷射注浆。水泥浆通过高压泥浆泵形成高压水泥浆，以大于20MPa的压力，通过喷射管由喷嘴向土中喷射。钻杆一边旋转，一边向上提升，注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm。喷射的水泥浆一边切削四周土体，一边与土体搅拌混合，形成圆柱状的水泥与土混合加固体。
3.2.7、拔管与冲洗
旋喷施工完毕,应迅速拔出注浆管,并用清水冲洗管路。为防止浆液凝固收缩影响桩顶高程，必要时可在原孔位采用冒浆回灌或第二次注浆等措施
3.2.8、 桩机移位
待旋喷桩机注浆管全部提出地面后，应先关闭电极，然后将桩机移至新的桩位。
4 施工质量检查
4.1建立质量检验标准见表4.1。
旋喷桩质量检验标准表 表4.1
4.2检查检验方法
4.2.1、施工结束28天后，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002 J220-2002）和《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）要求进行各项质量检测。
（1）单桩荷载试桩，要求单桩承载力不小于270kPa。复合地基载荷试验，要求复合地基承载力不小于150kPa。
（2）开挖作桩身有效直径检查。
（3）取芯作强度试验，要求无侧限抗压强度不小于3.5Mpa，同时要求桩身压缩模量Es不小于120Mpa。
4.2.2、检验点的部位
具有代表性区域；旋喷桩中心线上；施工中出现异常情况的部位；地质情况复杂，可能对高压注浆质量产生影响的部位。
4.2.3、检验点的数量
检验点的数量满足设计要求，一般为旋喷桩数的2～5%，并至少要检验3个点。
4.2.4、质量检验时间
应在高压喷射注浆结束7d后进行。
5施工中常出现问题的原因及处理
（1）、不冒浆
主要原因：地层中有较大空隙
处理方法：在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定地层范围内凝固在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常旋喷
（2）、冒浆量过大
主要原因：有效喷射范围与注浆量不相适应，
处理方法：提高喷射压力；适当缩小喷嘴孔径；加快提升和旋转速度。
（3）、垂直度控制超限
主要原因：钻机场地地基承载力不够，产生不均匀沉降引起钻头与水平面不垂直
处理方法：场地事先应予以平整，必须清除地上地下的障碍物，遇有池塘及洼地应抽水和清淤，回填粘性土料，并予以压实，不得回填杂填土或生活垃圾。
结束语
高压旋喷桩地基加固技术，是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成固结体。运用该技术加固地基，具有安全可靠、适用的土质广，施工噪音小，桩身强度高，施工方便，工艺简单，地基加固见效快，耐久性好，施工工期短等优点。
参考文献：
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