高压旋喷桩在涵洞过渡段地基补强处理中的应用

(中铁六局呼和浩特铁路建设公司，内蒙古 呼和浩特 010050)摘 要：对高压旋喷桩在东南沿海客运专线施工中的应用
作了详细的介绍，以供同类型工程施工参考。
关键词：高压旋喷桩；地基；补强处理
中图分类号：U449.31  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)08—0129—02 

温福铁路DK210+513框架涵，孔径为1～4m，基地处理采用φ50预应力管桩，管桩长26m。涵洞两侧路堤(包括过渡段)位于软土区，基地处理也采用φ50的预应力管桩。为避免在进行涵洞基坑开挖时造成过渡段管桩两侧土体压力不平衡，导致损坏管桩，所以设计文件要求先进行涵洞施工，再进行两侧过渡段管桩施工。
1 高压旋喷桩应用理由

在完成DK210+513框架涵后进行两侧过渡段管桩施工时，发现振动沉管桩机对距离涵洞3m区域以内的管桩进行施打的过程中，振动力对框架涵体产生扰动，造成伸缩缝变形、开裂。所以，为保证该涵体稳定，确保框架涵质量，拟采用高压旋喷桩对两侧未施打管桩的过渡段地基进行加固处理。

由于过渡段未施打的管桩距涵洞仅有3m，所以过渡段地基受力主要依靠预应力管桩，而高压旋喷桩受力很小，只需将旋喷桩穿透淤泥层、软弱土层等，进入持力层即可。
2 高压旋喷桩地基补强处理概况
2.1 地质概况

m+alQ4粘土、粉质粘土，褐黄～灰色，软塑，局部为人工填土；m+alQ4淤泥，灰黑色，流塑；m+alQ4中砂，灰～灰黄色，中密，饱和；m+alQ4粉质粘土，灰黄色，软塑；elQ粉土，褐黄色，潮湿，中密；-1 elQ粉质粘土，褐黄色，软～硬塑；-1 花岗岩全风化，局部不均匀风化。  Ⅲ占85%，Ⅳ占15%；地下孔隙潜水发育，埋深0.1～0.5m。
2.2 旋喷桩间距2.5m，涵洞两侧各布置一排；旋喷桩固结体无侧限抗压强度不小于1.5MPa，单桩承载力不小于420kN，长度为31～32m。
3 高压旋喷桩加固机理

高压旋喷桩——高压旋喷是高压喷射注浆法的一种，是将带有特殊喷嘴的注浆管插入设计的土层深度，然后将水泥浆以高压流的形式从喷嘴内射出，冲击切削土体。土体在高压喷射流的强大动压等作用下，发生强度破坏，土颗粒从土层中剥落下来，与水泥浆搅拌形成混合浆液。一部分细颗粒随混合浆液冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下，按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列。这样从下向上不断地喷射注浆，混合浆液凝固后，在土层中形成具有一定强度的固结体。旋喷注浆是喷嘴在提升时不停的旋转，固结体呈圆柱状。
4 高压旋喷桩施工方案

该段地基补强处理采用单管法高压旋喷桩。
4.1 主要施工设备及材料

主要施工机具设备：单管法高压旋喷桩主要的施工机具设备包括：高压泵、钻机、浆液搅拌器等。高压旋喷桩主要的施工机具设备规格、技术性能要求见表1。

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旋喷材料：旋喷用的水泥采用新鲜无结块的42.5级普通硅酸盐水泥。水泥浆水灰比为1∶1，稠度过大，流动缓慢，喷嘴常易堵塞，增加排除故障时间，影响施工进度。稠度过小影响强度。为消除离析，一般加入水泥用量3%的陶土、0.9%的碱。浆液宜在旋喷前1h内配置，使用时滤去硬块、砂石等，以免杜塞管路和喷嘴。
4.2 劳动力安排

一套设备施工需要配备的劳动力见表2。

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4.3 施工工艺和方法(见图1)
4.3.1 测量放样：首先清理、整平场地，然后依据布桩图，使用全站仪对施工桩位进行标记。
4.3.2 试桩及确定工艺参数：为保证施工质量应进行试桩，以校验和确定施工工艺参数是否合理，现根据工程经验工艺参数600mm直径的桩参考如下：
注浆管：提升速度10～20cm；旋转速度10～20r/min。
浆液压力： 20MPa；流量＞60L/min。
水灰比：1∶1
4.3.3 钻机就位：将钻机安放在设计孔位上，使钻头对准孔位中心，纵横向偏差不得大于20mm。为保证钻孔达到规范要求的垂直度偏差1%以内，钻机就位后，必须作水平校正，使钻杆轴线垂直对准孔位，并固定好桩机。
4.3.4 钻孔：使用XY-4型旋转钻机，钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于20mm。成孔后，校验孔位、孔深及垂直度是否符合规范要求。
4.3.5 插管：插管是将喷管插入地层预定的深度。在钻机钻孔结束并验孔后，将外径为50mm的旋喷管插入到预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1MPa，若压力过高，则易将孔壁射塌。
4.3.6 喷射作业：旋喷管插入预定深度后，自下而上进行喷射作业，成桩过程中严格按试桩工艺参数控制。施工过程中值班技术人员注意时刻检查浆液初凝时间(正常时水灰比1∶1初凝时间为15h左右)、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录。当浆液初凝时间超过15h应及时停止使用该水泥浆液。
4.3.7 冲洗器具：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。冲洗方法是将浆液换成水，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。
4.3.8 移动机具：把钻机等机具设备移到新孔位就位。

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4.4 施工工艺要点
4.4.1 旋喷前须检查高压设备和管路系统，其压力和流量表必须满足设计要求。下管前必须检查注浆管路是否畅通，接头密封是否良好。
4.4.2 在插管过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，可边射水边插管，水压一般不超过1MPa。
4.4.3 当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业，喷射注浆时要注意，待估算水泥浆的前峰已流入喷头后(一般2～4s)方可开始提升注浆管。值班人员必须时刻注意检查浆液初凝时间，注浆流量等技术参数，控制转速、提速。拆卸钻杆继续喷射时，保持钻杆有0.3m的搭接长度，不得使喷射固结体脱节。深层旋喷时，先喷浆后旋转和提升，以防注浆管扭断。
4.4.4 重复喷射：在不改变喷射技术参数的条件下，对同一孔位作重复喷射，既能增加土体破坏的有效长度，从而加大固结体的直径或长度和提高固结体强度，复喷时全部喷浆，复喷的次数愈多，固结体直径加长的效果愈好。
4.4.5 施工时，加强前台与后场供浆配合密切，后场停止供应时，应及时通知前台，防止断桩和缺浆。再次供浆时，喷头需插入到停浆点0.5m以下，待恢复供浆时再提升。如停止时间超过3h，需将输浆管卸下进行清洗。
4.4.6 所用水泥浆，水灰比不得随意更改，要保证水泥质量，水泥要过筛，其细度应在标准筛上的筛余量不大于15%，禁止使用受潮，过期的水泥。
4.4.7 喷射注浆孔与高压泵距离不能过长，防止高压软管过长，沿程压力损失增大，造成实际喷射压力降低。
4.4.8 当桩顶接近标高时，为保证桩头的施工质量，旋转提杆至设计标高以下1m喷浆提升时，采用慢速，控制在10cm/s以内。
4.4.9 喷射结束后，若发现浆面下降应立即在喷射孔内进行静压充填，直至浆液面不再下流为止。
4.4.10 冒浆处理：在喷射注浆过程中，有一定数量的土颗粒与水、浆混合后，沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆量、冒浆比重的测量及冒浆颜色的观察，可及时了解地层状况，判断喷射注浆的大致效果和喷射技术参数的合理性。根据经验，冒浆(内有土粒、水及浆液)量小于注浆量20%为正常现象，超过20%或完全不冒浆为异常现象。当出现异常情况时，首先检查提升速度、旋喷速度、浆流量和压力等技术参数，及时采取措施调整：①压力骤然上升或压力过高流量偏低时，说明有堵嘴或管路被堵塞现象，应及时停喷，认真检查软管，必要时拔出注浆管检查浆液通道及喷嘴；②流量不变而压力突然下降时，应检查各部位的泄漏情况，必要时拔出注浆管检查密封性能，更换过渡磨损的喷嘴；③流量压力均偏低时，应及时停喷检查修理相应发生装置；④不冒浆、断续冒浆或冒浆量过小时，若系土质松软可适当加快注浆管提升速度，或降低高压泵压力对已喷范围适当进行二次注浆；若系附近有空洞、通道，则不提升注浆管，同时降低气压力流量，继续注浆直至冒浆为止，或拔出注浆管待浆液凝固后重新注浆直到冒浆为止，或采用速凝浆液，使浆液在注浆管附近凝固；⑤冒浆过大时，一般是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过所需浆量所致。针对单管法施工，可适当缩小喷嘴直径，提高喷射压力，基本保持注浆量不变；如仍无效时，可加快提升
速度和旋转速度。
5 质量控制措施
5.1 确定施工的各项参数

施工前先打一组试桩(3根)，从而确定施工的各项参数，如钻进速度，提升速度和旋转速度等，确定机械需配备的人员。开工前组织施工人员进行技术交底，施工中根据质量工程要求召开质量专题会，不得使用不合格的施工机具及不合格或失效的水泥。
5.2 施工中的技术措施

钻机开孔前必须复核孔位、孔距，检查钻机的水平度、轴垂直度。钻进时应避免钻机的剧烈振动，跳动及钻杆摆动，确保钻机垂直度。控制旋喷的压力和提升及旋转速度，确保加固范围内每一深度的喷浆饱满。用比重秤或比重计来检查拌制的水泥浆是否符合设计要求，技术人员应经常检查每延米用浆量和水泥用量是否满足要求。钻到终孔深度后，技术人员应及时检查验收孔深及孔斜率，以确保以上技术指标达到设计要求。随时检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量评定。对不合格的桩，视具体情况采取补救措施。
6 结语

施工结束28天后，采取堆载两倍的设计单桩承载力对高压旋喷桩进行了静载试验，其下沉量为28mm，小于规范规定的40mm，满足设计要求；另外随机钻芯取样一组旋喷桩固结体试件进行压强试验，其抗压强度平均值为1.9MPa，大于规定值1.5MPa，也满足设计要求。

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