高压旋喷桩在钻机基础中的应用

高压旋喷桩在钻机基础中的应用
发布时间：2021-05-14T08:03:02.225Z 来源：《防护工程》2021年3期作者：乔发寿
[导读] 软土地基极易变形，如果在钻机基础施工过程中不采取有效措施进行处理，那么在井队钻进过程中整个地基会加速沉降，从而导致整个地基因失去稳定性而遭到破坏，出现基础下沉、断裂从而导致井架倾斜甚至垮塌，造成安全事故。

旋喷桩技术是对软土地基进行加固的有效方法之一。

本文详细介绍了旋喷桩技术施工前的准备及施工工艺并对施工中容易出现的问题进行了分析。

新疆石油工程建设监理有限责任公司新疆克拉玛依 834000
摘要：软土地基极易变形，如果在钻机基础施工过程中不采取有效措施进行处理，那么在井队钻进过程中整个地基会加速沉降，从而导致整个地基因失去稳定性而遭到破坏，出现基础下沉、断裂从而导致井架倾斜甚至垮塌，造成安全事故。

旋喷桩技术是对软土地基进行加固的有效方法之一。

本文详细介绍了旋喷桩技术施工前的准备及施工工艺并对施工中容易出现的问题进行了分析。

关键词：基础；旋喷桩；工艺
前言：近年随着新疆油田加大勘探力度，勘探区块增多，钻机基础所涉及的不同区域地质情况也越来越复杂，而对于最复杂的沼泽及淤泥等高水位的软土地层，采用高压旋喷桩施工技术是地基加固处理的最有效方法之一。

高压旋喷桩施工技术就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管，钻入土层的预定位置，然后将浆液以高压流体的形式从喷嘴里射出，旋转冲击破坏土体，高压流切割搅碎的土层，呈颗粒分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液搅拌混合，喷浆管不断以360°回转提升，随着浆液的凝固，组成具有一定的强度和抗渗能力的水泥土混合结构。

一、前期准备
1.原材料准备
旋喷桩用材料主要就是水泥，水泥必须为普通硅酸盐或矿渣水泥，使用前需进行严格见证取样及检测，防止过期、受潮、结块、变质、安定性不合格等，以免影响成桩质量；配制水泥浆液时，用水采用饮用水，污水、地下水不得采用；水灰比一般均控制在1:1。

2.机具设备准备
（1）高压喷射注浆法主要机具设备包括：高压泵、钻机、浆液搅拌器等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门、接头安全设施等。

（2）浆液搅拌可采用污水泵自循环式的搅拌罐或水力混合器。

（3）辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存、运输系统以及各种管件、阀门、接头、压力流量仪表、安全设施等。

3.施工准备
做好场地清理、桩机安装测试、灰罐电子称标定、水泥质量检验、水灰比设计及布点放样等准备工作。

布置材料储存棚和机具设备安装地点以及水电供应和排水沟位置。

正式施工前，先进行试验桩施工，一般不少于三根。

通过试验桩掌握机械性能及人员机械配合情况及钻进速度、提升速度、搅拌速度、空气压力、单位时间喷灰量等技术参数；确定搅拌的均匀性；掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。

现根据工程经验提出试验桩用工艺参数如下：
（1）注浆管：提升速度12~18cm；旋转速度10~20r/min。

（2）水：压力20~25Mpa；流量85L/min。

（3）浆液压力：≥20Mpa；流量＞60 L/min。

（4）空气：压力0.5~0.9 Mpa；流量0.7m3/min。

（5）水灰比：1:1。

二、工序流程及施工工艺
1.场地平整
先进行场地平整，清除桩位处地上、地下的一切障碍物，场地低洼处用粘性土料回填夯实，并做好排浆沟。

2.测量定位
首先采用全站仪根据高压旋喷桩的桩号放施工验区域的控制桩，然后使用钢卷尺和麻线根据桩距传递放出旋喷桩的桩位位置，用小竹签做好标记，并撒白灰标识，确保桩机准确就位。

3.机具就位
人力缓慢移动至施工部位，由专人指挥，用水平尺和定位测锤校准桩机，使桩机水平，导向架和钻杆应与地面垂直，倾斜率小于1.5%。

对不符合垂直度要求的钻杆进行调整，直到钻杆的垂直度达到要求。

为了保证桩位准确，必须使用定位卡，必须使用定位卡，桩位对中误差不大于5cm。

4.钻孔与插管
插管是将喷管插入地层预定的深度。

插管与钻孔两道工序可合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。

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。

5.浆液配置
高压旋喷桩的水泥浆液配制严格按设计要求控制为水灰比1:1，水泥浆比重1.49。

搅拌灰浆时，先加水，然后加水泥，每次灰浆搅拌时间不得少于2分钟，水泥浆应在使用前一小时制备，浆液在灰浆拌和机中要不断搅拌，直到喷浆前。

喷浆时，水泥浆从灰浆拌和机倒入集料斗时，过滤筛，把水泥硬块剔出。

水泥浆通过胶管送到旋转振动钻机的喷管内，最后射出。

6.喷射注浆
在插入旋喷管前先检查高压设备和管路系统，设备的压力和排量必须满足设计要求。

各部位密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物，并做高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。

旋喷作业系统的各项工艺参数都必须按照预先设定的要求加以控制，并随时做好关于旋喷时间、用浆量，冒浆情况、压力变化等的记录。

喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆旋转30秒，水泥浆与桩端土充分搅拌后，再边喷浆边反向匀速旋转提升注浆管，提升速度为260mm/min，直至距桩顶1米时，放慢搅拌速度和提升速度，保证桩顶密实均匀。

7.冲洗
喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存泥浆。

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。

三、施工常见问题处理
1.冒浆的处理
在旋喷过程中往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沿注浆管壁冒出地面，如冒浆量小于注浆量20%，可视为正常现象，超过者划出现不冒浆时，应查明原因，采取相应的措施。

通常冒浆量过大一般因为有效喷射范围与注浆量不相应，注浆量大大的超过旋喷固结所需的浆量所致，减少冒浆的措施有三种：提高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径，加快提高和旋转速度。

不冒浆大多是地层中有较大空隙所致，可采取在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间或增大注浆量，填满空隙，再继续正常旋喷。

2.喷嘴堵塞
喷注中途发生机械故障时，应停止提升和喷射以防桩体中断，同时立即排除故障。

如泵压增高也不出浆，则是喷嘴堵塞，泵压达不到要求值则可能是高压部分密封性能不好，连接处或旋转处漏浆、漏水。

在插管旋喷过程中，要防止喷嘴被泥砂督截塞，水、气、浆、压力和流量必须符合设计值，一旦堵塞，要拔管清洗干净，再重新插管和旋喷。

插管时应采取边射水边压力控制在1Mpa，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以防泥土进入管内。

3.其他问题
（1）由于浆液析水、收缩，固接体顶部有可能出现凹穴，一般深0.3m-1.0m，必须采取措施予以消除，可以直接再次注入浆液填满凹穴。

（2）钻机就位后，应进行水平和垂直校正，钻杆应与桩位一致，偏差10mm以内，以保证桩垂直度正确。

（3）钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断；下拆卸钻杆伸入下节有100mm以上的搭设长度，以免桩体脱节。

为提高桩的承截力，在桩底部1m范围内应适当增加旋喷时间。

作为端承桩应深入持力层2m为宜。

（4）相邻桩施工间距宜大于4m，相邻两桩间距较小时，施工间隔时间，应不小于48h。

（5）基础施工完成后要设置沉降观测点，在井队钻进过程中定期进行沉降观测，以确定桩基工程是否满足要求。

四、结束语
实践证明，利用高压旋喷桩技术进行软弱地基加固处理的效果是显著的，其大大提高了地基的承截力，而且相对于其它的地基处理方法，高压旋喷桩较为经济合理并在钻井基础施工现场施工条件有限的情况下，是最符合现场实际的一种地基处理方法。

近两年，在新疆油田石桥1井、阜东6井、风南053井三口探井钻机基础，进行了高压旋喷桩地基处理，通过监理的现场沉降观测，未发现整体沉降或不均匀沉降现象，效果很好。

随着钻机的顺利完钻，结果证明桩基满足使用要求。

高压旋喷桩的地基处理，为油田在应对沙漠边缘复杂地层的地基处理积累了经验，扩展了高压旋喷桩施工技术的推广价值。

作者简介：乔发寿（1966年1月- ），男，甘肃人，国家注册监理工程师，专科学历，现就职于新疆石油工程建设监理有限责任公司。