浅谈旋喷桩在顶管工程施工中的应用

浅谈旋喷桩在顶管工程施工中的应用摘要：结合工程实例，简述高压旋喷桩的特性及应用，对其施工工艺进行了简单介绍。

经实践证明，高压旋喷桩在复杂地质条件下的顶管工程中可充分发挥其优良的辅助功能，保证了工程的顺利进行，提高了管道使用期内的安全性。

关键词：高压旋喷桩；强度；止水帷幕；沉井；顶管一、工程概况无锡市某过河顶管工程，管道规格为D1200F型混凝土管，长度约175米。

顶管工作井设计为内径7.0m的圆形沉井，壁厚60cm。

原地面到设计管道流水面深度为10.65m，沉井总深度约为13.0m，距离河边约20.0m。

根据地质报告显示，沉井所处位置的土质力学特性较差。

深度5.0m范围内为淤泥质黏土和少部分杂填土，承载力仅为45KPa。

深度5~10.5m范围内为粉质黏土，力学特性较好。

10.5米往下至沉井刃脚设计高程段为粉土夹粉质黏土，土质的力学特性较好，但土质的渗透系数较大，处于流沙层内。

我施工方在进行技术准备阶段发现，原状土质在沉井预制、下沉阶段存在着承载力不足的现象，传统施工方法也不足以满足施工要求，必须采取辅助措施改善土质的力学性能。

经召开专题会议，业主、设计、监理等各方形成统一意见，采用高压旋喷桩辅助施工。

二、旋喷桩加固原理及现场布设高压旋喷桩是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进土层的设计深度后，以高压设备使水泥浆成为高压浆液流从喷嘴中喷射出来，破坏、扰动、冲切土体，同时钻杆以预定速度逐渐提升，使浆液与土体强制搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成旋喷桩，具有加固地基、止水防渗的作用。

本工程恰是利用了旋喷桩具有“加固地基”、“止水防渗”的特性，其一来改善地基的承载力，其二防止下沉过程中流沙的涌入和改善管道和沉井接口处土体的渗透性。

现场旋喷桩的布设方案如下：1、沉井预制施工阶段，在基坑底部，于拟建沉井刃脚正下部，沿沉井一周范围布设分离式单排装，桩深6.0m，桩径50cm，桩中心间距1.5m。

用来改善基础土体承载力不足的问题，满足沉井预制阶段的施工要求。

2、在沉井外围距离沉井单倍桩径的位置开始，布设两排封闭式排桩。

桩深13.0m，桩径50cm，桩中心间距35cm，平面呈梅花形布置。

其作用有以下2点：①沉井下沉过程要穿透流沙层，排桩的布设可形成“止水帷幕”，防止下沉过程中流沙的涌入；②改善管道跟沉井接口处土体的渗透性。

这个部位在管道使用过程中出现问题的可能性最大。

在本人经历的众多管道抢修事件中，多数管道下沉的原因是管道与沉井接口的部位涌入流沙，随着水流基础的土体流空，从而导致下沉。

此处的旋喷桩布设可将管道的下沉隐患消失在萌芽中。

三、高压旋喷桩施工技术1、参数确定本工程采用单管法高压喷射注浆施工旋喷桩，根据地质报告和施工要求，经过试验验证旋喷桩施工技术参数如下：桩径50cm；浆液压力为25~30MPa；水灰比为1.0；水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；水泥用量为150kg/m；喷管提速为20~25cm/min；流量为30~40L/min。

2、工艺流程图制浆→过滤→高压泵对浆液加压→ → →钻机就位→调整钻架角度→钻孔→插管→→试喷→高压喷射注浆作业→喷射结束→拔管→机具清理→桩机移位3、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，钻杆的垂直度偏差最大不超过 1.5%。

就位后，首先进行低压射水试验，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。

水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。

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15分钟左右，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入滤网，过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。

在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀，浓度降低。

不得使用受潮或过期的水泥。

过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。

3）钻孔。

当采用地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设计标高。

4）插管。

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。

在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力边下管边射水。

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25~30MPa，坐底喷浆约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。

钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10～20cm的搭接长度，避免出现断桩。

在旋喷过程中，如因机械出现故障中断旋喷，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。

旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。

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）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。

8）移位。

移动桩机进行下一根桩的施工。

9）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，要及时用水泥浆补灌。

4、检验控制项目与方法1）高压喷射注浆所用的水泥和外加剂品种、规格及质量应符合规范要求。

检验数量：同一产地、品种、规格、批号的水泥和外加剂，袋装水泥每200t 为一批、散装水泥500t为一批，当袋装水泥及外加剂不足200t或散装水泥不足500t时也按一批计。

施工单位每批抽样检验1组。

监理单位按施工单位抽样数量的20%见证检验。

检验方法：检查产品质量证明文件及抽样检验。

2）浆液应严格按设计配方和试验确定的配合比拌制，制备好的浆液应均匀，不得离析。

检验数量：施工单位每根桩施工过程中抽样检验2次。

监理单位每工班平行检验2次。

检验方法：观察并用浆液比重计检测浆液密度。

3）高压旋喷桩的数量、布桩形式应符合要求。

检验数量：施工单位、监理单位全部检验。

检验方法：观察、现场清点。

4）高压旋喷桩的长度应符合规范。

检验数量：施工单位每根桩检验。

监理单位按施工单位检验数量的20%平行检验。

检验方法：测量钻杆长度，并在施工中检查是否达到设计深度标志。

检查施工记录。

5）高压旋喷桩的完整性、均匀性、无侧限抗压强度应满足规范要求。

检验数量：施工单位抽样检验桩总数的2‰，且不少于3根。

监理单位按施工单位抽样数量的20%见证检验。

检验方法：完工后28d，在每根检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性、均匀性，拍摄取出芯样的照片，取不同深度的三个试样作无侧限抗压强度试验。

钻芯后的孔洞采用水泥砂浆灌注封闭。

6）高压旋喷桩处理后的复合地基承载力应满足施工要求。

检验数量：总桩数的2‰，且每检验批不少于3根。

监理单位见证检验，勘察设计单位现场确认。

检验方法：平板载荷试验。

7）高压旋喷桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法序号检验项目允许偏差施工单位检验数量检验方法1 桩位（纵横向）50mm 按成桩总数的10％抽样检验，且每检验批不少5根钢尺丈量2 桩体垂直度 1% 吊线测钻杆垂直度3 桩体有效直径不少于设计值开挖50-100cm深后，测量5、安全措施1）钻机操作人员应具有熟练操作技能，并持有相关特种作业资格证。

高压泥浆泵、空压机、高压清水泵必须指定专人操作，压力表应定期检修检定，以保证正常工作。

2）施工前应检查设备和管路系统，压力和流量应满足施工要求。

同时还应检查管道的耐久性以及管道连接是否可靠，泵体、注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必须良好，无渗漏现象，否则接头断开、软管破裂，将会导致浆液、高压水流飞散、软管甩出等安全事故。

安全阀中的安全销要进行试压检验，必须确保在达到规定压力时能断销卸压，绝不能轻易安装未经试压检验的自制安全销。

3）人体与喷嘴之间保持至少1.0m。

喷射浆自喷嘴喷出时，具有很高的能量，应保持安全距离，防止施工过程中人员受伤。

4）喷射注浆的浆液目前一般以水泥浆为主，当加入其他化学填加剂，一般说浆液硬化后对人畜均无害，但硬化前的液体进到眼睛里时，必须立即进行充分清洗，并及时到医院治疗。

5）不得将电缆浸泡在水和泥浆中，防止漏电伤人。

吊、放喷射管路时，严禁管下站人。

四、结束语实践证明，高压旋喷桩在顶管工程施工中发挥了其优越的辅助功能。

提高了地基承载力，从而满足了沉井预制的施工需要；形成了止水帷幕，从而保证了沉井的顺利下沉；提高了管道与沉井接口处土质的抗渗透性，从而保证了管道运行的安全。

其设备是用履带行走，适用于各种复杂土质。

高压旋喷桩施工简单，工艺成熟，在防渗、地基处理中得到了广泛的应用。

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