高压旋喷桩简介

一、高压旋喷桩简介
高压旋喷桩是利用钻机造孔，然后把带有喷头的灌浆管下至土层的预定位置后，利用高压设备将浆液或水以特定的高压射流从喷嘴中射出，冲击破坏土体，同时注浆管以一定的速度渐渐向上旋转提升，将浆液和土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土体中形成一个凝结体，即为旋喷桩。

它具有增大地基强度、减少地基变形，提高地基承载力，止水防渗等功能。

二、机械类型及适用范围
高压旋喷桩施工设备是按照高压喷射灌浆工艺的要求，由多个设备组装而成的成套设备。

其主要可分为造孔、供水、供气、供浆、喷灌等五大系统和其它配套设备
（一）造孔系统
高压旋喷桩施工，首先要在轴线上的设计孔位进行造孔。

按钻孔方法，钻机可分为：回转式钻机、冲击式钻机、振动式钻机、射水式钻机等。

高压旋喷桩施工常用钻机是立轴式液压回转式钻机。

这种钻机可液压给进和提拔钻具，操作方便，使用性强，可用于各种灌浆工程中的勘探及造孔施工。

1、立轴式液压回转钻机
目前高喷灌浆工程中应用最多的是处理深度为150m和300m的立轴式液压回转钻机。

虽然高喷灌浆工程钻孔深度只有十几米至几十米，但是一般高喷灌浆工程的地质条件复杂，往往是杂填土、粘性土、砂性土、砾卵石地层等形成的复合地层，小型钻机不能适应工程需要。

因此细颗粒松软地层或处理深度小于30m工程，可用150m钻机施工，地层复杂和深度大于30m的工程，应选用300m钻机。

见下图。

2、转盘式回转钻机
转盘式回转钻机，可选用处理深度为150m和300m两种。

这种钻机的特点是，扭力大，在某些地层中施工效益高，适用于各种复杂地层。

但因体积大，操作和移动不方便，在高喷灌浆工程施工中，已逐步被立轴式液压回转钻机所代替。

3、冲击式钻机、振动式钻机、射水式钻机、汽车钻等，都具有各自不同的造孔特点，可以用于高喷灌浆工程造孔，但目前高喷灌浆工程中应用的并不普遍。

（二）供水系统
供水系统中的主要设备是高压水泵和高压胶管。

高压灌浆工程中，常用3D2-S型卧式三柱塞泵，其额定压力30~50Mpa，流量50~100L/min,工作压力20~40Mpa。

3D2S型高压柱塞泵参数表
高喷灌浆工程应用的高压胶管委4~6层钢丝网缠绕的胶管。

常用的胶管内径有Φ16mm、Φ19mm、Φ25mm、Φ32mm等，工作压力30~55Mpa,要求爆破压力为工作压力的3倍。

（三）供气系统
两管及三管高喷灌浆，要用压缩空气与注射流（水泥浆或水）同轴喷射，以提高主射流的喷射效果。

目前，高喷灌浆工程中常用YV型活塞式风冷通用空气压缩机，排气量3—6m³/min,排气压力0.7~0.8Mpa。

有些深处理工程应选用额定气压力更高的空压机。

产品名称：W3.2/7单罐活塞空气压缩机产品型号：W3.2/7
W3.2/7单罐活塞空气压缩机技术参数
（四）供浆系统
供浆系统主要包括搅浆机、灌浆泵两部分。

1、搅浆机
搅浆机有卧式搅浆机和立式搅浆机两种。

卧式搅浆机进行搅浆作业时，水、水泥或其他材料，按配合比送入搅浆筒内，搅浆材料从进料端至出料端连续受到搅臂和定臂的高速搅拌成浆，浆体通过离心作用被甩至滚动筛，过筛后，浆、渣分离浆液落入拌浆桶内。

这种搅拌机搅拌速度较高、搅拌效果好。

当为了降低高喷板墙体的刚性、增加柔性，而搅制粘土水泥浆、粉煤灰水泥浆或其他复合水泥浆液时更加适用。

立式搅拌机进行搅浆作业时，水、水泥或其他材料按配比放入上桶内，电动机驱动减速机，带动搅臂旋转搅浆。

浆液搅好后，打开放浆板，放入下桶备用。

上下两桶的搅油、搅臂同轴同速旋转，因此，下桶浆液不会沉淀。

立式搅拌机还有一种两桶分离式，即用一个立桶搅浆，浆液搅好后，放入一个立式储浆桶内，供灌浆泵吸浆输浆。

2、灌浆泵
灌浆泵是将浆液灌入地层的柱塞式泵，具有一定的压力和流量。

三管工法应用的灌浆泵一般额定压力P≥1.0Mpa，流量50～150L/min，单管和两管工法中，应用的高压泥浆泵，其压力20～40Mpa，可根据工程需要选用。

灌浆泵动力机的旋转运动，通过传动机构使柱塞变为往复直线运动。

柱塞回程时，泵头内腔形成真空，产生负压，使上阀关闭，下阀打开，泥浆被大气压压送到泵头内。

柱塞进程时，泵头内浆液产生正压力，使下阀关闭，上阀打开，泥浆便压出泵头进入输浆管路，最后经喷射装置下端的喷头进入地层。

灌浆泵目前有单柱塞泵、双柱塞泵、三柱塞泵等。

最好选用三柱塞泵。

三管法注浆泵(ZB-1型注浆泵)
ZB-1型注浆泵参数表转速：200r/min
流量：70-150L/min 额定排出压力：3-5Mpa 柱塞直径：45mm
电机功率：7.5KW 柱塞数： 3 个质量：400 KG
高压泥浆泵(GPB-90WD)
高压泥浆泵(GPB-90WD)参数表
（五）喷灌系统(高喷台车)
高喷台车主要包括机架、卷扬机、旋摆升机构、喷射装置等。

1、机架
机架包括立架、底盘、行走机构等。

机架用来整体移动喷射系统，提升和下放喷射管，使卷扬机和旋摆机构运转施工等。

目前，高喷灌浆工程中常用的机架，按立架结构形式分，有四角塔架、单桁架、折接桁架、板架等，按机架移动形式分有滚轮式和迈步式等。

立架高度为10～20m，根据不同的工程条件及一次提升喷管的高度而定。

2、卷扬机
卷扬机安装在机架地盘上，主要用来提升和下放喷射装置。

高喷灌浆应用的卷扬机一般为单筒卷扬机。

单绳提升速度为7～13m/min，提升力为30～100KN。

高喷灌浆施工应用的卷扬机必须具备快速和超慢速提升两种功能。

快速卷扬提升可直接选用原卷扬机7～13m/min中的一种提升速度，超慢速提升喷射管时，进行喷射作业，提升速度为4～20cm/min。

根据工程的需要，可以将调速电机调整到其中的一种特定提升速度进行施工。

3、旋摆机构
旋摆机构是用来使喷射装置进行定向、摆动（往复旋转）、旋转作业的机
构。

通常旋摆机构装设在选摆平台上，沿立架导轨上下移动，以带动喷射管提升喷灌。

旋摆机构没有旋摆运动时，喷射管提升进行定向喷射，灌注薄板墙。

旋摆机构有旋摆运动时，喷射管提升进行摆动喷射，灌注较厚板墙或桩体，摆动角度范围为10°～180°，工程中常用的摆角为15°～30°.有些工程可以应用90°～180°摆角灌注半圆桩或圆柱桩。

根据工程要求，摆角大小可以通过调节旋摆机构的偏心距来实现。

偏心距小，摆角小；偏心距大，摆角大。

旋摆机构的旋转速度一般为5～20r/min。

4、喷射装置
喷射装置可分为单管喷射装置、两管喷射装置、三管喷射装置和多管喷射装置。

（1）单管喷射装置包括单管水龙头、喷管体、喷头、喷嘴等。

单管喷射装置是实现单介质喷射灌浆工艺装置，用以输送高压浆液，使浆液在地层中切割掺搅，升扬置换土体，形成防渗加固墙体或桩体。

（2）两管喷射装置。

两管喷射装置是在单管装置的基础上发展起来的。

浆液和压缩气分别输入喷射管的两根不相同的管道。

高压浆从中央的浆嘴喷出，压缩气从浆嘴外围的气嘴喷出，包围在高压浆射流的周围，以减少浆射流的动能耗损，提高喷射效果。

（3）三管喷射装置。

三管喷射装置是在单管和两管喷射装置的基础下发展起来的，单管与两管喷射装置主要用水泥浆作为主射流，对喷嘴及输浆机具磨损严重。

三管喷射装置应用高压水泵产生的高压水作为主射流。

清洁的水对输水机具磨损轻微，使高压水泵获得更高的喷射压力，从而提高施工效率。

还可以利用超高压的水射流，完成许多单管和双管喷射装
置难以完成的高难度特殊工程。

三管喷射装置的缺点是，因为高压水的应用增加了冒浆量，从而增加了材料消耗。

（4）多重喷射装置。

目前国外研究应用了一种多管喷射装置，其功能不但要输送三种介质，而且还可以将冲切下来的土、石抽出地面，因此管子的外径大的多。

它由导流器、钻杆和喷射装置组成。

喷嘴的上方设有超声波传感器，以测定造孔空间的形状和大小。

高喷台车
型号GP50
钻孔直径110（mm）
品牌三易
钻孔深度50（m）
电动机功率15（kw）
重量8000（kg）
(1)特点:1、该机为液压步履式底架，纵向横向移动灵活，对孔就位迅速，纵向1米/步，横向0.4米/步。

2、结构新颖，高度18.8米，长度5.5 米，宽度2.3米，折叠式连接起落迅速。

3、结构紧凑，安全可靠，可大幅度减轻劳动强度。

4、重量7.0吨。

(2)、主要技术参数1、摆角20度、30度、45度、60度、90度、120度，旋喷360度。

2、提升力1.5吨（单绳），一次提升高度18米。

3、液压油类32号，邮箱容积120升。

4、慢速卷扬提升为液控无级变速，Q≤25mm/min≥300mm/min。

5、摆动速度:Q≤2r/min≥25r/min。

旋喷机（钻喷一体）
(1)旋喷机
XP-50A型旋喷机主要用于单重管也可以用于双重管旋喷灌浆，作提升和旋转喷射管用途，在垂直度要求不是太高的地基加固工程中也可以担当自成孔任务。

(2)特点
1、钻机扭力大，具高低速档位，使用高速档位时可自行钻进；.
2、钻机提速可以任意调节，适应旋喷作业各种提升速度的需要；
3、钻机设计紧凑，重心稳定，熟练工人善于利用动力头顶压功能时，移动并不困难；
4、设备适应小型场地的高喷作业。

(3)技术参数
1、钻孔深度： 50-60m
2、钻杆规格：单管ø42-50mm
双管ø50mm
3、旋喷倾角： -5°到90°
4、输出转速：正:19,38,70,120rpm
反:16rpm
5、提升力：额定24kN,最大30kN
6、给进力：额定16kN,最大21kN
7、滑道行程： 2.3或1.8m任选
8、提升速度： 0-25mm/Min(可调)
9、额定扭矩： 1500N.m
10、电机型号： Y160L-6 功率 11kw
11、外形尺寸：长×宽×高:3400×1500×1500mm
12、钻机净重： 950kg
（六）其他配套设备
1、回浆泵
高喷灌浆施工过程中，会产生冒浆。

有些工程可以将冒浆回收再利用，以提高材料利用率，降低施工成本。

喷射地层为砂性土时，冒浆放入浆池中沉淀后，其上部的浆液质量较好，大部分可以回收再利用。

当地层为粘性大、淤泥、淤泥质土时，沉淀后的上部的浆液会含有大量粘土或有机质，回收利用这些浆液是不适当的，应为这些地层中的高喷墙体本来已经含有大量的粘土或有机质了，显然在掺用回收浆液是不利的，在这种地层中，只有在防渗止水工程设计墙体的抗压强度要求很低时，才可能适量利用冒浆。

冒浆的回收利用率，应根据防渗墙体的设计要求和冒浆中地层颗粒的含量及特征而定。

一般冒浆的回收率为20%～50%。

回收浆液必须应用回浆泵输送到搅拌机内与新制浆液充分掺混才可应用。

2、监测装置
高喷灌浆施工为地下隐蔽性工程，施工质量难以直接观察。

为了控制施工质量，即使了解各种设备的工作情况，在施工工程中需要有一定的监测装置，对水、气、浆的压力和流量、喷射提升速度、进浆和冒浆的相对密度等各种参数进行测量、记录以保证工程的顺利施工。

水、气、浆的压力，可以在输出管路中安装压力表进行测量。

各介质的流量基本上的固定的，不必单独计量。

当水、气、浆嘴的喷嘴直径不变时，只要各介质的压力正常，其流量基本上能达到设计要求。

喷射管的提升速度，应用有调速电机和和调速仪的卷扬机进行提升监测和调控。

浆液相对密度通常用泥浆比重秤进行定时测量。

目前，高喷灌浆工程装备的施工工艺参数的监测装置，基本上满足了工程
施工要求。

多年来有些施工单位曾尝试研制各施工工艺参数的综合中心监控装置，但还没有进入实用阶段，主要原因是水泥浆流量计的工作寿命低和作业环境对监控装置的适用性和稳定性要求较高。

随着我国科学技术的发展，应积极研究，逐步实现高喷灌浆施工工艺及参数监控的自动化，以提高工程质量和施工效率。

旋喷桩常用施工参数表
旋喷桩适用地层
注：○适用△一般×不适用
三、新近设备发展方向
旋喷桩施工设备向现场移动便利，旋摆升装置增加钻孔功能的多功能的台车型式发展，在软基础加固和液化层处理上，由于其对钻孔垂直多要求低，可以采用钻喷一体机（钻机+旋摆升装置）施工。

但在杂填土层，含卵砾石、漂石地层和止水工程中，仍需采用地质钻机预引孔方式施工。

四、配置数量
根据工程工期要求及工程量，以止水为目的的旋喷桩施工按单套日产量90～100米，以加固为目的的旋喷桩按单套日产量150～250米，来配置施工机械，用电计划按每套165KW安排。

单套高喷设备配置表
五、在高铁工程中，旋喷桩主要用于加固路基，消除液化层对路基稳定的影响。

一般采用单管或双管法施工旋喷桩，其强度较高，对钻孔垂直度要求不高，一般考虑发电机组发电，施工用水采用现场河水或打井取水。

在车站基坑止水工程中一般采用三管或新二管法施工旋喷桩，一般采用网电和自来水。