8、高压旋喷桩施工工艺工法

高压旋喷桩施工工艺工法

1前言

1.1工艺工法概况

高压旋喷桩施工技术是70年代日本首先提出，它是在静压灌浆的基础上，引进水力采煤技术而发展起来的，是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。70年代初期，日本最先把高压喷射技术用于地基加固和防水帷幕，形成一种特殊的地基加固技术，即所谓CCP工法(Chemical Churning Pile)。此后，70年代中期又开发了同时喷射高压浆液和压缩空气的二重管法，最后形成喷射高压清水、压缩空气和低压浆液的三重管法。目前，高压旋喷桩施工在世界各地得到广泛应用。

1.2工艺原理

1.2.1高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为20～40MPa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，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。

1.2.2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。

1.单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。

2.二重管法：又称浆液气体喷射法，是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏、冲切土体形成固结体。

3.三重管法：是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的土体中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，形成较大的固结体。

4.单管、二重管、三重管旋喷桩机注浆施工示意参见图1、图2、图3。

5.本工法以三重管法为例。

水

2工艺工法

特点

施工设备简单、轻便、噪声小、施工速度快的特点。采用不同的钻机，不仅可以形成垂直的桩，也可以形成倾斜的桩。可以只对指定区域进行加固，加固体的强度较高，加固深度可自由调节，加固体的强度可达到1～10MPa 。可以形成一定间距的桩或相互咬合形成止水帷幕或挡土墙。

3适用范围

浆

水

搅

水

旋喷固结

注

钻

喷图2 二重管旋喷注浆示意图

空

高压泥

浆

水

搅拌

水泥

旋喷固结体

注浆

钻

喷

图3 三重管旋喷注浆示意图

空

高压泥

高压清水

广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、（亚粘土）、粉土（亚砂土）、砂土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层。可作为既有建筑和新建建筑的地基加固、基础防渗之用；也可作为施工中的临时措施（如深基坑侧壁挡土或挡水、防水帷幕等），也可作为永久建筑物的地基加固、防渗处理，在动水地层中施工时，首先要消除动水的影响。

4主要引用标准

4.1《建筑边坡工程技术规范》(GB50330）

4.2《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120）

4.3《地铁设计规范》（GB50157）

4.4《冻土地区建筑地基基础设计规范》（JGJ118）

4.5《建筑地基基础设计规范》（GB50007）

4.6《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307）

4.7《建筑桩基技术规范》（JGJ94）

4.8《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308）

4.9《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）

4.10《高压喷射注浆施工操作技术规程》（HG/T20691）

4.11《混凝土外加剂》（GB8076）

4.12《铁路工程土工试验规程》（TB10102）

4.13《通用硅酸盐水泥》（GB175）

5施工方法

三重管旋喷桩施工分成两个阶段，第一阶段为成孔阶段，即采用钻机驱动喷射管进行钻进，边钻进边喷高压水，使喷头达到预定的深度。如有必要时，可在地基中预先成孔，然后放入喷射管进行喷射加固。第二阶段为喷射加固阶段，即用高压水、水泥浆(或加入其它外掺剂)以及压缩空气，通过喷射管由喷射头上的横向喷嘴喷出，与此同时，钻杆一边旋转，一边向上提升使水泥浆与土混合，形成一定直径的柱状固结体。

6工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

三重管高压旋喷桩施工工艺流程见图4所示。

图4 高压旋喷桩施工工艺流程图

6.2操作要点

6.2.1施工准备

1.施工前对施工场地进行清理、平整，应保证场地的三通一平，确保用电安全。

2.施工前探明管线、建构筑物等地下障碍物埋深和位置，挖出探坑并作好详细的标示标记。

3.挖好排浆沟，设置排浆等临时设施。

4.设备材料进场，对设备机械性能等进行检查。水泥、外加剂等材料进场按要求抽检试验。

6.2.2试桩及确定工艺参数

1.在展开大批量制桩前进行试桩，以校验施工工艺参数的选择是否合理，并根据试桩结果及工程经验调整施工工艺参数。三重管高压旋喷桩止水帷幕试桩的理论施工参数如表1所示。

表1 三重管高压旋喷桩止水帷幕施工参数表

2.浆液配置：水泥宜采用强度等级为32.5以上级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8～1.5，每延米水泥用量及各种施工参数根据试桩情况进行相应的调整。根据需要可以加入适量的外加剂和掺合料，外加剂和掺合料的用量，应通过试验确定。

3.外加剂添加：浆液采用“柔性材料”，即向水泥浆液中加入20%膨润土，同时为了减少地下水对浆液的稀释作用，在浆液中可以加入2%的氯化钙。也可以根据需要加入4%左右的水玻璃，水玻璃提前加水稀释搅拌均匀后再加水泥。

6.2.3桩位测设

按规定对施工场地的基准点、基轴线及水准点实施引测、复核。

对于标定的基准点要做好明显的标志和编号，并做好保护工作。使用全站仪等，采用极坐标法进行桩位的放样。对施工范围内的所有桩进行测量定位，并做好明显牢固的桩位标志,做好测量记录，以便复核。

6.2.4钻机就位

1.移动旋喷桩机到指定桩位，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，钻机钻杆采用钻杆导向架进行定位，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，其垂直度不得大于1%～1.5%，钻头对正桩位中心，对点误差不大于50mm，钻杆与钻孔方向应保持一致。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

2.旋喷桩止水帷幕施工时，首先施工最外围的一排桩，采用1,5,9…，间隔跳打的方法进行施工，围内部采用不跳桩按次序施工。

6.2.5钻孔

钻孔与插管同时施工为一道工序，钻孔过程中作好详细的钻孔记录。钻孔过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，采取边射水边钻进的方法。开始钻孔时，射水水压由0.5Mpa提高到1.0Mpa。一根钻杆用完后，停止射水，接长钻杆，继续施钻直到达到设计标高为准，此时水压不宜大于1.0 Mpa。

6.2.6浆液制备及检测

1.实验室负责浆液配合比设计，严格按设计要求配置水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。浆液拌制时，先在搅拌罐中加入水，然后再放入水泥进行搅拌，搅拌时间不少于10分钟。旋喷注浆的材料用水泥，根据需要加入适量的外加剂。

2.浆液易在旋喷前半小时以内配制，浆液必须搅拌均匀，浆液存留不得超过4小时，当未用完的浆液超过4小时，通过试验证明其性能符合要求后方可使用。浆液应始终保持搅拌状态，防止产生沉淀。施工过程中试验员应经常随机抽取浆液进行检验。