20160415深长高压旋喷桩加固处理软土

深长高压旋喷桩加固处理软土
地基施工技术
李建康
(中铁十二局集团第四工程有限公司浙江宁波315105)
1 工程概况
1. 1 地质及水文概况
海积平原区 ( Ia) ,地势平坦开阔 ,多辟为水田 ,河沟密布 ,表面为第四系全新统淤泥 ,流塑 ,中间夹有淤泥质粉质黏土 (含腐殖质 ) 、粉质黏土及粉砂层 ,总厚 44 m 左右。

地下水主要为第四系孔隙潜水 ,较发育 ,水位埋深 0.5～2.0 m。

本工点百年洪水位高程为 3.5 m ,其防护高程为 4.0 m ,本段路肩高程位于洪水位以下 , 路基两侧需设挡水墙挡水。

1. 2 设计概况
甬台温铁路 DK4 + 090～DK4 + 644. 20段路基设计为浸水及软土地基路堤 ,长 554. 2 m,设计采用深长高压旋喷桩进行加固处理。

软土路堤工后沉降控制值 : 正线为△S ≤ 20 cm, 桥路过渡段△S ≤10 cm。

旋喷桩桩径 0. 8 m,桩长 39～42 m,桩进入地层要求 :进入粉质黏土层不小于 1. 0 m,桩按正方形布置 ,设计单桩承载力 464 kN, 28 d龄期桩身芯样无侧限抗压强度达 2. 8 MPa。

桩间距 : DK4 + 090～DK4+ 290、 DK4 + 350 ～DK4 + 644. 20桩间距为2.0～2. 6 m, DK4 + 290～DK4 + 350桩间距 1. 8 m。

桩顶设置 0. 5 m碎石垫层 ,并于其间铺设一层高强度双向土工格室 ,厚 10 cm。

2 选用高压旋喷桩加固方案
(1)高压旋喷桩对处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑性黏土、粉土、砂土、黄土和碎石土等地基非常有效 ,能明显提高地基的抗剪强度 ,改善土的变形性质。

(2)本段路基下穿同三高速 ,净高受限制 ,在其它地段采用的预应力管桩处理软基在此段无法进行施工 ,因为进行预应力管桩施工的机械设备太高 ,无法就位 ,而采用了高压旋喷桩就解决了这方面的问
题 ,施工所用的机械设备高度能满足要求 ,且移动灵活 ,操作方便。

(3)本段路基所处的地段 ,穿过村庄 ,房屋比较密集 ,若采用预应力管桩进行软基处理 ,由于在施打过程中的挤土效应会对周围的房屋产生影响 ,出现房屋开裂等问题 ,在本标段其它路基段施工过程中最远的影响到了 200 m 以外的房子 ,而采用了高压旋喷桩 ,就大大减小了影响的范围 ,一般影响范围在20 m左右。

3 喷浆配合比及施工参数的确定
(1)主要的施工机具设备见表 1。

表1 主要施工机具
序号设备名称规格型号单位性能、规格备注
1 钻机台
2 空压机台
3 高压泥浆泵台
4 钻杆m
5 高压胶管m
6 泥浆搅拌机台
(2)配合比及工艺参数确定
该段软基加固采用双重管法施工 ,开始正式施工前首先要进行试桩 ,水泥浆按照室内配方配制 ,所用泥土从现场取样 ,水泥用量分220 kg/m、 240 kg/m、260 kg/m、280 kg/m、300 kg/m 5个等级 ,根据室内配比 ,现场总共试桩 5根。

最终确定工艺参数:水灰比1∶1,每 m桩用 P·O42.5普通硅酸盐水泥 260 kg (试桩检测结果表明 ,水泥用量 240 kg/m 就可满足设计要求 ) ,空气压力 0. 7 MPa,注浆泵压力 20～22 MPa,喷浆量 80～120 L /m in,钻杆提升速度 25～30 cm /m in,转速 25 r/m in,喷嘴采用 2 × 2. 0 mm。

试桩工艺流程图见图 1。

图 1 试桩工艺流程
4 高压旋喷桩施工
4. 1 施工工艺流程
现场根据桩长和桩径的实际情况 ,采用的是二重管法 ,其工艺流程为钻孔、贯入喷射注浆管到钻孔底设计高程后喷射注浆 ,当压力流量达到规定值后 ,随即旋转和提升 ,进行自下而上喷射 ,施工工艺流程
见图 2。

图 2 高压喷射注浆法施工工艺流程
4. 2 喷浆法的施工步骤
(1)钻机就位
钻机就位后,使钻头对准孔位中心,同时为保证钻孔达到设计要求的垂直度,必须作水平校正,使其钻杆轴线垂直对准孔中心位置,允许倾斜度不得大于1.5%。

(2)钻孔、插管
钻孔是为将喷射注浆管插入到预定的地层中,现场是通过钻杆内射水的方法,边射水边插管 ,将插管与钻孔两道工序合二为一,钻孔时当一根钻杆用完后,停止射水,待压力下降后,迅速接长钻杆,再继续射水、钻进,直到钻至设计桩长,钻孔完毕,插管作业同时完成。

射水的目的是防止泥沙堵塞喷嘴,水压力不超过1 MPa。

(3)制浆
钻孔的同时,即可配置浆液,浆液要严格按照试验选定的配合比配置,浆液要经过搅拌和两次过滤后方可进入高压泵。

(4)喷射注浆
当钻杆插到设计深度后,即可由下而上进行喷射注浆,喷嘴同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击切割土体,即以高压发生装置喷射出不小于 20 MPa压力的浆液 ,从内喷嘴中高速喷出 ,同时伴有 0. 7 MPa左右的压缩空气 ,从双重管的中间喷出。

技术人员要注意检查注浆流量、空气压力、注浆泵压力、钻杆提升速度、转速等参数是否符合设计要求 ,并随时做好记录。

(5)冲洗
施工完毕后,要把注浆管等机具冲洗干净 ,管机内不得残存水泥浆 ,可以把浆液换成水在地面上喷射 ,把泥浆泵、钻杆、高压胶管内的浆液全部排出。

(6)移动机具
把钻机移动到下一孔位 ,进行下一孔的施工。

4. 3 质量检测
DK4 + 090～DK4 + 644. 2段高压旋喷桩 ,按设计要求进行了取芯和单桩承载力检测 ,取芯检测试件标准尺寸为高度和直径均为 90 mm的圆柱体 ,抗压强度值有个别不能满足设计要求 ,最低为 2. 15 MPa (该种情况为桩身不均匀造成的 ) ,其余的都在 2. 8 MPa以上 ,最大值达到 5. 88 MPa,满足设计要求 ;单桩承载力检测值≥928 kN,
大于设计特征值 464 kN - 2倍 ,最大沉降量为 23. 4 mm ≤40 mm,满足《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ106 - 2003)的要求。

一根桩从整体来看 ,桩底部附近的成桩质量最差。

4. 4 影响成桩质量的因素
从现场施工结果来看 ,影响旋喷桩质量的因素主要有以下 2种。

(1)土的化学性质 :加固土层夹有灰黑色淤泥土层 ,呈流塑状态 ,透水性很差 ,影响水泥水化反应的进行 ,从而降低旋喷桩的强度。

从施工检测来看 ,在粉砂层中的桩体 ,其强度很高 ,远高于设计要求值 ,而处在淤泥质土层中的桩体 ,其强度普遍较低。

(2)土的含水量 :本工程淤泥层土的含水量较大 ,对旋喷桩的质量影响很大。

旋喷桩的浆液搅拌需在水泥中加入一定比例的水 ,在钻孔的时候又要射水 ,所以水泥浆水化反应之外多余的水储存在原本含水量很高的桩体及桩周围土体中 ,使施工中冒浆现象更为严重 ,导致桩体实际水泥掺入比有所降低 ,水灰比增大 ,因而抽芯检测发现 ,含水量最大的桩底段 ,水泥含量偏少。

5 施工当中应当注意的事项
本次设计的旋喷桩属首次采用长桩方案 ,最大加固深度达 42 m,在施工当中应注意以下几个方面的问题 :
(1)旋喷桩的施工参数应根据土质条件、加固要求通过室内配方试验确定 ,并在施工中严格加以控制。

当土层中含较多的大块石或有机质含量较高时应慎用或通知设计单位。

(2)严格按照设计桩位、桩径和桩长施工 ,桩位允许偏差为± 5
cm ,桩径和桩长不小于设计值 ,垂直度偏差不大于 1. 5%。

喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于 50 m。

水泥浆应按照室内配方配制 ,不得随意改变 ,并需严格过滤 ,防止在喷射过程中将喷嘴堵塞 ;旋喷过程中应防止水泥浆沉淀 ,宜随制随用 ,且要在浆池上方设置一个小电机不间断地对浆液搅拌 ,要防止浆液离析 ,使浆液浓度降低。

(3)旋喷桩施工钻孔通过钻杆内射水法成孔 ,水的压力要控制在1 MPa以内 ,只要保证钻杆在钻孔过程中泥沙不堵塞钻孔就可以了 ,水的压力过大 ,扩散半径就大 ,以免对周围刚施工完成的桩体造成破坏。

(4)当喷射注浆管贯入土中 ,喷嘴达到设计高程时 ,即可喷射注浆。

在喷射注浆参数达到规定值后 ,才能按旋喷的工艺要求 ,提升喷射管 ,由下而上喷射注浆。

(5)当拆卸钻杆或因故停喷后续喷时 ,应重复旋喷不小于 100 mm。

旋喷过程中出现压力骤然下降、上升、孔口冒浆量超过 20%或完全不冒浆时 ,应查明原因及时处理。

(6)对桩底及桩顶各 5 m 范围内要进行复喷 ,特别是快到桩头时 ,土体松散 ,容易出现半径增大现象 ,桩头质量不易保证 ,所以做好复喷是很关键一项工作。

(7)由于旋喷桩较长 ,为了避免出现桩身下部水泥土难于成型和强度偏低等现象 ,施工时应根据不同的情况在桩的下半部分浆液中添加早强剂 ,并放慢提升速度 ,增大注浆压力 ,以确保桩体下半部分的
成桩质量。

(8)喷浆过程中要对喷浆量进行计算 ,防止喷嘴部分堵塞而降低了喷浆量。

(9)喷浆开始前一定要把机子调整水平 ,确保钻杆垂直 ,喷浆过程中冒出的浆液、泥巴要及时清理 ,否则越堆越高 ,把机子顶起来 ,容易使机子倾斜 ,最终导致桩体倾斜 ,在取芯检测过程中就有可能有
取不到完整的芯样。

(10)通过现场施工 ,可以看到在桩体施工过程当中 ,一部分土体随浆液冒出 ,并伴随有周围地面隆起现象。

由于土质较差 ,且软硬不均 ,最远的在桩体15～20 m以外出现冒浆现象 ,在此范围内的居民建筑墙体出现裂缝 ,对房屋造成不同程地损坏 ,所以在居民附近应执行跳桩方案或根据监测的结果放慢施工速度 ,并等到水泥土初凝后再施工相邻的桩 ,避免孔隙水压力叠加 ,影响建筑物安全。

旋喷桩跳桩施工示意见图 3。

图 3 高压旋喷桩跳桩施工示意
6 结束语
结合甬台温铁路 DK4 + 090 ～DK4 + 644. 2 段软基施工实践 ,我们对超长高压旋喷桩施工进行了总结 ,有下几方面的观点 : (1)深长高压旋喷桩在客专线上首次采用 ,对今后的软基处理施工中
又提出了一种新的方法 ,但是在施工当中由于有部分浆液冒出 ,对周围环境造成一定的污染 ,所以在施工期间要加强清理 ,做到文明、环保施工。

(2)旋喷桩由于水泥浆的掺入增加了原土的含水量 ,加大了孔隙率 ,在相同情况下浆喷水泥土强度要低于粉喷水泥土强度 ,根据试验结果和工程实践 ,对于含水量较高的淤泥质土 ,在选择软基加固方法时 ,一定要考虑含水量这一因素。

(3)对含水量相对较大的软基 ,在钻孔时要注意选择钻孔工艺 ,尽量不用射水成孔 ,可以用地质钻机钻孔 ,而后换上喷射注浆管插入到预定深度。

本段软基由于存在流塑状态的淤泥 ,且水量较为丰富 ,很难成孔 ,所以采用了钻孔和插管合二为一的施工工艺。