地表加固高压旋喷桩施工工艺及发展方向.ppt

广深港客运专线*标*工区,地表加固高压旋喷桩施工工艺及发展方向,目 录,一、高压旋喷桩发展过程及适用范围 二、高压旋喷桩施工原理及分类 三、高压旋喷桩施工工艺 四、高压旋喷桩发展方向,一、高压旋喷桩发展过程及适用范围,高压旋喷桩属于高压喷射注浆法范畴。它是70年代日本首先提出，在静压注浆的基础上，采用高压水射流切割技术而发展起来的。,旋喷桩工艺特点： 施工机具设备简单，便于管理，施工简便。 固结体形状可以控制。 具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉。 噪声小，无污染，无公害，生产安全。 确保固结体的强度。 浆液集中，流失较少。,适用范围： 受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时间影响小，可广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、（亚粘土）、粉土（亚砂土）、砂类土、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之用，也可作为基础防渗之用；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。 当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、永冻土、地下水流速过大和已涌水的地基工程时均不宜采用该法，宜通过试验确定其适用性。,旋喷桩加固利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定的深度，依靠水泥浆搅拌系统、高压注浆泵等设备，以20 40Mpa的压力把水泥浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度和脉动状的射流，其动压大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来。一部分细颗粒随浆液或水冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下，与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体。 旋喷法施工时，喷嘴一面喷射一面旋转并提升，固结体呈圆柱状。主要用于加固土体质量，提高土体的抗剪强度，改善土的变形性质，减少建筑支档土压力，也可组成闭合的帷幕，用于阻挡地下水流和治理流沙，可靠性好。旋喷桩可以根据工程实际情况设计为单桩承载、多桩承载和复合地基几种形式。,二、高压旋喷桩施工原理及分类,分类： 根据机具的不同分为，单管法，二重管法，三重管法。 根据成桩形式分旋喷注浆、定喷注浆和摆喷注浆 成桩直径的区别： 单管法的成桩直径较小，一般为0.3 0.8m，双管法在1.0m左右，三重管法一般在0.8m 2.0m左右，但成桩强度较低。 成桩形式的区别： 高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关，旋喷后成柱桩，摆喷后成壁状，定喷后成块状。,成桩机理：,高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用： 高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。 混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷嘴移动方向相反的方向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构。 升扬置换作用（三重管法）。高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥浆液补充。 充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。 压密作用。高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。,旋喷桩固结体情况图4所示。,单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。通过单根管路，利用高压泥浆（20MPa 30MPa）喷射冲切破坏土体，成桩直径一般40 50cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体较小。,二重管法：又称浆液气体喷射法，是在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重注浆管。在管的底部侧面有一个双重喷嘴，高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出，在射流的外围加以0.8MPa左右的压缩空气喷出，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，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成直径明显增加的柱状固结体，达到0.8m1.5m。,三重管法：是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输水、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，可以减少水射流和与周围介质的摩擦，避免水射流过早雾化，增强水射流的切割能力，也借空气的上升力把被破碎的土由地表排除，形成较大的空隙，在地基中形成较大的负压区，携带另一个喷嘴喷出的低压力水泥浆充填空隙，注入到被切割、搅拌的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，达到加固目的，其加固直径可达8002000mm。,旋喷桩的加固半径和许多因素有关，其中包括喷射压力P、提升速度S、被加固土的抗剪强度 、喷嘴直径d和浆液稠度B。加固范围与喷射压力P、喷嘴直径d成正比，与提升速度S、土的抗剪强度和浆液稠度B成反比。加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。,三、高压旋喷桩施工工艺,工艺设计要求:,加固体直径的确定 旋喷桩直径与现场土质、土体强度和喷射压力、流量、提升速度和浆液稠度等诸多因素有关，当无试验资料时可参考工程经验，如表1。当地层成桩难度大，难以喷射成桩时，需要根据地层情况通过现场做试验桩确定旋喷桩施工技术参数，达到要求的桩径和成桩质量。 布置形式 桩的平面布置形式需根据加固的目的给予考虑，分离布置的单桩可用于基础的承重，排桩、板墙可用作防水帷幕，整体加固则常用于防止基坑底部的涌土或提高土体的稳定性，水平封闭桩可用于形成地基中的水平隔水层。图5为一般桩的平面布置形式。,表1 旋喷桩直径参考值（m）,注：表中N为标准贯入实测锤击数。,图5 一般桩的平面布置形式图,浆量计算有两种方法，即体积法和喷量法，取大者作为设计喷射浆量。 体积法：,喷量法：,式中 Q 需要的喷浆量（m3）； De旋喷固结体直径（m）； D0注浆管直径（m）； K1填充率，0.750.9； h1旋喷长度（m）；,K2未旋喷范围土的填充率，0.50.75； h2未旋喷长度（m）； 损失系数，0.10.2； 提升速度（m/min）； H喷射长度（m）； q单位喷浆量（m3/min）。 根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比，即可确定水泥的使用数量。,浆量计算,旋喷桩施工工艺:,工法选择： 工法选择不当，会使加固效果达不到设计要求，不仅会造成外部水土流失、坍塌等风险，还将导致工程造价成倍增加。 根据本工程加固地质情况及施工条件限制，选用高压旋喷桩对地层加固。加固范围主要为粉质粘土层、砂质粘性土层、砂土层、全风化变质砂岩、强风化变质砂岩。旋喷工艺采用成桩直径较大的三重管旋喷法，以减少孔数和旋喷工作量，保证旋喷桩加固质量，降低成本。 加固原则： 盾构隧道洞顶土体强度底，通过加固，改变土体强度，提高土体稳定性； 隧道经过上软下硬的复合地层，土质不均，通过加固，改变软弱土体强度，减小土体强度差异； 确保盾构机掘进过程中，上部土体失稳，导致地表过大沉降和塌陷，减小土体强度差异和地层不整合程度，避免刀具和刀盘异常磨损。,试桩目的 第一区间剩余盾构段有6个加固段，分段里程为： DK108+310 DK108+425，115m； DK108+440 DK108+470，30m； DK108+485 DK108+495，10m； DK108+520 DK108+540，20m； DK108+790 DK109+015，225m； DK109+085 DK109+250，165m。 在大面积施工前需要做试桩试验，来确定合理的施工工艺及提杆速度和泵浆压力大小才能满足旋喷桩施工技术参数，由此确定高压旋喷桩的施工工艺及施工技术参数，以确保大面积施工时高压旋喷桩的施工质量。 第一段加固试桩： 试桩数量不少于3根（不在同一地点）。试桩里程DK108+300 DK108+310，9根桩，分为3组，2组试验桩径800，桩间距600mm，1组试验桩径600，桩间距500mm。,结合本工程实际，仅介绍三管法旋喷桩施工工艺。,测量放线定位,引孔钻机就位,搬迁,钻进成孔,清孔,移钻,插入高喷管,高喷作业,回灌,浆液配置泵送,启动高压泵送水,启动高压机送风,开孔检查,换浆清渣,试喷检查,观察高喷参数,孔内保持满浆,三管法旋喷桩工艺流程,三管旋喷施工工序 场地三通一平 桩位测设 钻机就位 钻孔 浆液配置 下喷射管 喷射作业 冲洗管路 废浆处理 移动机具将钻机等机具设备移到新孔位上。 回灌 施工记录,场地三通一平 施工前对场地平整，供水、供电、行车道路进行规划。挖好排浆沟，设置回浆池，浆液回收处理，防止污染环境。 桩位测设 根据设计图纸，进行布孔，测量放线，准确定出桩位。 钻机就位 钻机应垂直于地面且摆放平稳，放线桩位与设计桩位的偏差不得大于50mm。要求钻机安放保持水平，钻杆保持垂直，其倾斜度不得大于1.5%。 钻孔 把钻机移至钻孔位置后，对准孔位用水平尺掌握机台水平，立轴垂直、垫牢机架、钻机的垂直度满足精度要求，经技术人员验测合格后方可开钻。如发现钻机倾斜，则停机找平后再开钻。钻进成孔，孔径为150mm，严格按已定桩位进行成孔，平面位置偏差不得大于50mm，采用原土造浆护壁。钻进过程中，遇到异常情况及时查明原因，采取相应措施，对地层变化、颗粒大小、硬度等要详细记录，钻孔结束后，由技术人员进行质量检查，合格后方可移位进行下一个孔的钻进。,5. 浆液配制搅拌 本工程旋喷桩浆液采用水灰比为1:1 1:1.5的水泥浆。水泥要过筛，且为了防止水泥浆离析，应在灰浆机中不停搅动。在实际施工时，可使用比重计随时测量浆液比重，水灰比1:1的水泥浆液比重为1.49，并做好比重测试记录。首先将水加入桶中，再将水泥倒入，开动搅拌机搅拌1020分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。 下喷射管 将喷射台车移至成孔处，在插入旋喷管前先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，先在地面进行浆、气试喷，检查各项工艺参数符合设计要求后将喷射管下至设计深度，经现场质检人员检查认可后方可进行高喷注浆施工。如因塌孔插入困难时，可用低压水（0.12MPa）冲孔，边下管边射水，但须把高压水喷嘴用塑料布包裹，以免泥土堵塞。喷射过程中如遇特殊情况，如浆压过高或喷嘴堵塞等，应将喷射管提出地面进行处理，处理好后再进行施工。,7. 喷射作业 喷嘴直径、提升速度、旋喷速度、喷射压力、排量等旋喷参数根据试桩结果来确定。开始时，先送高压水，再送水泥浆和压缩空气。一般情况下，压缩空气可晚送30s，然后再进行边旋转、边提升、边喷射作业。喷射时，应先达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防柱体中断，同时立即进行检查排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的直径时，应进行复核。因故停工时，必须做好接桩措施，一般接桩长度0.5m。在旋喷过程中，冒浆量应控制在10%25%之间。喷到桩高后应迅速拔出注浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞。相邻两桩之间的施工间隔时间应不小于48h，间距应不大于46m。针对不同地质土层的特征，要采取相对的措施来完成注浆。特别对硬土及粘土部位，深部土层要适当放慢提升速度和旋转速度或提高旋喷压力等。,复喷 在不改变旋喷技术参数的条件下，对同一土层作重复注浆（喷 到顶再下钻重喷该部位），第一遍用高压清水和气切割土体，不喷水泥浆，第二遍复喷时全部喷浆，能增加土体破坏有效长度，从而加大固结体的直径或长度并提高固结体强度，复喷的次数愈多固结体直径加长的效果愈好。 8. 冲洗管路 喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。可把水泥浆换成水，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。 废浆处理 喷射注浆施工中，将产生不少废弃浆液。为确保场地整洁和顺利施工，在施工前拟在场地内设置泥浆池，泥浆在施工中抽排汇入泥浆池中，待泥浆固结后再外运处理。 移机到下一循环 移动桩机进行下一根桩的施工。,回灌 喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直到浆面不再下沉为止，回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。 记录 施工中钻孔、高喷的各道工序应详细、及时、准确记录，所有记录需按要求使用统一表格。,表2 三管旋喷参数参考,表3 旋喷桩施工技术要求表,施工后检查 施工后主要对加固土体进行检查，包括： 固结土体的整体性及均匀性； 固结土体的有效直径； 固结土体的强度； 固结土体的抗渗性； 成桩质量检查 质量检验时间、内容 施工对喷射施工质量的检验，应在高压喷射注浆结束后1周，检查内容主要为加固区域内取芯实验等。 质量检验数量、部位 检验点的数量为施工注浆孔数的2%，对不足20孔的工程，至少应检验3个点，不合格者应进行补喷。检验点应布置在下列部位：桩间咬合处、施工中出现异常情况的部位。,检验方法 旋喷桩的检验可采用钻孔取芯方法进行。 钻孔取芯：在已施工好的固结体中钻取岩芯，并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验，检查内部桩体的均匀程度无侧限抗压强度。,注意事项 1.在旋喷桩施工区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。 2.钻机或旋喷机就位时机座要平稳。 3.喷射注浆前要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，管路系统的密封圈必须良好 各通道和喷嘴内不得有杂物。 4.喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，所以应及时用回浆进行补灌。 5.在喷射注浆过程中，应观察冒浆的情况，以及时了解土层情况，喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。采用单管或一重管喷射注浆时，冒浆量小于注浆量20%为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。若系地层中有较大空隙引起的不冒浆，可在浆液中掺加适量速凝剂或增大注浆量，如冒浆过大，可减少注浆量或加快提升和回转速度，也可缩小喷嘴直径，提高喷射压力。 6. 在开钻前根据管线图摸清管线位置及走向，遇有不明管线应及时向上级汇报。,压力上不去 产生原因 安全阀和管路安接头处密封圈不严而有泄漏现象。 泵阀损坏，油管破裂漏油。 安全阀的安全压力过低，或吸浆管内留有空气或 密封圈泄漏。 预防措施及处理方法 应停机检