高压旋喷桩在地基处理中的应用.doc

高压旋喷桩在浙江某码头后方软基处理中的应用蔡红星【摘 要】 介绍了高压旋喷技术在浙江某码头工程软土地基处理中的应用，阐述了高压旋喷桩的施工工艺、技术参数及其特点。【关键词】 高压旋喷桩 地基处理 施工工艺 技术参数Abstract： Introduced the high pressure sprinkling grouting technology in the Zhejiang some wharf project soft soil ground processing application, elaborated the high pressure sprinkling stake the construction craft, the technical parameter and the characteristic.Key words： high pressure sprinkling stake，soil improvement，construction technology，technical parameter软土地基是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成的地基，其承载能力很低。软土层具有含水量高、压缩性大、透水性差、强度低和变形稳定时间长的工程特性，一般不能直接作为天然地基使用，必须经过有效的加固处理后才能使用。软基处理的目的是为了改善建筑物地基土体的力学性质，提高承载能力，增加抗滑稳定，减少压缩变形。软土地基处理的几种常用方法：换填法、强夯法、挤密法、排水固结法、高压喷射注浆法、深层搅拌法。本文主要介绍高压旋喷桩在软土地基处理中的应用。1 高压旋喷桩简介高压旋喷技术(也即高压喷射注浆法)是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进入土层后，以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，达到与原位软土的充分混合，发生等离子交换和团粒化反应，形成稳定的、具有一定强度的桩体或强体，与周围土体一起组成半柔半刚性复合地基，使地基承载力得以明显提高，变形得以变小，从而达到抑制地基沉降的目的。旋喷桩基本工艺类型有三种，即单管法、二重管法、三重管法。单管旋喷法 通过单根管路，利用20MPa左右的高压浆液，喷射冲切破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升，使浆液与土体混合凝固，成桩直径为4080cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体直径较小。二重管旋喷法 在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重灌浆管。在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴，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0.7MPa左右的压缩空气喷出。在土体中形成直径明显增加的柱状固结体，直径可达80150cm。三重管旋喷法 使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。在以高压装置产生的20MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入压力为25MPa的浆液填充，喷嘴坐旋转和提升运动，最后在土提中形成较大的柱状固结体，直径可达80200cm。2 工程概况 浙江某码头后方土体需旋喷桩地基加固，码头后方地质资料如下：淤泥：黄灰色，含少量贝壳，无摇振反应、高韧性、高干强度、切面有光泽，流塑。 淤泥：灰色，含贝壳碎屑，无摇振反应、高韧性、高干强度、切面有光泽，流塑。 淤泥质粘土：灰色，含贝壳及腐植物，无摇振反应、高韧性、高干强度、切面有光泽，流塑。 淤泥质粉质粘土：灰色，含贝壳及腐植物，夹粉细砂薄层，无摇振反应、中等韧性、中等干强度、切面稍有光泽，流塑。 以下为砾砂、碎石层和熔结凝灰岩。软土层总厚度约13m，天然含水量为55.0%，天然孔隙比为1.355，标贯击数小于10，容许承载力值60KPa，压缩模量1.5MPa。 设计采用1200高压旋喷桩对码头后方进行地基加固，设计桩长13米，桩间距1米，设计要求施工28天后，取样无侧限抗压强度大于2.5MPa，旋喷桩平面布置图如图1。3 施工技术参数的确定因桩径为1200mm所以本工程采用二重管钻机，旋喷桩直径与土质、施工方法、工艺参数密切相关。根据动量定律，喷射流的破坏力F表示为：F=AV2式中 F为喷射流的破坏力（N）； 为喷射流介质的密度（kg/m3）； A为喷嘴断面积（m2）； V为喷射流介质的速度（m/s）。由上式可知，在和A一定时喷射流的破坏力与速度的平方成正比。根据伯努利方程：z1+P1/+u12/2g= z2+P2/+u22/2g式中 z为单位重流体的位能； P/为单位重流体的压能； u2/2g为单位重流体的动能。第一状态（喷浆管中）和第二状态（喷嘴出口）的位能近似相等，P120MPa远大于P20.1MPa（一个大气压），因为喷浆管直径42mm，喷嘴直径2.2mm，u12：u22=（2.2/42）4，u12 远小于u22所以该方程可以近似的看为P1/=u22/2g，由此可知加大泵压可增大流速，进而增大喷射力，可以通过调节泵压和钻杆旋转、提升速度来控制旋喷桩在不同土层中的直径。施工前可由试验确定水泥浆的配合比及旋喷桩的填充率，并进行现场试喷来调整喷射技术参数，水灰比一般选用0.81.5，本工程取水灰比为1.0。浆液用量计算可用体积法计算：Q=D2H（1+）/4式中 Q为浆液需用量（m3）/根； D为旋喷桩直径（m）； H为旋喷桩桩长（m）； 为折减系数（填充率），可由试验确定，本工程取0.6； 为浆液损失系数（一般取0.10.2），本工程取0.1。由上式计算可得：Q=9.70m3/根，根据水灰比可计算每根桩的水泥用量，计算式如下： Mc=Q=9.7=7.28t/根所以每米桩长需水泥掺入量为7.28/13=0.56t/m=560kg/m式中 Mc为水泥用量（t/根）； c为水泥密度（kg/m3）； w为水的密度（kg/m3）； w为水灰比。提升速度与单位时间喷浆量存在以下关系： V=Hq（1+）/Q式中 V为注浆管的提升速度（m/min）； q为单位时间喷浆量（m3/min）； 其余符号含义同前式。综上可确定本工程施工技术参数如下：1、注浆压力：2023MPa；2、空气压力：0.7MPa3、水灰比：1.0；4、水泥用量：560kg/m；4、浆液流量：0.1 m3/min；5、空气流量：12 m3/min；6、钻杆提升速度：0.15mmin；7、钻杆旋转速度：1020rmin；4 施工工艺及质量控制4.1 钻机就位用全站仪测量定位，并经二次检测确认无误后方可确定旋喷孔位，并在孔位之上做上明显且稳定的标记。将钻机移至设计的孔位上，钻机就位后，调整支腿的高度，使钻机水平，并使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，要求钻杆垂直度不大于1 %，桩心偏位小于50mm。4.2 钻孔施工钻孔时，其引孔口径为110mm130mm，终孔直径不小于90mm。终孔深度为设计要求深度以下500mm。引孔钻进时，原则上采用清水钻进，若出现垮孔，采用优质膨润土作为制浆用主要材料，新制泥浆配合比拟为：水750L，粘土650kg，碳酸钠68kg。施工时，分别建立泥浆系统与高喷水泥浆系统，防止串浆、混浆。4.3 水泥浆液制备浆液和水泥材料：高喷灌浆液采用32.5 普通硅酸盐水泥，浆液水灰比按设计为11，采用高速搅拌机搅拌，纯拌合时间不少于1 min，且应连续制浆。浆液拌制后应经过过滤再喷射，以防堵塞喷嘴。浆液中可添加外掺剂以增加其性能，常用外掺剂掺量（与水泥重量比）及其作用如下：氯化钙24%，促凝，早强；三乙醇胺0.030.05%，早强；水玻璃2%，促凝，抗渗；也可掺粉煤灰以降低成本，掺量可由试验确定。注意：三乙醇胺与水玻璃不能共同使用，否则会发生化学反应。4.4 高压旋喷灌浆施工（1）地面试喷：钻孔验收、高喷台车就位并对准孔口后，为了直观检查高压系统的完好性以及是否能够满足使用要求，首先应进行地面试喷。（2）开喷：喷管先至指定深度后，拌制水泥浆液，即可供浆、供风开喷。待各压力参数和流量参数均达到要求，且孔口已返出浆液时，即可按既定的提升旋转速度进行喷射灌浆。（3）高喷灌浆保持全孔连续一次作业，作业中因拆卸喷射管而停顿后，重复高喷灌浆长度不小于0.3m。（4）在高喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度和回浆量异常，甚至不返浆等情况时，查明原因后及时处理。（5）当孔内出现严重漏浆，拟采取以下措施进行处理： A降低喷射管提升速度或停止提升； B降低喷水压力、流量进行原地灌浆； C喷射水流中掺加速凝剂； D加大浆液密度或灌浆水泥砂浆、水泥粘土浆； E向孔内冲填砂、土等堵漏材料。（6）供浆正常情况下，孔口回浆密度变小、不能满足设计要求时，拟采取加大进浆密度或进浆量的措施予以处理。（7）装、卸喷射管时，采取措施密封、加快装卸动作以防止喷嘴堵塞。（8）高喷灌浆结束后，充分利用孔口回浆或水泥浆液对已完成孔进行及时回灌，直至浆液面不下降为止。（9）施工中如实记录高压旋喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常情况及处理等。（10）高喷结束后，应立即把注浆管等机具设备冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆。5 实施效果与结论根据室内实验和工程资料, 同龄期的二重管旋喷桩体强度与返浆体强度相似。施工中取3 组28 天