高压旋喷桩在地基加固工程中施工质量的控制.docx

doi：10.3969/j.issn.1673-4823.2010.02.023高压旋喷桩在地基加固工程中施工质量的控制 许晓英（闽西职业技术学院 土木建筑工程系， 福建龙岩364021）摘要：通过某高层建筑地基基础加固的工程实例，介绍了高压旋喷桩的加固原理，结合工程实践详细阐述了在地基基础加固中采用主动控制为主、被动控制为辅、两种手段相结合的动态控制方法来控制高压旋喷桩的质量以及施 工前、施工过程中的预防措施。 结果表明，采用高压旋喷桩处理地基可取得良好的加固效果及较好的技术效果。关键词： 高压旋喷桩；地基处理；质量控制中图分类号：TU753.8文献标识码：A文章编号：16734823(2010)020098-05高压旋喷桩是高压喷射注浆法地基处理中的一种，就是利用钻机等设备，把安装在注浆管底部侧面 的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等 装置，以 20 MPa 左右的压力把浆液从喷嘴中喷射出 去冲击破坏土体， 同时借助注浆管的旋转和提升运 动，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经一 定时间的凝固，便在土中形成圆柱状的固结体，与周 围土共同承受荷载1。实践表明，本法对淤泥、淤泥质土、流塑或软塑1.2 地质概况根据地质勘察报告，1 所示。其土体自上而下分布如表施工质量控制原理及方法22.1 加固原理高压旋喷桩是利用工程钻机成孔，将旋喷注浆管置于预计的地基加固深度，通过 360 旋转并徐徐提升注浆管，用高压发生设备产生的一定压力将预先制备好的以水泥、 水及速凝剂掺合料等材料为主固化剂的浆液，从喷嘴中喷射冲击土体，把土和浆液 强制拌和，随后凝聚固结，形成一种新的有增大地基 强度、提高地基承载力、止水防渗、减少支挡结构物性粘性土等地基都有良好的处理效果,目前高压旋喷施工技术已有了比较广泛的应用。 下面浅谈高压旋喷桩在地基加固施工中工程质量的控制。岩土工程概况工程概况拟建工程位于龙岩市新罗区龙腾路与规划的登土压力、防止砂土液化和降低土的含水量等功能的11.1半刚性水泥土桩2-3。2.2 施工质量控制2.1.1 控制方法对地基处理实施质量控制的依据是项目的合同 文件、设计文件、国家及政府有关部门颁布的有关质高西路交汇处，上部建筑为 1216 层框架剪力墙结构，下部基础采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）和高 压旋喷桩处理，处理后采用筏板基础。其中高压旋喷 桩设计桩径 500 mm， 总桩数 784 根， 桩端持力层量管理方法的法律、法规性文件和有关质量检验与为 灰 岩 ，设计复合地基承载力 特 征 值 为 68 kPa 控制的专门技术法规性文件（包括国家强制性条文290 kPa 不等， 桩间距 1.6 m 1.6 m3.0 m 3.0 m不等,单桩竖向抗压承载力特征值 Ra=388 kN，平均 设计桩长 12.5 m。及强制性标准）。 由于地基处理属于地下隐蔽工程，施工质量的保证和控制显得尤为重要。因此，在施工 过程中必须投入大量精力，采用主动控制为主，被动收稿日期2009- 11- 30作者简介许晓英（ 1971- ） ，女，福建龙岩人，讲师，主要从事土木建筑专业课程教学工作。表 1场地的土层分布及物理力学指标层厚/m重度/(KN/m3)压缩模量Epsi/MPa承载力特征值fsk/KPa岩土层名称物理性质杂填土耕土粉质黏土粉砂淤泥灰灰黑色、褐色、稍湿灰黑色、湿、松散灰黄色、浅黄色、湿、可塑浅黄色、灰黄色、湿饱和松散 黑色、流塑软塑、饱和松散0.702.400.501.000.452.000.703.108.60揭露厚度为0.7016.000.905.800.5515.7017.517.019.88.016.7-7.4-180-130卵石浅黄色、灰黄色、饱和、稍密中密密26.0-砾砂含碎石黏土浅黄色、松散稍密、饱和褐黄色、黄色、湿、可塑硬塑浅黄色、黄色、褐黄色、褐色等，颜色较杂， 湿，软塑 可塑灰黄色、褐色、凝灰结构19.020.0-9.0140210含角砾粉质黏土1.5012.4018.54.540中风化凝灰岩揭露厚度为 3.3827.0-1200控制为辅，两种手段相结合的动态控制方法。地基处理施工质量控制见图 1。施工顺序。 复核测量基线，水准点及桩位，检查施工场地所设水准点是否会受影响。沉管或导管应有明显进尺标记。 最后，严把材料质量关。施工前的工艺试验旋喷桩的试喷工作： 高压喷射注浆方案确定 后，应进行现场试验、试验性施工或根据工程经验确 定施工参数及工艺4。 现场试验、试验性施工目的是 通过试喷检查桩位、核对地质资料，确定正式施工的邙2.2.4邬邝邙邝图 1地基处理施工质量控制技术参数，通过试喷检查注浆机械设备的运行状况2.2.2 质量控制点高压旋喷桩的主要质量控制点为水泥及外掺剂 质量、水泥用量、桩体强度或完整性检验、地基承载 力；一般控制项目有：钻孔位置、钻孔垂直度、孔深、 注 浆 压 力 、 桩 体 搭 接 、 桩 体 直 径 、 桩身中心允许偏 差等。是否完好、正常。进行试喷时要了解并掌握场地的土层情况，这 对拟定高压喷射注浆的试喷工艺是至关重要的。 拟定高压喷射注浆工艺的试喷方案，其主要工艺参数有：喷嘴直径与个数；浆液压力；注浆管的提升与旋转速度；不同土层的喷浆厚度；浆液配制水灰比及其 外加剂的掺入量；各项材料的使用数量。质量的事前控制首先，熟悉设计图纸，领会设计意图，组织设计 交底与图纸会审，认真编写施工组织设计（方案）。施2.2.3进行现场试喷，试喷点的选择一般以土层中对喷射注浆效果（桩径、桩体强度、入土深度等）有较大工组织设计应包括以下内容：施工平面图（标明桩影响的土层为主，对设计有特殊要求的工程应按设位、编号、施工顺序、临时设施的位置、各种材料堆放点）；确定施工机具和配套设备；施工工艺及技术要 求；人员组织、劳力计划及分工；保证工程质量、安全 的技术措施及保证体系；进度计划、材料计划。其次， 进行试桩，试桩不少于 2 个，以复核地质资料以及设 备、工艺是否适宜，核定选用的技术参数。再次，确定计要求处理；试喷完毕待桩体完全固结硬化后进行开挖，检查成桩形状与直径，并在桩体取试件进行室内强度试验， 试验内容应根据设计要求的项目来确 定；根据试喷后的效果检验与设计要求，再决定是否需要对试喷工艺进行局部修正，作为正式施工工艺交付实施； 试喷数量一般为每一工程 13 个试桩，99邝 调查研究风险分析预测偏差邝 发现偏差分析原因预防和纠 偏措施输出工程实施输入当有特殊要求或地层变化较大时应作适当调整；试喷时注浆机械设备应保持在完好状态下正常进行。已经施工的高喷桩的分类及处理方法3.1.1可不作处理的：喷嘴最大埋深不及引孔深度的高压喷射注浆宜用普通硅酸盐水泥浆，强度等差值大于 0.5 m，但喷长超过 11 m 的；喷嘴最大埋深不及引孔深度的差值小于 0.5 m。级不得低于 32.5 MPa，水泥用量、压力宜通过试验确定5。将要施工的高喷桩处理方法可分为四种情况：第一种情况，当喷嘴埋深等于3.1.2质量的事中控制施工过程中的质量主要从以下几个方面进行控制：孔位：应专人负责孔位的防线定位工作，钻孔前 需复核孔位，误差不得大于 5 cm6。钻孔和注浆管插入深度： 钻孔时必须有钻孔深度记录。 技术负责人要核对注浆管深度和钻孔深度 是否相符，钻孔的垂直度必须等于或小于设计要求。 水泥浆浓度用比重秤或比重计测定抽查拌制的水泥浆，是否合乎设计要求。冒浆的处理：一方面及时排运出冒浆，保持现场 干净，或加以回收再灌人。另一方面可透过冒浆出现 的时间、冒浆中含土的种类和数量，水泥的含量和冒 浆的多少等现象，间接了解高压喷射注浆质量，这是 在施工过程中调整高压喷射注浆参数的重要依据 之一。喷射方向、提升速度和旋转速度的控制：提升速 度应匀速缓慢，并有专人抽查。 若有仪器监测，则可 实现自动化管理。2.2.5或大于引孔深度时可用原工艺要求施工。第二种情况，当出现喷嘴埋深不及引孔深度的差值小于 0.5 m时，改进原工艺要求施工。 其理由是，原引孔深度是 含有基岩取芯深度约 0.3 m；使用的喷嘴是 20 斜向下的。当孔底不提升大压力（32 MPa）旋喷 120 s 可获得喷远 0.6 m 左右，20 向下喷的结果已加深 0.2m;每退卸一节钻杆（2 m）时复喷一回程，可形成竹节 形态的桩。 第三种情况，当出现喷嘴埋深不及引孔 深度的差值大于 0.5 m且喷长小于 11 m 的，必须重 新引孔后再钻到位方可进行高喷。第四种情况，当出 现喷嘴埋深不及引孔深度的差值大于 0.5 m，但喷长 大于 11 m 的，采取每退卸一节钻杆（2 m）时复喷一 回程，形成竹节桩，增大摩阻力的方法处理（见表2）。返浆的处理高压旋喷桩返浆机理的探讨 若瞬间返浆量 q 出，则：3.23.2.1q =q出 入-sp姨 A+B+W-L压力和流量的控制：当出现压力下降低于设计其中：q 注入量入值和压力骤增超过设计值时，都表明注浆管的状态S渗失强度A接触面积P嘴外压力B喷成空间压缩流变量 W地下涌水量 L漏洞流失量假设喷成空间压缩流变量 B、地下涌水量 W 和 漏洞流失量 L 均为 0 （以便观察未受该三种因素影 响时，是否非返浆不可）。那么，上式简化为：q 出=q 入sp姨 A有异常现象，或有漏浆的地方或是接头松动甚至脱落，或是堵管堵孔等，必须立即停机检查，修复后应继续施工直至喷完一孔为止。施工中常见的质量 问题和控制措施 ，所示。如 表 2工程施工质量控制工程旋喷桩施工中异常质量问题的控制方法从工程开始施工到完成 100 多根高压旋喷桩，33.1发现喷嘴最大埋深达不到引孔深度的约占总施工量的 50 (其中相差量小于 0.5 m 的和相差量大于 0.5 m显然返浆量 q 出 随注入量 q 入 增加而增加，随渗失强度 S、嘴外压力 p、接触面积 A 增加而减少。的各占一半);喷嘴最大埋深等于或大于引孔深度的也约占 50 。 针对喷嘴达不到且相差量大于 0.5 m的桩所占比例较大的问题，为了确保工程质量，经业 主、设计、监理、施工四方探讨取得一致意见，采取以 下控制措施。渗失强度 S 与介质有关， 在粘土、小，在砂土层、卵石层等中较大。淤泥等中较高喷地层内嘴外压力 p 与浆液喷切搅拌作功后100表 2施工中常见的质量问题和控制措施序号质量通病及施工异常现象主要原因分析防治或处置措施注浆管分段提升时， 接头搭接长度不够甚至未搭接断桩应保证搭接长度不小于 10cm 并复喷1土层密实度偏大，喷射压力偏小，提升速度过快，喷射过程出现故障切实把握地质分层资料 ， 对密实程度大的土层制定详细的注浆工艺措施缩径或桩径偏小2(1)拆卸检查注浆管路与注浆泵体并进行彻底清洗；(2) 严禁使用过期结块水 泥,加强水泥浆液过滤措施注浆管内有碎碴等硬物或橡胶密封件破碎后堵塞管内注浆中管道与喷嘴堵塞3注浆泵工作不正常,吸浆管进浆不正常,司泵人员控制压力不熟练,注浆管拽漏或堵塞注浆压力骤降或上升(1)检查泵体与管道；(2)熟悉操作技能4(1)复喷；(2)不提升 注 浆 管, 增 大 注 浆 量继 续 注浆至冒浆液凝固后重新注浆 ；(3)掺加适量的速凝剂不冒浆或断续冒浆土质松软;附近有空洞或空通道5(1) 检查注浆管各接头 ；(2) 分 析 土 层 密实度资料；(3) 加快提升或旋转速度,提 高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径注浆泵密封不良,或接头处损 坏,土层密实程度大,浆液切割土体范围小或喷嘴尺寸过大孔口大量冒浆6成桩桩顶凹穴浆液析水或过早停止注浆二次注浆或补灌水泥浆7孔位偏差大,钻孔倾斜偏大,桩体直径不均匀,桩间间隙大保 持 孔 位 准 确, 钻 孔 垂 直, 桩 体 成 桩 搭接良好旋喷封闭结构渗水漏水8桩体截面抗压强度低浆液水灰比、喷浆流量偏小,提升速度过快调整适合的注浆工艺9入土深度,土层密实上松下紧,喷射工艺自上而下无变化喷射时结合上层触探曲线采取相应的喷射工艺桩体形状上粗下细10的残余压力、 地层深度以及返浆阻力有关： 一般而压力到一定程度 （孔周介质少被喷切或不被喷切），并保持返浆通道畅通时，则返浆量多。类似现象正如言， 高喷输浆压力越大，喷切做功后的残余压力越大，则嘴外压力 p 越大。 地层越深返浆通道越长，返浆阻力增大，则嘴外压力 p 越大（返浆通道越狭窄， 返浆通道不规则， 返浆阻力越大， 也使嘴外压力 p 增大）。接触面积 A 与喷切搅拌形状体积有关。 当高喷 压力越大，喷切搅拌体积越大，则接触面积 A 越大。在完整的石头中钻一个孔进行高喷，返浆。则产生百分百由此推断，压力在 20 MPa 左右，并用膨润土护壁保障返浆通道畅通情况下，那么本施工可保证 95 %以上全孔返浆。本工程桩周劈裂现象，严重性可从出现的二孔另当嘴外压力越大，高喷桩周边层出现树根壮劈裂串孔返浆中看出，孔距 3 m 时还能在深部串孔返浆，越多时，其面积 A 也越大。从以上分析知道， 本工程卵石地层和含砾土层 中，当高喷压力达到一定程度，提升速度适当时，桩 径足够大，并在桩周产生一定劈裂现象(产生 3 m 孔 距的的串孔就是证明)，使接触面积足够大，渗失量 必然加大，则返浆量小；另因水钻砂土塌落，致使返 浆通道不通畅，嘴外压力增大，也使返浆减少。 反之那么可断言两排先施工后，中间一排施工时返浆现象必然增加， 因为地层已经吃饱， 渗失强度 S 已变很小。非正常返浆的处理在旋喷过程中,往往有一定数量的土颗粒,随着3.2.2一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解地层状况，判断旋喷的大致效101果和拟定旋喷参数的合理性等。 根据经验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量 20 %者为正常现 象，超过 20 %或完全不冒浆时，应查明原因并及时 采取相应措施。产生非正常返浆的原因主要有以下几种情况：第一情况，流量不变而压力突然下降。此时应检查各得出复合地基承载力平均值为 fspm=300 kPa，满足设计要求； 同时采用 FEI 型基桩动测仪对 328 根基桩进行了低应变检测，优良桩占检测总数的 98.6 %，无不合格桩出现，表明桩身完整、施工质量良好。通过对高压旋喷桩施工质量控制原理、 方法和 本工程施工质量控制的介绍， 我们可以认识到其技部位的泄漏情况， 必要时拔出注浆管，检查密封性术性较强和施工过程质量控制重要性的特点，在施能。 第二情况，出现不冒浆或断续冒浆。 若系土质松软则视为正常现象，可适当进行复喷；若系附近有空 洞、 通道， 则应不提升注浆管继续注浆直至冒浆为 止， 或拔出注浆管待浆液凝固后重新注浆直至冒浆工过程中加强各项工作的管理，提高操作者的素质，施工中调动各种因素参与管理，是工程成功的保证条件，严格的工序管理，是保证桩基质量的关键。为止，或采用速凝，使浆液在注浆管附近凝固。第三参考文献 ：建筑施工手册编写组. 建筑施工手册M. 北京：中国建筑工业出版社，2003：393-395.中国有色金属工业西安勘察院. 高压旋喷注浆技术规程M. 西安：西安交通大学出版，1993：25-32.阎明礼. 地基处理技术M 北京： 中国环境科学出版社 ，1996：267-334.牛虹. 高压旋喷法的施工特性及设备J. 工业建筑, 2002,32(10)：52-59.高 大 钊. 地基加固新技术 M 北 京 ： 机械工业出版社 ，1996：181-207.中国建筑科学研究院. 建筑地基处理技术规范 JGJ79-2002 S. 北京：中国建筑工业出版社，2002：57.责任编辑：潘伟彬1情况，冒浆量过大。其主要原因一般是有效喷射范围与注浆量不相适应，的浆量所致。注浆量大大超过旋喷固结所需2减少冒浆量的措施包括提高喷射压力 （喷浆量不变），适当缩小喷嘴孔径（喷射压力不变），加快提 升和旋转速度。34小结该工程历时 25 d，45全部完成 704 根桩的施工任务。在施工过程中共开挖 10 根桩进行桩头质量的自检，均末发现异常情况。某基础工程研究检测中心对此复合地基进行了 静载试验检测，所测两点极限承载力均大于 600 kPa，6High-pressure rotary jet grouting piles in the quality controlof foundation strengthening worksXU Xiao-ying（Civil Engineer