高压旋喷施工工法1128

1、南通建筑工程总承包有限公司 东营奥体中心游泳馆高压旋喷桩施工工法前言高压旋喷桩施工技术是70年代日本首先提出的，它是在静压注浆的理论与实践基础上引入高压水流技术而发展起来的新技术。高压旋喷注浆的实质是将带有特殊喷嘴的的注浆管（钻杆），通过钻孔插到加固土层的预定深度，然后从喷嘴喷出高压水、压气和水泥浆等物质，把土层切割使之崩落与水泥浆混合，最后形成一种水泥与土的混合体。该固结体强度可达2-12兆帕，为加固前的几十到百倍，借以达到加固地基和防渗的目的。 喷射注浆时，带喷嘴的注浆管在喷射的同时向上提升。若注浆管不旋转，称为定喷；若只摆动一定角度而不旋转则叫摆喷；若旋转则为旋喷。 现代建筑工程中高层、

2、超高层建筑基础大部分采用桩基础，对于灰岩地区，由于工程地质条件较差，存在大量的土洞、软土层、溶洞、节理、裂隙等不良地质现象，往往极大地影响着桩基础的设计与施工，采用高压旋喷复合地基处理技术，解决了在岩溶地区挖孔桩、灌注桩、钻（冲）孔桩难于成桩且工期无法保证的技术难题，地基处理效果显著，克服了灰岩地区各种不良地质现象的影响，增加了基础工程的安全性。1. 功法特点：1.1施工机具设备简单，施工简便。1.2具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉。1.3噪声小，无污染。2.适用范围： 2.1高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。 2.2

3、 当土中含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、含大量植物根茎或有过多的有机质时，对淤泥和泥炭土以及已有建筑物的湿陷性黄土地基的加固，应根据现场试验结果确定其适用程度。应通过高压喷射注浆试验确定其适用性和技术参数。 2.3 高压喷射注浆法，对基岩和碎石土中的卵石、块石、漂石呈骨架结构的地层。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、地下水流速过大和已涌水的地基工程时，宜通过试验确定其适用性。2.4 高压喷射注浆法可用于既有建筑和新建建筑的地基加固处理、深基坑止水帷幕、边坡挡土或挡水、基坑底部加固、防止管涌与隆起、地下大口径管道围封与加固、地铁工程的土层加固或防水、水库大坝、海堤、江河堤防、坝体坝基防渗加固

4、、构筑地下水库截渗坝等工程。3.工艺原理及设计要求 3.1加固原理：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2040MPa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。3.1.1单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。高压泥浆泵浆桶水箱搅拌机水泥仓旋喷固结体注浆管钻机喷头图1 单管旋喷注浆示意图3.2成桩机理：高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用：3.2.1高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲

5、形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。3.2.2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，迫使土粒向着与喷咀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。3.2.3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。3.2.4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。渗透部分搅拌混合部分硬化剂主体部分图4 旋喷桩体固结情况图压缩部分3.3工艺设计要求：3

6、.3.1 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，应通过现场试验确定。当无试验资料时可参考表1选用。3.3.2 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。铁路、公路路基基底一般采用梅花形加固地基的分离桩形式。桩间距一般采用1.21.5m。公路设计规范规定，相邻桩的净距不应大于4倍桩径。表1 旋喷桩直径参考值（m） 喷注种类土的类别单管法二重管法三重管法

7、粘性土0N51.2±0.21.6±0.32.5±0.310N200.8±0.21.2±0.31.8±0.320N300.6±0.20.8±0.31.2±0.3砂土0N101.0±0.21.4±0.32.0±0.310N200.8±0.21.2±0.31.5±0.320N300.6±0.21.0±0.31.2±0.3砂砾20N300.6±0.21.0±0.31.2±0.3注：表中N为标准贯

8、入实测锤击数。图5：桩平面布置图 3.3.3设计承载力图（1）按桩身强度计算容许承载力：P= aA式中 P桩的容许承载力（kN）；a 桩体材料的强度折减系数，a=0.40.5；桩体材料7cm×7cm×7cm试件的室内平均抗压强度（kPa）；A 桩的横断面积。（2）按土体强度计算桩身容许承载力：P= fi li + AR式中 P桩的容许承载力（kN）；桩身截面周长，按桩的直径计算（m）；fi各土层的容许摩阻力（kPa）；li 各土层的厚度（m）；A桩底支承面积，按桩的直径计算（m）；R桩尖处的地基容许承载力（kPa）。（3）复合地基承载力。 式中 复合地基的容许承载力（kPa

9、）；P 单桩承载力（kPa）；R 桩间土天然地基承载力（kPa）；Ae 一根桩分担的荷载面积； Ap 一根桩的断面积；A 天然地基承载力折减系数，当不考虑桩间土作用时为0。3.3.4浆量计算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。（1）体积法：（2）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/m）。根据计算所需的喷浆量和设计的水

10、灰比，即可确定水泥的使用数量。3.3.5强度要求旋喷桩设计要求，成桩28天后抽芯取样进行无侧限抗压强度试验，抽检数为2%，并不小于2根，其无侧限抗压强度不得小于设计要求；地基加固后，复合地基承载力不得小于设计要求。4.施工工艺流程及操作要点4.1高压旋喷桩施工工艺流程：（见图6）。泥浆排放处理钻机就位调整钻架角度钻 孔插 管试 喷高压喷射注浆作业喷射结束拔 管桩机移位机具清理准备工作制 浆一级过滤二级过滤高压泵对浆液加压启动高压清水泵、空压机供水、风图6 施工工艺流程图4.2操作要点：4.2.1施工前准备工作：（1）在设计文件提供的各种技术资料的基础上作补充工程地质勘探，进一步了解各施工工点地

11、基土的性质、埋藏条件。（2）准备充足的水泥加固料和水。水泥的品种、规格、出厂时间经试验室检验符合国家规范及设计要求,并有质量合格证。严禁使用过期、受潮、结板、变质的加固料。一般水泥为425号普通硅酸盐水泥。水要干净，酸碱度适中，pH值在510之间。（3）根据补充勘探资料，在选择的试验工点加固范围内的各代表性地层用薄壁取土器采取必需数量的原状土送试验室，对取得的土样在进行试验之前应妥善保存，使土样的物理和化学性能尽可能保持不变。（4）室内配合比试验。根据设计要求的喷浆量或现场土样的情况，按不同含水量设计并调整几种配合比，通过在室内将现场采取的土样进行风（烘）干、碾碎，过25mm筛的粉状土样，按设

12、计喷浆量、水灰比搅拌、养护、力学试验，确定施工喷浆量、水灰比。一般水灰比可取1.01.5。为改善水泥土的性能、防沉淀性能和提高强度，可适当掺入木质素磺硫钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠、氯化钙、硫酸钠、陶土、碱等外掺剂。若试验之前土样的含水量发生了变化，应调整为天然含水量。（5）试桩试验。根据室内试验确定的施工喷浆量、水灰比制备水泥浆液在试验工点打设数根试桩，并根据试桩结果，调整加固料的喷浆量，确定搅拌桩搅拌机提升速度、搅拌轴回转速度、喷入压力、停浆面等施工工艺参数。（6）推土机、挖掘机配合自卸汽车清除地表0.3m厚的种植土，杂物，并将原地面按设计要求整平，填出路拱。根据施工现场实际情况，施作临时排

13、、截水设施，并在施工范围以外开挖废泥浆池以及施工孔位至泥浆池间的排浆沟。（7）按设计要求完成施工放样，用木桩定出桩位，用白石灰作出明显标识。4.2.2施工工艺（1）钻机定位。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%1.5%。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）制备水泥浆。桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，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

14、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。（3）插管。当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。当第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力（0.51.0MPa）边下管边射水。（5）提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值（2040MPa），坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提

15、升速度提升钻杆。（6）桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。（7）若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌：按上述46步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵（清水泵、空压机），停止水泥浆（水、风）的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。（8）清洗。向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。（9）移位。移动桩机进行下一根桩的施工。（10）补浆。喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结

16、体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。4.2.3单重管法的主要施工技术参数：浆液压力2040MPa，浆液比重1.301.49，旋喷速度20rmin，提升速度0.20.25m/min，喷嘴直径23mm，浆液流量80100L/min（视桩径流量可加大）。5.材料与设备5.1使用的主要材料：普通硅酸盐水泥（32.5R）、水、10#槽钢、75钢绞线、32（二级钢）5.2使用的主要机具设备见表2：表2 主要机具设备表设备名称型号规格单管法高压泥浆泵SNS-H300水流Y-2型液压泵20MPa50MPa高压水泵3XB型 3W6B50MPa3XB型 3W7B20MPa钻机工程地质钻振动钻泥浆泵

17、BW-150型7MPa空气压缩机0.8MPa，3m3/min泥浆搅拌罐200L/min注浆管高压胶管1922mm工作压力6.质量控制6.1旋喷桩施工质量要求应满足表4要求：表4 旋喷桩施工质量标准表序号项目允许偏差检查数量检查方法及说明1固结体位置（纵横方向）50mm抽检2%，但不少于2根用经纬仪检查（或钢尺丈量）2固结体垂直度1.5%用经纬仪检查喷浆管3固结体有效直径±50mm开挖0.51m深后尺量4桩体无侧限抗压强度不小于设计规定钻芯取样，做无侧限抗压强度试验5复合地基承载力不小于设计规定抽检2，但不少于1处平板荷载试验6渗透系数不小于设计规定按设计要求数量加固体内或围井钻孔注（

18、压）水试验注：钻芯取样做桩体无侧限抗压强度试验、复合地基平板荷载试验和渗透系数试验应在成桩28天后进行，若设计有其他要求，按设计要求的时间进行检查。6.2质量控制要点：（1）正式开工前应认真作好试桩工作，确定合理的施工技术参数和浆液配比。（2）旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。（3）钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有1020cm的搭接长度，避免出现断桩。（4）在旋喷过程中，如因机械出现故障中断旋喷，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。（5）制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随

19、意改变。在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀，浓度降低。不得使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。（6）在旋喷过程中，若遇到孤石或大漂石，桩可适当移动位置（根据受力情况，必要时可加桩），避免畸形桩或断桩。（7）旋喷过程中，应按表4的要求作好施工记录。表4 旋喷注浆记录表工程名称钻孔机具高压泵型号空压机型号水泵型号注浆管直径喷嘴孔径喷嘴个数设计提升速度设计旋转速度设计注浆量浆液配比水泥标号注浆孔编号旋喷深度（m）实际有效长度（m）旋喷时间（时分）旋转速度（r/s）提升速度（m/s）旋喷压力（MPa）注浆量（m3）冒浆量及残液状态供水压力（M

20、Pa）供风压力（MPa）旋喷日期开始结束现场负责人： 记录人：6.3质量通病的处理（1）不冒浆或冒浆量少：通常原因是加固土层粒径过大，孔隙较多，可采取以下措施：1）加大浆液浓度，可以从1.1加大到1.3左右继续喷射。2）灌注粘土浆或加细砂、中砂，待孔隙填满后再继续正常喷射。3）在浆液中掺加骨料。4）加泥球封闭后继续正常喷射。5）灌注水泥砂浆后，再将孔内水泥浆置换成粘土浆，待孔隙填满后继续正常喷射。（2）冒浆量过大：通常是有效喷射范围与喷浆量不适应有关，可采取以下措施：1）提高喷射压力。2）适当缩小喷嘴直径。3）适当加快提升速度。由于冒浆量中含有地层颗粒和浆液的混合体，目前对冒浆中的水泥的分离回

21、收尚无适宜方法，在施工中多采用过滤、沉淀、回收调整浓度后再利用。（3）凹穴处理：1）在喷射灌浆完毕时，即连续或间断地向喷射孔内静压灌注浆液，直至孔内混合液凝固不在下沉。2）在喷射灌浆完成后，向凝固体与其上部结构之间的空隙进行第二次静压灌浆，浆液的配比应为不收缩且具有膨胀性的材料，如采用水泥水铝粉的配比为9.86.90.3的浆液。7.安全措施 7.1认真学习中华人民共和国安全生产法。遵守国家安全生产法律、法规，加强安全生产管理，认真贯彻执行“安全第一、预防为主”的方针。建立安全生产制度，保证安全生产。 7.2以国家安全生产法律、法规、条例、决定为基础，按照主管部门的安全生产管理目标和要求，实行条

22、款结合，分级管理的原则，把施工安全放在首位，确保施工生产安全。 7.3加强安全生产宣传教育，提高安全生产意识，重点进行以下方面的安全教育。7.4施工前先平整场地，挖好排浆沟，桩机定位后应保持水平、稳固，其垂直度不得大于0.5%。 7.5喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。输送喷射液的高压胶管的工作压力不低于喷射泵压，管路系统的密封圈必须良好，各通道和喷咀内不得有杂物，安全阀中的安全销要进行试压检验，确保正常使用，一旦发生故障，要停泵停机排除故障。7.6要预防风、水喷嘴在插管时被泥砂堵塞，可在插管前用一层薄塑料膜包扎好。如发生喷嘴堵塞，应关机卸杆提钻，然后通咀，严禁在工作状态下手持铁丝正面通咀。

23、7.7高压旋喷注浆，应先空载起动空压机，待运转正常后，再空载起动高压泵，同时向孔内送风和水，至风量和泵压逐渐升高至规定值，然后开动注浆泵向孔内送清水，待泵量泵压正常后，方可将注浆泵的吸浆管移至储浆桶注浆。7.8浆液材料不得受潮变质，不用结块或过期水泥，外加剂要分开存放。浆液材料及外加剂均应采用无毒材料。7.9在喷射过程中，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

24、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。7.10喷射注浆中需拆卸注浆管时，应先停止提升和回转，并停止送浆，然后逐渐减少风量和水量，至停机。7.11喷射注浆完毕后，卸下的注浆管立即用清水冲洗干净，拧上堵头，注浆泵、管路、搅拌机都用清水清洗干净，压气管路和高压泵管路分别用送风、送水冲洗干净。8.环保措施（1）水泥、石灰细颗粒散体材料，应遮盖存放；运输时必须封闭覆盖，不得沿途撒落。（2）制定洒水防尘措施，指定专人负责现场洒水降尘。（3）采取有效降噪措施。（4）不得随意排放废弃的加固料。9.效益分析现以笔者施工过的一个工程为例来进行比较。该工程基坑采用钻孔灌注桩工艺支护，基坑长度为1

25、20米，桩径为800毫米，桩长为13.5米，混凝土总方量为1020 m3，按照山东省96定额计算基价为960元/m3，材料价差调整后的价格为1100元/m3，总造价为112.2万元。采用旋喷桩工艺后，桩长变为12米，桩径为550毫米，经测算后的造价为100万元。与灌注桩工艺比较节约了造价，而且施工工期得到了提前。10.应用实例 笔者参与建设的东营奥体中心项目游泳馆工程，建筑面积为6629，地下一层，基坑支护采用了高压旋喷桩工艺，采用该工艺的基坑深度为9.2米。土质情况自上往下依次为：杂填土，层底埋深3.7米；粉质粘土，层底埋深6.2米，fak=125kpa，Es=5.2MPa；粘土，层底埋深7

26、米，fak=130kpa，Es=5.0MPa；含姜石粉质粘土，层底埋深7.8米，fak=160kpa，Es=5.9MPa；粉土，层底埋深12.6米，fak=140kpa，Es=7.3MPa；粉质粘土，层底埋深15.2米，fak=150kpa，Es=5.7MPa。十一、结束语通过该工程实例的应用，可以发现旋喷桩工艺与钻孔灌注桩工艺比较有较多的优点，在地质条件合适的情况下，可以优先考虑采用。目录前言·················

27、;····································11. 工法特点············

28、83;································22. 适用范围················&

29、#183;····························23. 工艺原理及设计要求···················

30、··············34. 工艺流程及操作要点································105. 材料与设备&

31、#183;·········································146. 质量控制······

32、3;·····································157. 安全措施············································188. 环保措施·······