浅谈高压旋喷桩加固地基施工技术

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　　摘要：通过对昆明市西坝路改扩建工程下穿沪昆铁路段框架桥地基进行高压旋喷桩加固工程的施工实例，叙述高压旋喷桩施工技术。
　　关键词：框架桥 高压旋喷桩 地基加固 地基土 承载力 施工技术
　　
　　1工程概况
　　昆明市西坝路改扩建工程下穿沪昆铁路段框架桥工程为机动车道（上、下行各一个框架桥）、非机动车道和西坝河改移共4个下穿框架桥，框架布置见图1。本框架桥工程范围内地质条件较差，为典型的昆明古滇池湖相动态旋洄沉积地层特征。框架桥底部的地基承载力为110KPa，设计要求≥180KPa。主要加固措施为通过高压旋喷桩施工对框架桥地基进行构造性加固，见图2。
　　
　　图1框架桥平面布置图
　　
　　图2 框架基底采用旋喷桩加固示意图
　　2旋喷桩施工特点
　　高压旋喷桩是通过旋转钻机、水泥浆搅拌系统、高压注浆系统、空压机系统等设备，将水泥浆变成高速旋转的水泥浆喷射流，在此高压喷射流的作用下对土体劈裂、渗透，使水泥浆与原土体均匀搅拌混合在一起，凝固后形成圆柱状水泥土加固体。高压旋喷桩加固地基的主要优点如下：
　　1）受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂黏性、硬化剂硬化时间影响较小，可广泛应用于淤泥、软弱黏性土、砂土甚至砂卵石等多种土质；
　　2）可采用价格便宜的水泥作为主要硬化剂，加固体的强度较高；
　　3）可以有计划地在预定范围内注入必要的浆液，形成一定间距的桩，或连成一片桩或薄的帷幕墙，加固深度可自由调节，连续或者分段布置；
　　4）采用相应的钻机，不仅可以形成垂直的桩，也可形成水平或倾斜桩；
　　5）可以作为施工中的临时措施，也可作为永久建筑物的地基加固，尤其是在对邻近铁路、地铁及旧建筑物需加以保护时，这种方法能发挥其特殊作用。
　　3施工的主要施工技术参数：
　　1）成桩桩径为500mm；
　　2）喷射压力为20MPa；
　　3）加固硬化剂采用32.5级矿渣水泥，水泥用量为200kg/m；
　　4）水灰比为1:1，掺入氯化钙为水泥重量的4%；
　　5）钻杆提升速度为21cm/min，喷嘴旋转速度为24r/min，流量100L/min；
　　4施工工序
　　1）测量放线：按照设计图纸放出施工边桩，确定施工范围。
　　2）钻机就位：钻机安放在设计的孔位上并保持垂直，旋喷管的倾斜度不大于1.5%。
　　3）钻孔：用锤击或振动打入土层中。钻孔的位置与设计的偏差不得大于50mm。
　　4）插管：钻机钻孔完毕后，拔出岩芯管，换上旋喷管插入预定深度。
　　5）喷射作业：喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业，钻杆的提升和旋转必须连续不断。
　　6）冲洗：喷射施工完毕后，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施工要点
　　1）喷注中途发生机械故障时，应停止提升和喷射以防桩体中断，同时立即排除故障。
　　2）冒浆的处理：在旋喷过程中，往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沾着注浆管管壁冒出地面，当冒浆（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采取相应措施：
　　A、若地层中有较大空隙引起的不冒浆，则应在浆液中掺加适量的速凝剂，或在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常施工。
　　B、冒浆过大的原因，一般是有效喷射范围与注浆量不相应，注浆量大大的超过旋喷固结所需的浆量所致。
　　3）由于浆液析水、收缩，固接体顶部有可能出现凹穴，一般深0.3m～1.0m，必须立即消除。
　　6施工技术控制措施
　　1）本工程旋喷桩径为φ500mm，采用单管旋喷法，旋喷机械就位时机座要平稳，立轴或转盘与孔位对正，倾角与设计误差不得大于0.5°。
　　2）喷射注浆前检查高压设备和管路系统，设备的压力和排量必须满足没计要求。
　　3）喷射注浆时要注意准备，开动注浆泵，自下而上喷射注浆。
　　4）喷射注浆管时，开机顺序也要遵守上述规定。旋喷时，先将孔内套管上提至设计旋喷体顶高程，让其脱离旋喷段。然后将喷管下入孔底，按先送气、后输浆、喷管原位旋转的步骤进行，自下而上进行旋喷作业，直至设计桩顶高程。
　　5）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，应及时用水灰比为0.6:1～1:1的水泥浆进行补灌。并要预防其它钻孔排出的泥土或杂物进入。
　　6）为了加大固结体尺寸，或对深层硬上为避免固结体尺寸减小，可以采用提高喷射压力、泵量或降低回转与提升速度等措施，也可采用复喷工艺。
　　7施工质量保证措施
　　1）根据地基加固深度选择合适的、配有计量器具的旋喷机，按设计的桩位、桩长、喷浆量以及试桩确定的参数施工，桩位允许偏差为±10cm，桩长不小于设计值，垂直度偏差不大于1.5%，旋喷量偏差不大于室内配方值的8%，桩体强度不低于设计值。
　　2）材料按设计要求选定。水泥采用矿渣水泥，不使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。固化剂浆液严格按预定的配合比拌制，制备好的浆液不离析，不停置时间过长，
　　3）所用的水泥浆，水灰比要按设计规定不得随意更改，在喷射注浆过程中应采取措施防止水泥浆沉淀。
　　4）喷射注浆前要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足设计要求，注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，注浆管接头的密封要良好。
　　5）喷射注浆时，需拆卸注浆管时，先立即停止送浆，然后逐渐减少风量和水量，最后停机，拆卸完毕，继续喷射时，注浆的孔段要与前段搭接至少0.1米，以防固结体脱节，造成断桩。
　　6）全部桩身施工完后进行基槽开挖，测量检查桩身偏位、桩顶标高、开挖标高等情况；采用取样做无侧限抗压强度试验检测单桩承载力，平板荷载试验检测复合地基承载力，如未达到设计要求时可旁边补加桩或其他加固措施。
　　7）在施工过程中，要求试验人员及施工员一直在现场，确保水泥桩的质量。
　　8 施工安全保证措施
　　1）严格执行国家、企业等有关的安全政策、法律法规、制度及各项安全操作规程；
　　2）施工前做好技术交底、安全技术交底；
　　3）所有参与施工的人员必须经过系统的安全培训；
　　4）高压喷射注浆是在高压下进行，必须保证高压液体和压缩空气管道的耐久性、管道连接的可靠性；
　　5）在地基中旋喷一般不会对喷嘴附近的管道产生破坏现象，但钻孔时则应事先做好调查，以免损坏地下埋设管道等；
　　6）必须严格按照使用用电安全规定，不得将电缆浸泡于水中或水泥浆中，防止电缆漏电伤人等。
　　9 施工质量检测
　　高压旋喷桩加固体在地层下直接形成，属于隐蔽工程，因而不能直接观察到旋喷桩体的质量。目前我国常用的质量检查有开挖检查、室内试验、钻孔检查、荷载试验。
　　1）开挖检查
　　旋喷完毕，待旋喷体凝固具有一定强度后，即可开挖。这种方法能比较全面地检查旋喷体固结的质量，也是检查固结体垂直度和固结形状的良好方法，但此方法开挖工作量很大，很多场地不适合开挖，一般用于开阔的浅层；
　　2）室内试验
　　在设计过程中，先进行场地地质勘查，并取得现场地基土，以标准稠度求得理论旋喷固结体的配合比，在室内制作标准试件，进行各种力学物理性的试验，以求得设计所需的理论配合比。在施工时可依次作为浆液配方指导现场施工。
　　3）钻孔检查
　　A、须由专门的检测单位进行旋喷桩质量检测。各项检验在成桩龄期28d后进行，也可根据具体情况采用在未凝固的状态下进行“软取芯”。钻芯取样试验前需凿除桩顶0.5m软桩头。
　　B、对已经施工完毕的搅拌桩进行抽芯试验，用于评价桩身质量，如抗压强度、含灰量、坚硬程度、搅拌均匀性等。抽芯检验桩的数量为总数的1%，且每个施工作业点不少于6根；如仍出现不合格桩，则应查清范围，采取必要的补救措施。
　　4）荷载试验
　　在对旋喷桩固结体进行荷载试验之前，应对固结体的加载部位进行加强处理，以防加载时固结体受力不均匀而损坏。
　　10 结论
　　本工程中，使用高压旋喷桩加固框架桥地基，通过复合地基检测报告、钻芯取样试验报告等试验资料表明，地基土承载力大大提高，达到设计要求，加固体桩体完整性良好，加固体桩长、强度均达到设计要求。高压旋喷桩施工是一种加固地基、提高地基土承载力的一种有效、简单的方法，但在施工中仍有几点需注意：
　　1）设计喷射参数为理论值，必须在施工前根据不同的地基条件通过试验桩确定准确施工参数；
　　2）施工时应跳桩施工，防止刚施工好的旋喷桩由于邻桩的施工压力过大而受到破坏。
　　3）施工质量控制受人为因素影响较大，且目前我国尚无全部使用仪表控制施工；
　　4）设计计算不确定的因素较多，需要设计人员、施工人员具有丰富的经验才能达到良好的加固效果；
　　5）质量检验方法有待进一步完善。高压旋喷桩施工由于他自身的特殊性，加固的效果常常难以准确的检测和评价。
　　
　　参 考 文 献
　　
　　[1] 殷宗泽、龚晓南•地基处理工程实例[M]•北京：水利水电出版社，2000，07。
　　[2] 建设部•JGJ79-2002. 建筑地基处理技术规范[S]•北京：中国建筑工业出版社，2008，04。
　　
　　
　　作者简介：梁兵新，中铁二十五局集团柳州公司项目副经理，工程师。从事专业：路桥工程。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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