高壓旋噴樁 應(yīng)用技術(shù)

1、2002年度深基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)交流高壓旋噴樁在濕陷性黃土地基加固中的應(yīng)用技術(shù)劉全清中鐵十四局集團(tuán)三公司 山東兗州 高壓旋噴樁在濕陷性黃土地基加固中的應(yīng)用技術(shù)劉全清（中鐵十四局集團(tuán)三公司 山東兗州 ）摘 要：介紹在濕陷性黃土地基加固中高壓旋噴樁設(shè)計(jì)參數(shù)的確定和施工工藝要點(diǎn)及質(zhì)量檢驗(yàn)等。關(guān)鍵詞：旋噴樁 地基加固 濕陷性 黃土1 前言 高壓旋噴樁地基加固技術(shù)，是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20MPa左右的高壓水流從噴嘴中噴射出來(lái)，沖擊破壞土體，同時(shí)鉆桿以一定速度向上提升，將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個(gè)固結(jié)體。該技術(shù)應(yīng)用廣泛，具有施工方便，

2、工藝簡(jiǎn)單，地基加固見(jiàn)效快，耐久性好，施工工期短等優(yōu)點(diǎn)。利用該技術(shù)對(duì)濕陷性黃土地基加固，可以提高并保持地基的抗剪強(qiáng)度，重組土體結(jié)構(gòu)，改善土的變形性質(zhì)，減少沉降，通過(guò)固結(jié)原理和擠壓作用消除黃土的濕陷性，同時(shí)也可起到阻截地下水流，減少振動(dòng)，防止液化或流砂等作用，從而很好的解決濕陷性黃土地基對(duì)工程的諸多病害。2 地質(zhì)特性 黃土是第四紀(jì)干旱、半干旱氣候條件下，陸相沉積的一種特種土。濕陷性黃土地層一般具有下列工程特點(diǎn)：（1）顏色呈淡黃、灰黃、棕黃或棕紅色；（2）具有多孔性，孔隙比一般為0.71.1，有肉眼能看到的大孔隙，在自重或一定荷重作用下受水侵濕后，土體結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下沉。（3）質(zhì)地均勻

3、，顆粒成分以粉粒為主，無(wú)明顯層理，具垂直節(jié)理。（4）土體中含鈣質(zhì)結(jié)核，并含有少量中溶鹽和易溶鹽，對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具侵蝕性。（5）天然狀態(tài)下，含水率低，遇水易崩解、剝蝕，土體處于堅(jiān)硬、硬塑和可塑狀態(tài)，承載力一般較大，但建造工程后，建筑物覆蓋地基，水份轉(zhuǎn)移致使含水量接近塑限含水量，或由于地基侵水和地下水上升使得地基土含水量增大甚至達(dá)到飽和，承載力急劇降低。（6）表層一定厚度內(nèi)具濕陷性，易產(chǎn)生潛蝕形成陷穴。在自重和工作荷載作用下地基變形除正常的排水固結(jié)沉降外還具有重要工程意義的振陷與濕陷。（7）地基土達(dá)到飽和，易發(fā)生較大的動(dòng)變形，甚至表現(xiàn)出類似砂土液化的現(xiàn)象。 以隴西地區(qū)某雙線鐵路橋臺(tái)工程為例，列車活載為

4、中-活載，該橋臺(tái)基礎(chǔ)位于河岸陡坎上臺(tái)階地，工程場(chǎng)地黃土地質(zhì)特征為砂質(zhì)黃土厚約19m，地基承載力150kPa,其下為圓礫土，地面9m以下為飽和土。土樣試驗(yàn)結(jié)果為級(jí)自重濕陷，天然密度1.68-1.74g/cm3,天然含水量17.8-18.7 %,液限25.7-27.8%,塑限15.5-15.9%,孔隙比0.87-0.92,標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)5-16。3 方案設(shè)計(jì) 3.1旋噴直徑（d） 一般應(yīng)根據(jù)估計(jì)直徑來(lái)選用噴射注漿種類和噴射方式, 估計(jì)直徑應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)確定。建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-91）給出了標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)（N）與旋噴直徑（d）的關(guān)系。本工程選定中間偏小值d=0.5m。 3.2地基承載力計(jì)

5、算 根據(jù)（JGJ79-91）規(guī)范規(guī)定,用旋噴樁處理的地基,宜按復(fù)合地基設(shè)計(jì),但當(dāng)用作擋土結(jié)構(gòu)或樁基時(shí),可按加固體獨(dú)立荷載計(jì)算。此工程采用兩種方法分別檢算。 3.2.1按加固體獨(dú)立荷載計(jì)算 Rdk=nfcukAP,式中Rdk單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值n強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.30-0.50fcuk樁體強(qiáng)度,根據(jù)蘭州地區(qū)旋噴樁資料分析,軟土地層中旋噴樁體試塊強(qiáng)度均在3.5Mpa以上，由于本工程地基具部分飽和土，故取fcuk=3.5MpaAP樁體面積3.2.2按復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算fsp,k=Rkd+fs,k(Ae-Ap)/Ae, 式中fsp,k-復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rkd-單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，通過(guò)現(xiàn)

6、場(chǎng)荷載實(shí)驗(yàn)確定fs,k樁間地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值樁間天然地基土承載力折減系數(shù)，可取0.2-0.6，或由試驗(yàn)確定。Ae1根樁承擔(dān)的處理面積Ap樁的平均截面積3.3沉降計(jì)算旋噴樁的沉降計(jì)算為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)復(fù)合土層以及下臥層地基變形值之和,按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ7-89）規(guī)定進(jìn)行，式中復(fù)合土層的彈性模量按（JGJ79-91）規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。3.4布樁形式由于本設(shè)計(jì)是主要控制沉降和消除地基土濕陷性，因此采用梅花型滿堂布置，樁距1.2M，從而保證整體全面積改變土體結(jié)構(gòu)。3.5樁長(zhǎng)及漿液保證樁體進(jìn)入圓礫土不小于0.5m,統(tǒng)一樁底標(biāo)高，樁長(zhǎng)20m。漿液以水泥漿為主劑，水灰比采用1：1，摻入起早強(qiáng)作用的三乙醇胺

7、0.05%和1%食鹽。3.6施工參數(shù)（1）漿液噴嘴直徑2.8mm（兩個(gè)）。（2）噴射壓力20MPa。（3）注漿管直徑42mm。（4）鉆頭旋轉(zhuǎn)速度22r/min。（5）鉆頭提升速度25cm/min。（6）漿液流量100L/min。4 施工關(guān)鍵技術(shù)4.1作業(yè)程序：采用單管法旋噴施工，機(jī)具使用鐵研TY-76型振動(dòng)鉆，接管搭接30CM。（1）鉆機(jī)定位：旋噴施工前，應(yīng)首先進(jìn)行場(chǎng)地平整和樁位布置并做好排水設(shè)施，然后鉆機(jī)定位，管架安放平穩(wěn)，旋噴管允許傾斜度小于1.5%。（2）鉆孔：用低壓1.0N/MM清水或粘土漿噴射，邊噴邊回轉(zhuǎn)鉆桿，使鉆頭鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高，當(dāng)遇到堅(jiān)硬地層或障礙物時(shí)，要摸清情況，采取地質(zhì)鉆等措施

8、。鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置的偏差小于50mm。（3）橫向噴射：鉆孔結(jié)束，用鋼球或壓差閥關(guān)閉噴出孔，接通管路壓送漿液，高壓漿液從特制鉆頭側(cè)面噴嘴射出。（4）旋噴：按照預(yù)定的旋噴參數(shù)先進(jìn)行試噴，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，繪制作業(yè)過(guò)程曲線，優(yōu)化參數(shù)，保證符合設(shè)計(jì)要求檢查并排除故障。（5）回轉(zhuǎn)提升：噴嘴回轉(zhuǎn)、提升，形成旋噴樁。（6）沖洗：噴射完畢后，把注漿管等機(jī)具設(shè)備沖洗干凈，漿液換成水，進(jìn)行清洗噴射，泥漿泵及管路內(nèi)不得存有水泥漿。（7）形成旋噴樁體，將鉆機(jī)等設(shè)備移至新孔位。4.2施工要點(diǎn)（1）把好漿液質(zhì)量關(guān)，及時(shí)進(jìn)行流動(dòng)度、粘度的檢驗(yàn)，保證漿液配比，確保其可噴性和穩(wěn)定性。（2）控制好鉆頭旋轉(zhuǎn)速度，避免速度過(guò)低，固結(jié)形成螺

9、旋狀、不完整的圓柱狀體，強(qiáng)度低；速度過(guò)高，從噴嘴噴出的液體形成射流束的向心力劇增，減少了射流對(duì)地層的破壞力量，樁徑偏小。（3）鉆頭提升速度應(yīng)控制在高壓噴射中能使水泥漿液和土層充分?jǐn)嚢?，既保證噴射流和土體接觸時(shí)間充分，固結(jié)體均勻，強(qiáng)度最佳，又避免漿液用量大，返漿多，造成浪費(fèi)。（4）旋噴施工過(guò)程中，要經(jīng)常隨機(jī)開(kāi)挖出成樁體1M左右，以便檢查旋噴質(zhì)量，及時(shí)調(diào)整旋噴參數(shù)。（5）合理布置場(chǎng)地，機(jī)具設(shè)備配套要緊密聯(lián)系，盡量縮短高壓輸送距離。群樁施工，應(yīng)先施工中心樁，然后對(duì)稱施工邊樁，以保證相鄰邊樁、中心樁初凝后，具有一定抗沖擊力，不被邊樁施工時(shí)穿過(guò)裂隙的強(qiáng)大射流破壞掉。（6）施工過(guò)程中不停觀察，若返漿超過(guò)2

10、0%或根本不冒漿，要及時(shí)調(diào)整鉆頭旋轉(zhuǎn)速度和提升速度。當(dāng)不返漿時(shí)，可能是有較大孔隙或暗穴，應(yīng)調(diào)查實(shí)際情況，漿液增加速凝劑或加大注漿量。（7）旋噴施工頂部樁長(zhǎng)應(yīng)有一定的預(yù)留量，以便保證樁長(zhǎng)及樁身頂部質(zhì)量，樁頂部應(yīng)保證足夠厚度的埋深，以保證旋噴效果。5 質(zhì)量檢查 旋噴樁施工完后，隨機(jī)抽取總數(shù)的25%的樁進(jìn)行檢驗(yàn)，主要內(nèi)容包括固結(jié)體的整體性、均勻性，有效直徑，垂直度，強(qiáng)度特性等。檢驗(yàn)方法可采用開(kāi)挖檢驗(yàn)、鉆孔取芯、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、載荷試驗(yàn)等。經(jīng)檢驗(yàn)，樁徑0.63-0.82m，大于設(shè)計(jì)值，無(wú)側(cè)限平均抗壓強(qiáng)度15.4Mpa，實(shí)際測(cè)量沉降11mm。結(jié)果表明利用高壓旋噴樁技術(shù)對(duì)濕陷性黃土地基加固，符合設(shè)計(jì)要求，同

11、時(shí)改良了飽和黃土地層段，有效的控制了動(dòng)變形。6 結(jié)論實(shí)踐證明，利用高壓旋噴樁技術(shù)對(duì)濕陷性黃土地基進(jìn)行加固的效果是顯著的，大大改善了濕陷性黃土地基的不良工程病害，但其費(fèi)用較高，要做好方案比選，它更適用于場(chǎng)地狹窄，不宜進(jìn)駐大型機(jī)具設(shè)備者，或場(chǎng)地處于陡坎坡地時(shí)不宜強(qiáng)夯處理，對(duì)于中、小型結(jié)構(gòu)地基和既有建筑物地基加固較為經(jīng)濟(jì)合理。183車站箱涵基底加固處理設(shè)計(jì)采用旋噴樁加固處理。(1) 旋噴樁施工方法和技術(shù)措施根據(jù)地層特性選用三重管高壓旋噴機(jī)進(jìn)行施工，施工采用4臺(tái)旋噴機(jī)施工。旋噴樁施工的工藝流程如下：測(cè)量定位旋噴機(jī)就位插入三重管旋噴、提升移機(jī)至下一樁位旋噴樁施工的工藝流程圖(2) 施工方法和質(zhì)量措施 清

12、理平整場(chǎng)地，挖泥漿沉淀池，沉淀池體積不小于50m3，放樣旋噴樁樁位，并作好標(biāo)記。 旋噴機(jī)就位，調(diào)試風(fēng)、水、水泥漿及管線，使水壓大于20Mpa，水流量大于70L/min，使空氣壓力大于0.7Mpa，排量大于1.53m3/min。 按設(shè)計(jì)的壓力進(jìn)行旋噴，提升速度為10cm/min，旋噴時(shí)除水、氣達(dá)到上述要求外，注漿泵壓力1Mpa，排量大于100L/min。漿液根據(jù)配方試驗(yàn)確定，漿液材料按工程進(jìn)度進(jìn)行配料。 旋噴高度至頂標(biāo)高以上0.30.8m處停機(jī)，將旋噴管提出地面，移機(jī)至下一樁位。旋噴樁施工的機(jī)械配備如下表：旋噴樁施工的主要機(jī)械配備表名 稱性 能數(shù)量用 途高壓泵3W-TB4高壓柱塞泵，帶壓力流量計(jì)

13、2臺(tái)高壓水助噴泥漿泵水泥漿液流壓力宜大于1Mpa，2套旋噴注漿空壓機(jī)壓力0.7Mpa排量6m3/min2臺(tái)旋噴用氣旋噴機(jī)MG-502臺(tái)成樁施工注意事項(xiàng)(1) 施工前檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，其壓力和流量必須滿足設(shè)計(jì)要求。注漿管及噴嘴不得有任何雜物，接頭密封圈良好。(2) 鉆孔與設(shè)計(jì)位置的偏差不大于5cm，傾斜度不大于1.5%。(3) 水泥漿在旋噴前1小時(shí)內(nèi)拌制，水灰比宜用1:1，旋噴過(guò)程中耗漿量控制在1025%，由下往上噴漿，注漿管分段提升的搭接長(zhǎng)不小于100mm，相鄰兩樁施工間隔時(shí)間大于二天且大于2m距離。(4) 噴射時(shí)做好壓力、流量和冒漿量的量測(cè)工作，并做好記錄。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用采用旋噴樁止水帷

14、幕-f800鉆孔樁-網(wǎng)噴混凝土。10.2.1 f800鉆孔樁施工(1) 施工安排 施工總順序?yàn)楸ＷC交通疏解方案的貫徹實(shí)施，盡量減小對(duì)交通的影響，在車站終點(diǎn)向區(qū)間方向32m范圍內(nèi)首先進(jìn)行施工。然后再施工剩余的咬合樁。 機(jī)械設(shè)備選型為確保3個(gè)月內(nèi)完成區(qū)間第一施工段的任務(wù)，鉆孔樁施工投入MZ-1型全套管鉆機(jī)2臺(tái)和M-800全套管鉆機(jī)2臺(tái)，35t吊車2臺(tái)。液壓全套管鉆機(jī)的工作原理、鉆機(jī)的組成和特點(diǎn):a、該鉆機(jī)由吊車、主機(jī)、液壓工作站，沖擊抓斗及套筒組成。在鉆孔樁成孔過(guò)程中，以套管正反扭動(dòng)加壓下切，管內(nèi)抓斗取土，使套管壓入至樁的設(shè)計(jì)深度，形成全套管護(hù)壁成孔，實(shí)現(xiàn)速度快（該鉆機(jī)成樁時(shí)間約16小時(shí)左右），成

15、孔精度高及樁芯混凝土質(zhì)量好。b、當(dāng)套管通過(guò)相對(duì)富含水層時(shí)，鋼套管能有效地隔斷地下水。成孔后可干孔澆注樁芯鋼筋混凝土，確保樁芯混凝土高質(zhì)量，若滲水量超過(guò)1m3/h，也可按水下澆注混凝土工藝施工樁芯混凝土。c、該樁機(jī)較容易操作，套管切割和起拔能力較大，沉管在液壓系統(tǒng)和機(jī)械手的作用下垂直度能得到保證，成孔垂直精度可達(dá)3以上，能較高質(zhì)量地達(dá)到咬合樁的設(shè)計(jì)要求。鉆孔樁的施工順序4臺(tái)樁機(jī)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的1號(hào)線、6號(hào)線“十”字相交處，自內(nèi)四角向外沿南北方向同時(shí)施工。(2) 單機(jī)成單樁時(shí)間確定MZ-1型全套管鉆樁機(jī)，一般情況下單機(jī)成樁一根需12個(gè)小時(shí)左右：樁機(jī)就位20分鐘壓入校核第一節(jié)套管30分鐘壓管鉆進(jìn)成孔36

16、0分鐘吊放鋼筋籠20分鐘放入混凝土導(dǎo)管20分鐘灌注混凝土120分鐘拔套管移機(jī)30分鐘共10小時(shí)。考慮到施工過(guò)程中地質(zhì)條件變化等不可遇見(jiàn)因素的影響，單機(jī)成樁時(shí)間確定為12h。(3) 單機(jī)的施工順序單機(jī)的施工順序采取跳做法施工。 (4)鉆孔樁施工方法和技術(shù)措施 鉆孔樁施工工藝流程鉆孔樁施工工藝流程見(jiàn)鉆孔樁施工工藝流程圖。施工準(zhǔn)備、場(chǎng)地平整測(cè)量放樁位施工咬合樁頂混凝土導(dǎo)墻套管樁機(jī)就位對(duì)中吊裝安放第一節(jié)套管準(zhǔn)備、場(chǎng)地平整控制垂直度壓入第一節(jié)套管、校核垂直度抓斗取土套管鉆進(jìn)測(cè)量孔深清除虛土檢查孔底吊放鋼筋籠放入混凝土灌注導(dǎo)管澆注混凝土逐次拔管截 樁 頭檢 測(cè)施作冠梁驗(yàn)孔簽認(rèn)隱蔽簽認(rèn)制作鋼筋籠導(dǎo)管拼裝檢查

17、商品混凝土運(yùn)輸與泵送測(cè)定混凝土面標(biāo)高鉆機(jī)移位鉆孔樁施工工藝流程圖 鉆孔作業(yè)技術(shù)措施a、平整場(chǎng)地設(shè)置排水系統(tǒng)地面設(shè)4040cm排水溝每50m設(shè)43m集水井，橫向每20m布置一條3030cm水溝與縱向水溝相連接形成排水系統(tǒng)，地面整平到冠梁頂面標(biāo)高。鉆機(jī)工作面往外形成一定的坡度，防止積水，使鉆孔作業(yè)有良好的環(huán)境。b、測(cè)設(shè)樁位施工前與車站進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量，核對(duì)中心線方向和水準(zhǔn)基點(diǎn)，無(wú)誤時(shí)利用主體結(jié)構(gòu)的軸線位置，采用全站儀和水準(zhǔn)儀測(cè)量定位。為確保主體結(jié)構(gòu)有足夠凈空，樁位向基坑外放10cm，準(zhǔn)確定出有外放量的咬合樁樁位。c、樁頂鋼筋混凝土導(dǎo)墻施工導(dǎo)墻作用是使鉆孔樁準(zhǔn)確定位，確保鉆孔平穩(wěn)并承受部分施工荷載。根據(jù)

18、設(shè)計(jì)及液壓搖動(dòng)式全套管鉆機(jī)機(jī)體尺寸要求，以排樁軸線作為導(dǎo)墻中線，導(dǎo)墻采用素混凝土，導(dǎo)墻頂面力求平整。d、樁機(jī)對(duì)位、整平在混凝土導(dǎo)墻上支穩(wěn)鉆機(jī)，使樁機(jī)鉆頭中心準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)樁位中心，調(diào)整鉆機(jī)平整。e、套管垂直度控制鉆機(jī)對(duì)位后，吊安第一節(jié)套管，控制套管安放的垂直度，并通過(guò)互相垂直的兩臺(tái)經(jīng)緯儀復(fù)核后，方可開(kāi)鉆，成孔的全過(guò)程均由兩臺(tái)經(jīng)緯儀監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)傾斜及時(shí)糾正，允許垂直度偏差3。f、鉆進(jìn)靠樁機(jī)的液壓系統(tǒng)，正反扭轉(zhuǎn)下壓套管，管內(nèi)沖抓出土，套管內(nèi)始終保持1m左右的土，套管到樁底成孔，然后澆注混凝土。g、清孔檢查鉆進(jìn)中丈量套管頂至地面的長(zhǎng)度，可準(zhǔn)確計(jì)算套管入土深度，套管入土深度應(yīng)確保超過(guò)設(shè)計(jì)孔深20cm以上。當(dāng)確

19、認(rèn)套管入土深度符合設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)進(jìn)行孔內(nèi)虛土和沉碴的清除，并確?？變?nèi)沉碴厚不得大于10cm。孔底若遇砂層或有翻砂出現(xiàn)，套管應(yīng)繼續(xù)下壓再超深取土、砂1.0m以上，并在孔內(nèi)投放粘土夯擊，確保樁體底端混凝土質(zhì)量。h、鋼筋籠加工、吊裝鋼筋籠制作允許偏差按下表的規(guī)定執(zhí)行。鋼筋籠制作及保護(hù)層允許偏差項(xiàng) 次項(xiàng)目允許偏差/mm1主筋間距102箍筋間距203鋼筋籠直徑104鋼筋籠長(zhǎng)度505鋼筋籠保護(hù)層20鋼筋籠加工時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)滿足上表要求，縱向鋼筋采用閃光對(duì)焊，箍筋點(diǎn)焊于鋼筋籠縱向鋼筋上。鋼筋籠的主筋凈保護(hù)層不宜小于設(shè)計(jì)要求，其允許偏差為20mm。鋼筋籠吊運(yùn)時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)措施防止扭轉(zhuǎn)、彎曲，安裝鋼筋籠時(shí)，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔位，吊直扶穩(wěn)，緩慢下放，避免碰撞孔壁，就位后立即固定。為加快施工進(jìn)度，縮短鋼筋籠吊裝時(shí)間，鋼筋籠一次加工到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，吊裝時(shí)采用30t吊車吊裝，每個(gè)鋼筋籠吊三個(gè)吊點(diǎn)，主勾吊鋼筋籠頂部吊點(diǎn)，副勾吊后2吊點(diǎn)，鋼筋籠起吊后在空中將鋼筋籠倒轉(zhuǎn)豎立垂直，解開(kāi)副勾，由主勾將鋼筋籠垂直吊入樁