8、高壓旋噴樁施工工藝工法(20210422063558)

1、高壓旋噴樁施工工藝工法 1前言 1.1工藝工法概況 高壓旋噴樁施工技術(shù)是70年代日本首先提岀，它是在靜壓灌漿的基礎(chǔ)上，引進(jìn)水力 采煤技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的，是利用射流作用切割摻攪地層，改變?cè)貙拥慕Y(jié)構(gòu)和組成，同時(shí) 灌入水泥漿或復(fù)合漿形成凝結(jié)體，借以達(dá)到加固地基和防滲的LI的。70年代初期，日本 最先把高壓噴射技術(shù)用于地基加固和防水帷幕，形成一種特殊的地基加固技術(shù)，即所謂CCP 工法（Chemical Churning Pile）。此后，70年代中期乂開(kāi)發(fā)了同時(shí)噴射高壓漿液和壓縮 空氣的二重管法，最后形成噴射高壓清水、壓縮空氣和低壓漿液的三重管法。U前，高壓 旋噴樁施工在世界各地得到廣泛應(yīng)用。 1.2

2、 1藝原理 1.2. 1高壓噴射注漿法是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)土層的預(yù)定位置后，以高 壓設(shè)備使?jié){液或水、（空氣）成為2040MP&的高壓射流從噴嘴中噴射出來(lái)，沖切、擾動(dòng)、 破壞土體，同時(shí)鉆桿以一定速度逐漸提升，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)圓柱狀固結(jié)體（即旋噴樁），以達(dá)到加固地基或止水防滲的目的。 1.2.2根據(jù)噴射方法的不同，噴射注漿可分為單管法、二重管法和三重管法。 1單管法：?jiǎn)螌訃娚涔?，僅噴射水泥漿。 2. 二重管法：乂稱漿液氣體噴射法，是用二重注漿管同時(shí)將高壓水泥漿和空氣兩種 介質(zhì)噴射流橫向噴射出，沖擊破壞土體。在高壓漿液和它外圈壞繞氣流的共同作用下，破

3、 壞、沖切土體形成固結(jié)體。 3. 三重管法：是一種漿液、水、氣噴射法，使用分別輸送水、氣、漿液三種介質(zhì)的 三重注漿管，在以高壓泵等高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生高壓水流的周?chē)h(huán)繞一股圓筒狀氣流，進(jìn)行 高壓水流噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大的空隙，再山泥漿泵將水泥漿以較低 壓力注入到被切割、破碎的土體中，噴嘴作旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動(dòng)，使水泥漿與土混合，形成較 大的固結(jié)體。 4. 單管、二重管、三重管旋噴樁機(jī)注漿施工示意參見(jiàn)圖1、圖2、圖3。 5. 本工法以三重管法為例。 71 攪 水 水 A Ml kVWV 燦 梅晰固結(jié)體 三重管旋噴注漿示意圖 2工藝 特點(diǎn) 施工設(shè)備簡(jiǎn)單、輕便、噪聲小、施工速度快的特點(diǎn)。采用

4、不同的鉆機(jī)，不僅 可以形 成垂直的樁，也可以形成傾斜的樁?？梢灾粚?duì)指定區(qū)域進(jìn)行加固，加固體的強(qiáng)度較高， 加固深度可自由調(diào)節(jié)，加固體的強(qiáng)度可達(dá)到110MP&?？梢孕纬梢欢ㄩg距的樁或相互咬 合形成止水帷幕或擋土墻。 3適用范圍 廣泛應(yīng)用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉質(zhì)粘土、（亞粘土）、粉土（亞砂土）、砂 土、黃土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多種土層?？勺鳛榧扔薪ㄖ托陆ńㄖ牡?基加固、基礎(chǔ)防滲之用；也可作為施工中的臨時(shí)措施（如深基坑側(cè)壁擋土或擋水、防水帷 幕等），也可作為永久建筑物的地基加固、防滲處理，在動(dòng)水地層中施工時(shí)，首先要消除 動(dòng)水的影響。 4主要引用標(biāo)準(zhǔn) 4. 1建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（

5、GE50330） 4. 2建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（JGJ120） 4. 3地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50157） 4. 4凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)汁規(guī)范（JGJ118） 4.5建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GE50007） 4. 6地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范（GB50307） 4. 7建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94） 4. 8城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范（GB50308） 4. 9地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50299） 4.10高壓噴射注漿施工操作技術(shù)規(guī)程（HG/T20691） 4. 11混凝土外加劑（GB8076） 4. 12鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程（TB10102） 4. 13通用硅酸鹽水泥（GB175）

6、 5施工方法 三重管旋噴樁施工分成兩個(gè)階段，第一階段為成孔階段，即采用鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)噴射管進(jìn)行 鉆進(jìn)，邊鉆進(jìn)邊噴高壓水，使噴頭達(dá)到預(yù)定的深度。如有必要時(shí)，可在 地基中預(yù)先成孔, 然后放入噴射管進(jìn)行噴射加固。第二階段為噴射加固階段，即用高壓水、水泥漿（或加入 其它外摻劑）以及壓縮空氣，通過(guò)噴射管山噴射頭上的橫向噴嘴噴出，與此同時(shí)，鉆桿一 邊旋轉(zhuǎn)，一邊向上提升使水泥漿與土混合，形成一定直徑的柱狀固結(jié)體。 6工藝流程及操作要點(diǎn) 6.1施工工藝流程 三重管高壓旋噴樁施工工藝流程見(jiàn)圖4所示。 圖4高壓旋噴樁施工工藝流程圖 6. 2操作要點(diǎn) 6. 2. 1施工準(zhǔn)備 1. 施工前對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行清理、平整，應(yīng)保證場(chǎng)

7、地的三通一平，確保用電安全。 2. 施工前探明管線、建構(gòu)筑物等地下障礙物埋深和位置，挖出探坑并作好詳細(xì)的標(biāo) 刁u標(biāo)記。 3. 挖好排漿溝，設(shè)置排漿等臨時(shí)設(shè)施。 4. 設(shè)備材料進(jìn)場(chǎng)，對(duì)設(shè)備機(jī)械性能等進(jìn)行檢查。水泥、外加劑等材料進(jìn)場(chǎng)按要求抽 檢試驗(yàn)。 6. 2. 2試樁及確定工藝參數(shù) 1在展開(kāi)大批量制樁前進(jìn)行試樁，以校驗(yàn)施工工藝參數(shù)的選擇是否合理，并根據(jù)試 樁結(jié)果及工程經(jīng)驗(yàn)調(diào)整施工工藝參數(shù)。三重管高壓旋噴樁止水帷幕試樁的理論施工參數(shù) 如表1所示。 表1三重管高壓旋噴樁止水帷幕施工參數(shù)表 項(xiàng)LI 技術(shù)參數(shù) 髙壓水 水壓(MPa) 3035 水量(L/min) 80 90 壓縮空氣 氣壓(MPa) 0

8、.5 0.7 氣量(L/min) 500-1500 漿液 漿液壓力(MPa) 1. 02. 5 漿液流呈：(L/min) 80-150 提升速度(cm/min) 8-12 旋轉(zhuǎn)速度(r/min) 10 20 噴嘴直徑(mm) 1. 52. 5 樁徑(m) 1.20. 3 2漿液配置：水泥宜采用強(qiáng)度等級(jí)為32. 5以上級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比為0815, 每延米水泥用量及各種施工參數(shù)根據(jù)試樁情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)需要可以加入適量 的外加劑和摻合料，外加劑和摻合料的用量，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。 3. 外加劑添加：漿液采用“柔性材料”，即向水泥漿液中加入20%膨潤(rùn)土，同時(shí)為 了減少地下水對(duì)漿液的稀釋作用

9、，在漿液中可以加入2%的氯化鈣。也可以根據(jù)需要加入4% 左右的水玻璃，水玻璃提前加水稀釋攪拌均勻后再加水泥。 6. 2.3樁位測(cè)設(shè) 按規(guī)定對(duì)施工場(chǎng)地的基準(zhǔn)點(diǎn)、基軸線及水準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)施引測(cè)、復(fù)核。 對(duì)于標(biāo)定的基準(zhǔn)點(diǎn)要做好明顯的標(biāo)志和編號(hào)，并做好保護(hù)工作。使用全站儀等，采用 極坐標(biāo)法進(jìn)行樁位的放樣。對(duì)施丄范圍內(nèi)的所有樁進(jìn)行測(cè)量定位，并做好明顯牢固的樁位 標(biāo)志，做好測(cè)量記錄，以便復(fù)核。 6. 2. 4鉆機(jī)就位 1. 移動(dòng)旋噴樁機(jī)到指定樁位，鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心。為保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要 求的垂 直度，鉆機(jī)就位后，作水平校正，鉆機(jī)鉆桿釆用鉆桿導(dǎo)向架進(jìn)行定位，使鉆桿軸線垂直對(duì) 準(zhǔn)鉆孔中心位置，其垂直度不得大于1%1

10、5%,鉆頭對(duì)正樁位中心，對(duì)點(diǎn)誤差不大于50mm, 鉆桿與鉆孔方向應(yīng)保持一致。就位后，首先進(jìn)行低壓(0. SMPa)射水試驗(yàn)，用以檢查噴嘴是 否暢通，壓力是否正常。 2. 旋噴樁止水帷幕施工時(shí)，首先施工最外圍的一排樁，采用1,5,9，間隔跳 打的 方法進(jìn)行施工，圍內(nèi)部釆用不跳樁按次序施工。 6. 2. 5鉆孔 鉆孔與插管同時(shí)施工為一道工序，鉆孔過(guò)程中作好詳細(xì)的鉆孔記錄。鉆孔過(guò)程中，為 防止泥砂堵塞噴嘴，采取邊射水邊鉆進(jìn)的方法。開(kāi)始鉆孔時(shí)，射水水壓曲0. SMpa提高到 1 .OMpao 根鉆桿用完后，停止射水，接長(zhǎng)鉆桿，繼續(xù)施鉆直 到達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高為準(zhǔn)，此 時(shí)水壓不宜大于1. OMpao 6. 2

11、. 6漿液制備及檢測(cè) 1. 實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)漿液配合比設(shè)汁，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求配置水泥漿，待壓漿前將水 泥漿倒 入集料斗中。漿液拌制時(shí)，先在攪拌罐中加入水，然后再放入水泥進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間不 少于10分鐘。旋噴注漿的材料用水泥，根據(jù)需要加入適量的外加劑。 2. 漿液易在旋噴前半小時(shí)以內(nèi)配制，漿液必須攪拌均勻，漿液存留不得超過(guò)4小時(shí)， 當(dāng)未用完的漿液超過(guò)4小時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)證明其性能符合要求后方可使用。漿液應(yīng)始終保持 攪拌狀態(tài)，防止產(chǎn)生沉淀。施工過(guò)程中試驗(yàn)員應(yīng)經(jīng)常隨機(jī)抽取漿液進(jìn)行檢驗(yàn)。 6. 2. 7噴射作業(yè) 1. 噴射注漿前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，使用前應(yīng)對(duì)安全閥進(jìn)行鑒定，其運(yùn)行必 須可靠，注漿管接頭的密

12、封環(huán)必須無(wú)破損，密封性能良好，注漿管及噴嘴內(nèi)不得有任何雜 物。 2. 當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后，由下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，技術(shù)人員必須時(shí)刻注意 檢查壓 力、流量、風(fēng)量、旋轉(zhuǎn)提升速度、冒漿量等參數(shù)是否符合設(shè)訃要求，并隨時(shí)做好記錄，繪 制作業(yè)過(guò)程曲線。 3. 噴射過(guò)程中，注漿管分段提升時(shí)搭接長(zhǎng)度不得小于200mm。冒漿量控制在20%注漿 量以內(nèi)，大于20%或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。冒漿過(guò)大的主要原因 是有效噴射范圉與注漿量不相適應(yīng)，注漿量大大超出噴漿固結(jié)所需漿量；減少冒漿的措施: 提高噴射壓力，加快捉升和旋轉(zhuǎn)速度；不冒漿采取的措施：在漿液中摻入適量的速凝劑, 縮短固結(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定土

13、層范圍內(nèi)凝固；在地層空隙大的地段增大注漿量，填滿空 隙后再繼續(xù)正常噴漿。 4. 漿液流量：噴漿量可以按下式計(jì)算： Q二H/V*q(l+P) 式中：H旋噴長(zhǎng)度 V旋噴管提升速度 q一一泵的排漿量 P漿液損失系數(shù)，一般取0. 10.2 6. 2. 8沖洗 清洗。向漿液罐中注入適量清水，開(kāi)啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至 沖洗干凈。并將粘附在噴漿管頭上的土清洗干凈。 6. 2. 9樁機(jī)移位 待旋噴機(jī)注漿管全部提出地面后，先關(guān)閉電機(jī)，然后將樁機(jī)移至下一樁位，重復(fù)上述 施工過(guò)程。 7勞動(dòng)力組織 單臺(tái)旋噴樁機(jī)勞動(dòng)力組織如下表： 表2勞動(dòng)力配置表 匚種 人 備注 1 現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人 1 總體負(fù)責(zé)施工全

14、過(guò)程 2 技術(shù)人員 2 施工泄位、施工數(shù)據(jù)記錄及質(zhì)量檢査 3 鉆機(jī)司機(jī) 2 負(fù)責(zé)開(kāi)旋噴機(jī) 4 空壓機(jī)司機(jī) 2 操作空壓機(jī)及維修保養(yǎng) 5 電工 1 負(fù)責(zé)電氣操作 6 6 拌漿及現(xiàn)場(chǎng)文明施工 合計(jì) 11 8主要機(jī)具設(shè)備 單臺(tái)旋噴樁機(jī)機(jī)械設(shè)備配置如下表: 表3機(jī)械設(shè)備配置表 1 9 作業(yè)名稱 機(jī)具設(shè)備 規(guī)格 數(shù) 備 1 引孔、旋噴 三重管旋 XP-30B 臺(tái) 1 2 泵送高壓 高壓注漿 GZB-1 臺(tái) 1 3 泵送水泥 高壓注漿 RG90 臺(tái) 1 4 泵送高壓 空壓機(jī) KBH-3 臺(tái) 1 5 漿液拌制 拌漿罐 1. 5m3 臺(tái) 1 6 儲(chǔ)存水 水箱 2 m3 臺(tái) 1 7 儲(chǔ)存漿液 儲(chǔ)漿罐 2 m3

15、臺(tái) 1 9質(zhì)量控制 9. 1施工中易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題 9.1.1加固體強(qiáng)度不均、產(chǎn)生縮頸現(xiàn)彖。 9. 12鉆孔偏斜。 9. 1.3固結(jié)體頂部凹陷。 9.1.4冒漿量過(guò)大或過(guò)小。 9. 2質(zhì)量問(wèn)題的預(yù)防措施和處理方法 9. 2. 1加固體強(qiáng)度不均、產(chǎn)生縮頸現(xiàn)彖的預(yù)防措施及處理方法 1根據(jù)地質(zhì)水文條件的不同，選擇不同的樁位布置和施工工藝參數(shù)，保證成 樁樁徑 和樁間咬合。 2旋噴施工之前，應(yīng)做水密、氣密試驗(yàn)，檢查各部件的密封性，一切正常后 才能施 工，保證旋噴的連續(xù)性。 3嚴(yán)格檢查噴嘴的位置、形狀、個(gè)數(shù)及直徑等，保證旋噴效果。 4在高壓旋噴注漿過(guò)程中接管或因故停機(jī)重新旋噴作業(yè)時(shí)，復(fù)噴搭接高度不得小于

16、200mm o 5為了增強(qiáng)旋噴效果，可以釆取提高噴射壓力、泵量或降低回轉(zhuǎn)與提升速度 等措施, 也可以采用復(fù)噴工藝：第一次噴射（初噴）時(shí)，注入水泥漿液：初噴完畢后，將注漿管下 降至初噴開(kāi)始的孔深，再抽送水泥漿，自下而上進(jìn)行第二次噴 射（復(fù)噴）。 9. 2. 2鉆孔偏斜的預(yù)防措施及處理方法 1. 施工之前探明地下障礙物，遇地下障礙物時(shí)應(yīng)清除或重新對(duì)樁位進(jìn)行布置 避開(kāi)。 2. 施工之前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，鉆機(jī)就位后，對(duì)鉆機(jī)和鉆桿進(jìn)行檢查，保證其處于水 平和垂直狀態(tài)。 9. 2. 3固結(jié)體頂部凹陷的預(yù)防措施及處理方法 1旋噴長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)長(zhǎng)0.31. 0米，或在旋噴樁施工完畢，將固結(jié)體頂部鑿去 部分, 在凹穴

17、部位用混凝土填滿或直接在旋噴孔中再次注入漿液，或在旋噴注漿完成后，在固體 的頂部0. 5-1. 0m范圉內(nèi)再鉆進(jìn)0. 5-1. 0m,在原位提桿再注漿 復(fù)噴一次加強(qiáng)。 2在噴射灌漿完畢時(shí)，即連續(xù)或間斷地向噴射孔內(nèi)靜圧灌注漿液，直至孔內(nèi) 混合液 凝固不再下沉。 3. 噴射灌漿完成后，向凝固體與其上部結(jié)構(gòu)之間的空隙進(jìn)行第二次靜壓灌漿，漿液 的配比應(yīng)為不收縮且具有膨脹性的材料。 4. 在噴射過(guò)程中，應(yīng)觀察冒漿的情況，及時(shí)了解土層情況，檢查噴射注漿的 效果和 噴射參數(shù)是否合理。對(duì)于冒漿應(yīng)妥善處理，及時(shí)清除沉淀的泥渣。 10安全措施 10.1主要安全風(fēng)險(xiǎn)分析 高壓旋噴樁施工過(guò)程中，存在的安全風(fēng)險(xiǎn)主要有高

18、壓漿液噴射傷害、粉塵傷 害以及 其它機(jī)械傷害風(fēng)險(xiǎn)等。 10. 2保證措施 10. 2. 1施工前應(yīng)檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，其壓力和流量（風(fēng)量）需滿足設(shè)計(jì)要求， 應(yīng)檢查管道的耐久性以及管道連接是否可幕，泵體、注漿管及噴嘴內(nèi)不得有任何雜物，各 類密封圈必須良好，無(wú)滲漏現(xiàn)象，否則接頭斷開(kāi)、軟管破裂，將會(huì)導(dǎo)致漿液、高壓水流飛 散、軟管甩出等安全事故。安全閥中的安全銷要進(jìn)行試壓檢驗(yàn)（試壓檢驗(yàn)到當(dāng)?shù)貕毫θ萜?檢驗(yàn)所檢驗(yàn)），必須確保在達(dá)到規(guī)定壓力時(shí) 能斷銷卸壓。 10. 2. 2操作人員與噴嘴之間的距離不應(yīng)小于Imo 10. 2. 3檢查管路接頭、噴嘴及鉆桿時(shí)必須完成處于泄壓狀態(tài)才能進(jìn)行。 10. 2. 4

19、作業(yè)人員按要求佩戴防護(hù)用品，漿液等進(jìn)入人眼、鼻及口內(nèi)時(shí)立即采 用清水 清洗處理。 11環(huán)保措施 11. i境的影響因素 n. i. i漿液制備過(guò)程中宜造成揚(yáng)塵。 11.1.2水泥漿、冒漿等漿液溢流造成周邊環(huán)境污染。 11. 1. 3廢棄漿液及渣土造成環(huán)境污染 11. 2壞保措施 11.2. 1水泥、膨潤(rùn)土等細(xì)顆粒材料，應(yīng)遮蓋存放；運(yùn)輸時(shí)必須必須封閉覆蓋，不得沿 途撒落。 11.2.2泥漿制備過(guò)程中搭設(shè)泥漿攪拌棚，并采取擋風(fēng)措施，放水泥時(shí)緩慢進(jìn) 行，同 時(shí)對(duì)廢棄的水泥袋集中管理，輕拿輕放，防止水泥飄散擴(kuò)散。 11. 2. 3制定灑水防塵措施，指定專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)灑水降塵。 11.2.4對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行

20、統(tǒng)一規(guī)劃，設(shè)置排漿溝、沉淀池，廢棄的漿液及冒漿 集中排 放至沉淀池內(nèi)，不得隨意排放廢棄的加固料。廢棄的渣土拉運(yùn)至指定地點(diǎn)排放。 12應(yīng)用實(shí)例 12. 1工程簡(jiǎn)介 哈爾濱地鐵一號(hào)線一期工程土建八標(biāo)，主要包括三站兩區(qū)間及出入段線，即 工程大 學(xué)站、太平橋站、交通學(xué)院站、工程大學(xué)站一太平橋站區(qū)間、太平橋站一交通學(xué)院站區(qū) 間及太平橋車(chē)輛段的岀入段線。 工程位于哈爾濱市南崗區(qū)南通大街及道外區(qū)東直路下，周邊主要為居民住宅 區(qū)和商 企用房，是比較繁華的地區(qū)，無(wú)歷史文物或古跡。地貌單元均處于松花江漫灘區(qū)，地層較 為復(fù)雜，主要為雜填土、粉質(zhì)粘土、粉砂及中粗砂組成，地下水豐富、水位高、滲透系數(shù) 大。場(chǎng)地地下水可分為上層滯水、潛水和孔隙微承圧水、 承壓水，施工中均受到四種地下水不同程度的影響。 在太平橋站交通學(xué)院 站 區(qū)間小里程為盾構(gòu)始發(fā)井，端頭 加固采用900