二重管高壓旋噴樁施工工法

1、高壓旋噴樁施工工藝高壓旋噴樁施工技術是70年代日本首先提出，它是在靜壓灌漿的基礎上，引進水力采煤技術而發(fā)展起來的，是利用射流作用切割摻攪地層，改變原地層的結構和組成，同時灌入水泥漿或復合漿形成凝結體，借以達到加固地基和防滲的目的。1工藝特點（1）施工機具設備簡單，施工簡便。（2）具有較好的耐久性，且料源廣闊，價格低廉。（3）噪聲小，無污染。2適用范圍（1）受土層、土的粒度、土的密度、硬化劑粘性、硬化劑硬化時間影響小，可廣泛應用于淤泥、淤泥質土、粘性土、粉質粘土、（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。（2）可作為既有建筑和新建建筑的地基加固之用，也可作為

2、基礎防滲之用；可作為施工中的臨時措施（如深基坑側壁擋土或擋水、防水帷幕等），也可作為永久建筑物的地基加固、防滲處理。（3）當用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性、地下水流速過大和已涌水的地基工程時，宜通過試驗確定其適用性。3工藝原理及設計要求3.1加固原理高壓噴射注漿法是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進土層的預定位置后，以高壓設備使?jié){液或水、（空氣）成為2040MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切、擾動、破壞土體，同時鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個圓柱狀固結體（即旋噴樁），以達到加固地基或止水防滲的目的。根據(jù)噴射方法的不同，噴射注漿可分為單管法、二重管

3、法和三重管法。單管法：單層噴射管，僅噴射水泥漿。二重管法：又稱漿液氣體噴射法，是用二重注漿管同時將高壓水泥漿和空氣兩種介質噴射流橫向噴射出，沖擊破壞土體。在高壓漿液和它外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，最后在土中形成較大的固結體。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)生高壓水流的周圍環(huán)繞一股圓筒狀氣流，進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，再由泥漿泵將水泥漿以較低壓力注入到被切割、破碎的地基中，噴嘴作旋轉和提升運動，使水泥漿與土混合，在土中凝固，形成較大的固結體，其加固體直徑可達2m。噴射

4、注漿法的加固半徑和許多因素有關，其中包括噴射壓力P、提升速度S、被加固土的抗剪強度、噴咀直徑d和漿液稠度B。加固范圍與噴射壓力P、噴咀直徑d成正比，與提升速度S、土的抗剪強度和漿液稠度B成反比。加固體強度與單位加固體中的水泥摻入量和土質有關。單管、二重管、三重管旋噴樁機注漿施工示意參見圖1、圖2、圖3。高壓泥漿泵漿桶水箱攪拌機水泥倉旋噴固結體注漿管鉆機噴頭圖1 單管旋噴注漿示意圖漿桶水箱攪拌機水泥倉旋噴固結體注漿管鉆機噴頭圖2 二重管旋噴注漿示意圖空壓機高壓泥漿泵漿桶水箱攪拌機水泥倉旋噴固結體注漿管鉆機噴頭 圖3 三重管旋噴注漿示意圖空壓機高壓泥漿泵高壓清水泵3.2成樁機理高壓噴射注漿的成樁機

5、理包括以下五種作用：（1）高壓噴射流切割破壞土體作用。噴射流動壓以脈沖形式?jīng)_擊破壞土體，使土體出現(xiàn)空穴，土體裂隙擴張。（2）混合攪拌作用。鉆桿在旋轉提升過程中，在射流后部形成空隙，在噴射壓力下，迫使土粒向著與噴咀移動方向相反的方向（即阻力小的方向）移動位置，與漿液攪拌混合形成新的結構。（3）升揚置換作用（三重管法）。高速水射流切割土體的同時，由于通入壓縮氣體而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥漿液補充。（4）充填、滲透固結作用。高壓水泥漿迅速充填沖開的溝槽和土粒的空隙，析水固結，還可滲入砂層一定厚度而形成固結體。（5）壓密作用。高壓噴射流在切割破碎土層過程中，在破碎部位邊緣還

6、有剩余壓力，并對土層可產(chǎn)生一定壓密作用，使旋噴樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分。旋噴樁固結體情況圖4所示。滲透部分攪拌混合部分硬化劑主體部分圖4 旋噴樁體固結情況圖壓縮部分3.3工藝設計要求3.3.1 加固體直徑的確定旋噴樁直徑與現(xiàn)場土質、土體強度和噴射壓力、流量、提升速度和漿液稠度等諸多因素有關，應通過現(xiàn)場試驗確定。當無試驗資料時可參考表1選用。3.3.2 布置形式樁的平面布置形式需根據(jù)加固的目的給予考慮，分離布置的單樁可用于基礎的承重，排樁、板墻可用作防水帷幕，整體加固則常用于防止基坑底部的涌土或提高土體的穩(wěn)定性，水平封閉樁可用于形成地基中的水平隔水層。圖5為一般樁的平面布置形式。鐵路、

7、公路路基基底一般采用梅花形加固地基的分離樁形式。樁間距一般采用1.21.5m。公路設計規(guī)范規(guī)定，相鄰樁的凈距不應大于4倍樁徑。表1 旋噴樁直徑參考值（m） 噴注種類土的類別單管法二重管法三重管法粘性土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±

8、;0.320N300.6±0.21.0±0.31.2±0.3砂礫20N300.6±0.21.0±0.31.2±0.3注：表中N為標準貫入實測錘擊數(shù)。圖5 一般樁的平面布置形式圖3.3.3設計承載力圖（1）按樁身強度計算容許承載力。P= aA式中 P樁的容許承載力（kN）；a 樁體材料的強度折減系數(shù)，a=0.40.5；樁體材料7cm×7cm×7cm試件的室內(nèi)平均抗壓強度（kPa）；A 樁的橫斷面積。（2）按土體強度計算樁身容許承載力。P= fi li + AR式中 P樁的容許承載力（kN）；樁身截面周長，按樁的直徑計

9、算（m）；fi各土層的容許摩阻力（kPa）；li 各土層的厚度（m）；A樁底支承面積，按樁的直徑計算（m）；R樁尖處的地基容許承載力（kPa）。（3）復合地基承載力。 式中 復合地基的容許承載力（kPa）；P 單樁承載力（kPa）；R 樁間土天然地基承載力（kPa）；Ae 一根樁分擔的荷載面積； Ap 一根樁的斷面積；A 天然地基承載力折減系數(shù)，當不考慮樁間土作用時為0。3.3.4漿量計算漿量計算有兩種方法，即體積法和噴量法，取大者作為設計噴射漿量。體積法：噴量法：式中 Q 需要的噴漿量（m3）； De旋噴固結體直徑（m）； D0注漿管直徑（m）； K1填充率，0.750.9；h1旋噴長度（m

10、）；K2未旋噴范圍土的填充率，0.50.75；h2未旋噴長度（m）；損失系數(shù)，0.10.2；提升速度（m/min）；H噴射長度（m）；q單位噴漿量（m3/m）。根據(jù)計算所需的噴漿量和設計的水灰比，即可確定水泥的使用數(shù)量。3.3.5強度要求旋噴樁設計要求，成樁28天后抽芯取樣進行無側限抗壓強度試驗，抽檢數(shù)為2%，并不小于2根，其無側限抗壓強度不得小于設計要求；地基加固后，復合地基承載力不得小于設計要求。4工藝流程高壓旋噴樁施工工藝流程圖見圖6。泥漿排放處理鉆機就位調整鉆架角度鉆 孔插 管試 噴高壓噴射注漿作業(yè)噴射結束拔 管樁機移位機具清理準備工作制 漿一級過濾二級過濾高壓泵對漿液加壓啟動高壓清水

11、泵、空壓機供水、風圖6 施工工藝流程圖5操作要點5.1施工前準備工作（1）在設計文件提供的各種技術資料的基礎上作補充工程地質勘探，進一步了解各施工工點地基土的性質、埋藏條件。（2）準備充足的水泥加固料和水。水泥的品種、規(guī)格、出廠時間經(jīng)試驗室檢驗符合國家規(guī)范及設計要求,并有質量合格證。嚴禁使用過期、受潮、結板、變質的加固料。一般水泥為425號普通硅酸鹽水泥。水要干凈，酸堿度適中，pH值在510之間。（3）根據(jù)補充勘探資料，在選擇的試驗工點加固范圍內(nèi)的各代表性地層用薄壁取土器采取必需數(shù)量的原狀土送試驗室，對取得的土樣在進行試驗之前應妥善保存，使土樣的物理和化學性能盡可能保持不變。（4）室內(nèi)配合比試

12、驗。根據(jù)設計要求的噴漿量或現(xiàn)場土樣的情況，按不同含水量設計并調整幾種配合比，通過在室內(nèi)將現(xiàn)場采取的土樣進行風（烘）干、碾碎，過25mm篩的粉狀土樣，按設計噴漿量、水灰比攪拌、養(yǎng)護、力學試驗，確定施工噴漿量、水灰比。一般水灰比可取1.01.5。為改善水泥土的性能、防沉淀性能和提高強度，可適當摻入木質素磺硫鈣、石膏、三乙醇胺、氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉、陶土、堿等外摻劑。若試驗之前土樣的含水量發(fā)生了變化，應調整為天然含水量。（5）試樁試驗。根據(jù)室內(nèi)試驗確定的施工噴漿量、水灰比制備水泥漿液在試驗工點打設數(shù)根試樁，并根據(jù)試樁結果，調整加固料的噴漿量，確定攪拌樁攪拌機提升速度、攪拌軸回轉速度、噴入壓力、停漿

13、面等施工工藝參數(shù)。（6）推土機、挖掘機配合自卸汽車清除地表0.3m厚的種植土，雜物，并將原地面按設計要求整平，填出路拱。根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，施作臨時排、截水設施，并在施工范圍以外開挖廢泥漿池以及施工孔位至泥漿池間的排漿溝。（7）按設計要求完成施工放樣，用木樁定出樁位，用白石灰作出明顯標識。5.2施工工藝（1）鉆機定位。移動旋噴樁機到指定樁位，將鉆頭對準孔位中心，同時整平鉆機，放置平穩(wěn)、水平，鉆桿的垂直度偏差不大于1%1.5%。就位后，首先進行低壓（0.5MPa）射水試驗，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。（2）制備水泥漿。樁機移位時，即開始按設計確定的配合比拌制水泥漿。首先將水加入桶中，再

14、將水泥和外摻劑倒入，開動攪拌機攪拌1020分鐘，而后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網(wǎng)（孔徑為0.8mm），過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進第二道過濾網(wǎng)（孔徑為0.8mm），第二次過濾后流入漿液桶中，待壓漿時備用。（3）鉆孔（三重管法）。當采用地質鉆機鉆孔時，鉆頭在預定樁位鉆孔至設計標高（預鉆孔孔徑為15cm）。（4）插管（單重管法、二重管法）。當采用旋噴注漿管進行鉆孔作業(yè)時，鉆孔和插管二道工序可合而為一。當?shù)谝浑A段貫入土中時，可借助噴射管本身的噴射或振動貫入。其過程為：啟動鉆機，同時開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，使鉆桿沿導向架振動、射流成孔下沉；直到樁底設計標高，觀察工作電流不應大于額

15、定值。三重管法鉆機鉆孔后，拔出鉆桿，再插入旋噴管。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可用較小壓力（0.51.0MPa）邊下管邊射水。（5）提升噴漿管、攪拌。噴漿管下沉到達設計深度后，停止鉆進，旋轉不停，高壓泥漿泵壓力增到施工設計值（2040MPa），坐底噴漿30s后，邊噴漿，邊旋轉，同時嚴格按照設計和試樁確定的提升速度提升鉆桿。若為二重管法或三重管法施工，在達到設計深度后，接通高壓水管、空壓管，開動高壓清水泵、泥漿泵、空壓機和鉆機進行旋轉，并用儀表控制壓力、流量和風量，分別達到預定數(shù)值時開始提升，繼續(xù)旋噴和提升，直至達到預期的加固高度后停止。（6）樁頭部分處理。當旋噴管提升接近樁頂時，應從樁頂

16、以下1.0m開始，慢速提升旋噴，旋噴數(shù)秒，再向上慢速提升0.5m，直至樁頂停漿面。（7）若遇礫石地層，為保證樁徑，可重復噴漿、攪拌：按上述46步驟重復噴漿、攪拌，直至噴漿管提升至停漿面，關閉高壓泥漿泵（清水泵、空壓機），停止水泥漿（水、風）的輸送，將旋噴漿管旋轉提升出地面，關閉鉆機。（8）清洗。向漿液罐中注入適量清水，開啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至基本干凈。并將粘附在噴漿管頭上的土清洗干凈。（9）移位。移動樁機進行下一根樁的施工。（10）補漿。噴射注漿作業(yè)完成后，由于漿液的析水作用，一般均有不同程度的收縮，使固結體頂部出現(xiàn)凹穴，要及時用水灰比為1.0的水泥漿補灌。5.3推薦的主要

17、施工技術參數(shù)（1）單重管法。漿液壓力2040MPa，漿液比重1.301.49，旋噴速度20rmin，提升速度0.20.25m/min，噴嘴直徑23mm，漿液流量80100L/min（視樁徑流量可加大）。（2）二重管。法漿液壓力2040MPa，壓縮空氣壓力0.70.8MPa。（3）三重管。法漿液壓力0.20.8MPa，漿液比重1.601.80，壓縮空氣壓力0.50.8MPa，高壓水壓力3050MPa。6推薦使用的主要機具設備主要機具設備見表2。表2 主要機具設備表設備名稱型號規(guī)格所用機具單管法二重管法三重管法高壓泥漿泵SNS-H300水流Y-2型液壓泵20MPa50MPa高壓水泵3XB型 3W6

18、B50MPa3XB型 3W7B20MPa鉆機工程地質鉆振動鉆泥漿泵BW-150型7MPa空氣壓縮機0.8MPa，3m3/min泥漿攪拌罐200L/min注漿管高壓膠管1922mm工作壓力7勞動力組織單機作業(yè)每班人員組織分工見表3。表3 單機作業(yè)每班人員組織分工表序號職務人數(shù)職 責1班長1全面掌握施工進度、質量和安全2鉆機司機1操作鉆機，卸接鉆桿，維修保養(yǎng)和排除故障3泵工1操作泥漿泵、清水泵及維修保養(yǎng)4空壓機司機1操作空壓機及維修保養(yǎng)（單重管法不需要）5電工1負責鉆機、電源、電路、工地照明及電氣故障排除6鉗工1全面維修保養(yǎng)機具設備7普工2倒運水泥，操作泥漿攪拌罐及倒灰和過濾8普工2協(xié)助鉆機工作（

19、卸接鉆桿、沖洗等）9技術人員1掌握施工技術、質量，填寫工程日志和記錄合 計118質量要求及質量控制要點8.1旋噴樁施工質量要求旋噴樁施工質量要求應滿足表4要求。表4 旋噴樁施工質量標準表序號項目允許偏差檢查數(shù)量檢查方法及說明1固結體位置（縱橫方向）50mm抽檢2%，但不少于2根用經(jīng)緯儀檢查（或鋼尺丈量）2固結體垂直度1.5%用經(jīng)緯儀檢查噴漿管3固結體有效直徑±50mm開挖0.51m深后尺量4樁體無側限抗壓強度不小于設計規(guī)定鉆芯取樣，做無側限抗壓強度試驗5復合地基承載力不小于設計規(guī)定抽檢2，但不少于1處平板荷載試驗6滲透系數(shù)不小于設計規(guī)定按設計要求數(shù)量加固體內(nèi)或圍井鉆孔注（壓）水試驗注

20、：鉆芯取樣做樁體無側限抗壓強度試驗、復合地基平板荷載試驗和滲透系數(shù)試驗應在成樁28天后進行，若設計有其他要求，按設計要求的時間進行檢查。8.2質量控制要點（1）正式開工前應認真作好試樁工作，確定合理的施工技術參數(shù)和漿液配比。（2）旋噴過程中，冒漿量小于注漿量的20%為正常現(xiàn)象，若超過20%或完全不冒漿時，應查明原因，調整旋噴參數(shù)或改變噴嘴直徑。（3）鉆桿旋轉和提升必須連續(xù)不中斷，拆卸接長鉆桿或繼續(xù)旋噴時要保持鉆桿有1020cm的搭接長度，避免出現(xiàn)斷樁。（4）在旋噴過程中，如因機械出現(xiàn)故障中斷旋噴，應重新鉆至樁底設計標高后，重新旋噴。（5）制作漿液時，水灰比要按設計嚴格控制，不得隨意改變。在旋噴

21、過程中，應防止泥漿沉淀，濃度降低。不得使用受潮或過期的水泥。漿液攪拌完畢后送至吸漿桶時，應有篩網(wǎng)進行過濾，過濾篩孔要小于噴嘴直徑1/2為宜。（6）在旋噴過程中，若遇到孤石或大漂石，樁可適當移動位置（根據(jù)受力情況，必要時可加樁），避免畸形樁或斷樁。（7）旋噴過程中，應按表4的要求作好施工記錄。表4 旋噴注漿記錄表工程名稱鉆孔機具高壓泵型號空壓機型號水泵型號注漿管直徑噴嘴孔徑噴嘴個數(shù)設計提升速度設計旋轉速度設計注漿量漿液配比水泥標號注漿孔編號旋噴深度（m）實際有效長度（m）旋噴時間（時分）旋轉速度（r/s）提升速度（m/s）旋噴壓力（MPa）注漿量（m3）冒漿量及殘液狀態(tài)供水壓力（MPa）供風壓力

22、（MPa）旋噴日期開始結束現(xiàn)場負責人： 記錄人：8.3質量通病的處理（1）不冒漿或冒漿量少。通常原因是加固土層粒徑過大，孔隙較多，可采取以下措施：1）加大漿液濃度，可以從1.1加大到1.3左右繼續(xù)噴射。2）灌注粘土漿或加細砂、中砂，待孔隙填滿后再繼續(xù)正常噴射。3）在漿液中摻加骨料。4）加泥球封閉后繼續(xù)正常噴射。5）灌注水泥砂漿后，再將孔內(nèi)水泥漿置換成粘土漿，待孔隙填滿后繼續(xù)正常噴射。（2）冒漿量過大。通常是有效噴射范圍與噴漿量不適應有關，可采取以下措施：1）提高噴射壓力。2）適當縮小噴嘴直徑。3）適當加快提升速度。由于冒漿量中含有地層顆粒和漿液的混合體，目前對冒漿中的水泥的分離回收尚無適宜方法

23、，在施工中多采用過濾、沉淀、回收調整濃度后再利用。（3）凹穴處理。1）在噴射灌漿完畢時，即連續(xù)或間斷地向噴射孔內(nèi)靜壓灌注漿液，直至孔內(nèi)混合液凝固不在下沉。2）在噴射灌漿完成后，向凝固體與其上部結構之間的空隙進行第二次靜壓灌漿，漿液的配比應為不收縮且具有膨脹性的材料，如采用水泥水鋁粉的配比為9.86.90.3的漿液。9施工安全注意事項9.1安全措施（1）高壓泥漿泵、空壓機、高壓清水泵必須指定專人操作，壓力表應定期檢修檢定，以保證正常工作。（2）鉆機操作人員應具有熟練操作技能。（3）施工前應檢查高壓設備和管路系統(tǒng)，其壓力和流量（風量）需滿足設計要求，應檢查管道的耐久性以及管道連接是否可靠，泵體、注

24、漿管及噴嘴內(nèi)不得有任何雜物，各類密封圈必須良好，無滲漏現(xiàn)象，否則接頭斷開、軟管破裂，將會導致漿液、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行試壓檢驗（試壓檢驗到當?shù)貕毫θ萜鳈z驗所檢驗），必須確保在達到規(guī)定壓力時能斷銷卸壓，絕不能輕易安裝未經(jīng)試壓檢驗的自制安全銷。（4）噴射漿自噴嘴噴出時，具有很高的能量，因此人體與噴嘴之間的距離不應小于60cm。（5）噴射注漿的漿液目前一般以水泥漿為主，但有時也加入其他化學填加劑，一般說漿液硬化后對人畜均無害，但硬化前的液體進到眼睛里時，必須立即進行充分清洗，并及時到醫(yī)院治療。（6）吊、放噴射管路時，嚴禁管下站人。不得將電纜浸泡在水和泥漿中，防止漏

25、電傷人。9.2環(huán)境保護（1）水泥、石灰細顆粒散體材料，應遮蓋存放；運輸時必須必須封閉覆蓋，不得沿途撒落。（2）制定灑水防塵措施，指定專人負責現(xiàn)場灑水降塵。（3）采取有效降噪措施。（4）不得隨意排放廢棄的加固料。10應用實例高壓旋噴樁在秦沈客運專線的應用:我局承建的A12、A13標段工程，位于錦州市所轄的凌海市和北寧市及盤錦市所轄的盤山縣境內(nèi)，起迄里程：DK218+500DK263+400，全長35.367km。DK218+500DK230+200段，為第四系沖洪積平原，且沖洪積層較厚，地表為旱地種植土，巖性從上到下分別為砂粘土、粘砂土、中砂、細砂、礫砂、圓礫土，層厚不等；細砂、中砂為間或夾層，層厚較薄，下部為花崗巖。DK230+200DK241+700段，為第四系濱海平原，地表多為旱地種植土，巖性從上到下分別為淤泥、砂粘土、細砂、中砂、粗砂、圓礫土；細、中粗砂為間或夾層，層厚較薄，砂粘土、圓礫土層厚較厚，以下為花崗巖石。DK241+700DK263+400段，為第四系濱海平原，地層依次為淤泥、砂粘土、細砂、中砂、粗砂及圓礫土。線路路基全長23.5km，其中軟土或軟弱地基路基長21.156km，地基承載力約為0=80140Pa，相對較低，基巖埋藏較深，路基基底均需通過地基加固處理以提高基底承載力。（1）旋噴樁工程設計情況。旋噴樁工點14