單管法旋噴樁施工方案

高壓旋噴注漿工藝

一、

材料選擇與準備

旋噴注漿是靠高壓液流的沖擊力破壞土層并與土體混合成新的固體，根據(jù)噴射工藝要求，漿液應(yīng)具備以下特性：注漿液具有良好的可噴性；有足夠的穩(wěn)定性；漿液中氣體應(yīng)少；能調(diào)解漿液的膠凝時間；優(yōu)良好的力學(xué)性能；無毒、無臭、；結(jié)實率高。水灰比一般采用1：1~1.5：1的水泥漿液。

在噴漿之前按施工要求準備好足夠的合格的水泥漿液，

二、

旋噴參數(shù)的確定

1、

壓力參數(shù)的確定

一般情況下采用加大泵壓力來增加其流量及流速，進而增大噴射力。根據(jù)以往經(jīng)驗，本工程壓力選擇為：0~3米時，采用25Mpa，3米以下時采用23

Mpa。

2、

旋轉(zhuǎn)提升參數(shù)的確定

旋轉(zhuǎn)、提升的速度與噴流半徑有關(guān)，而有效半徑與噴嘴的幾何尺寸和噴射角度有相互聯(lián)系，并直接影響噴流的特性。根據(jù)施工經(jīng)驗，旋噴提升速度宜控制在25~28cm/min范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)速度宜控制在20~28r/min范圍內(nèi)。其中在頂部1m應(yīng)選用較慢的轉(zhuǎn)速和提升速度。一般為20~23cm/min速度提升，20r/min旋轉(zhuǎn)。

3、

噴嘴直徑

噴嘴安裝在鉆頭側(cè)面，是旋噴注漿的關(guān)鍵部分，噴粉直徑大小對噴射流速度影響很大。一般單管注漿中噴嘴直徑選用2.0~3.2mm。

三、

旋噴注漿參數(shù)確定

1、

噴射直徑的估計

旋噴后的固結(jié)體尺寸由以下因素決定：土的類別及密實程度，高壓旋噴注漿方法，噴射技術(shù)。

根據(jù)我國使用的水泥漿液，壓力為20Mpa左右、噴嘴孔徑2.0〈d〈2.5mm時。旋噴固結(jié)體直徑（D）可按標貫次數(shù)（N）進行估計：

粘性土（適用于0〈N〈5〉：D

=0.65/154N2~1/154

N2

砂類土（適用于5〈N〈15〉：D=1/770（350+10N-

N2）

2、

布孔形式

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本工程采用三角形布孔。矩形布孔

四、

高壓旋噴注漿施工工藝的技術(shù)要求

1、

施工工藝

1.

1鉆機就位

鉆機安放在設(shè)計的孔位上并應(yīng)保持垂直，施工時旋噴管的允許偏斜不得大于1.5%。

1.

2鉆孔

單管旋噴常使用76型旋轉(zhuǎn)振動鉆機，鉆進厚度達30m以上，適用于標準貫入度小于40的砂土和粘性土層。當遇到比較堅硬的地層時宜用地址鉆機鉆孔。鉆孔位置與設(shè)計位置的偏差不得大于50mm。

1.3插管

插管是將噴管插入地層預(yù)定深度。使用76型振動鉆機鉆孔時，插孔與鉆孔兩道工序合二為一，即鉆孔完成時插管作業(yè)同時完成。如使用地址鉆機鉆孔完畢，必須拔出巖芯管，并換上旋噴管插入到預(yù)定深度。在插管過程中。為了防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水邊插管，水壓力不超過1Mpa。若壓力過高易將空壁射塌。

1.4、噴射作業(yè)

當噴管插入預(yù)定深度后。由下而上進行噴射作業(yè)，值班人員必須時刻注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否滿足設(shè)計要求，并隨時做好記錄，繪制作業(yè)過程曲線。

1.5、沖洗

噴射施工完畢后，應(yīng)把注漿管等機具沖洗干凈，管內(nèi)、機內(nèi)不得殘存水泥漿，通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排除。

1.6、移動機具

將鉆機等機具設(shè)備移到新孔位上。

五、

主要技術(shù)要求

1.

鉆機或旋噴機就位時機座要平穩(wěn)，立軸或轉(zhuǎn)盤與孔位對正，傾角與設(shè)計誤差一般不得大于0.5°

2、

噴射注漿前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，設(shè)備的壓力和排量必須滿足設(shè)計要求。管路系統(tǒng)的密封圈必須良好。各通道和噴嘴內(nèi)不得有雜物。

3、

噴射注漿時要注意準備，開動注漿泵，待估算水泥漿的前鋒已經(jīng)流出噴頭后，才開始提升注漿管。自下而上噴射注漿。

4、

噴射注漿時，開機順序也要遵守第3條的規(guī)定。同時開始噴射注漿孔的孔段要與前段搭接0.1m防止固結(jié)體脫節(jié)。

5、

噴射注漿作業(yè)后，由于漿液析水作用，一般均有不同程度的收縮，使固體體頂部出現(xiàn)凹穴，所以應(yīng)及時用水灰比為0.6~1的水泥漿進行補灌，并要預(yù)防其他鉆孔排除的泥土或雜物進入。

6、

為了加大固結(jié)體尺寸，或深層硬土為避免固結(jié)體尺寸減小，可以采用提高噴射壓力、泵量或降低回轉(zhuǎn)與提升速度等措施，也可采用復(fù)噴工藝。

7、

冒漿的處理，在旋噴處理中，往往有一定數(shù)量的土粒，隨著一部分漿液沿著注漿管壁冒出地面。通過對冒漿的觀察，可以及時了解土層狀況、旋噴的大致效果和旋噴參數(shù)的合理性等。根據(jù)實驗，冒漿（內(nèi)有土粒、水及漿液）量小于注漿量的20%為正常。超過20%或完全不冒漿時，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。若是地層中有較大空隙引起的不冒漿，則可以在漿液中摻入適量的速凝劑，縮短固結(jié)時間，使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)凝固。另外，還可以在空隙地段增加注漿量，填充空隙后再繼續(xù)正常旋噴施工。冒漿量無窮大的主要原因，一般是有效噴射范圍與注漿不相適應(yīng)，注漿量大大超過旋噴固結(jié)所需的漿量所致。減小冒漿的措施有三種：提高噴射壓力；適當縮小噴嘴直徑；控制固結(jié)體形狀。在正常情況下的冒漿可沿公路橫向方向，在相鄰兩個孔之間開挖排漿溝，形成樁與樁之間的系梁，以便提高復(fù)合地基總體承載力。三管高壓旋噴灌漿施工方法說明

1工程簡要概況

本工程砂礫石層截滲采用旋噴樁，施工軸線長度283m。分河床段和兩岸段，河床段砂礫石層厚度8-12m，上接心墻粘土，底部為基巖；兩岸段無砂礫石層，心墻粘土以下為基巖。初設(shè)旋噴孔距1.0m，鉆孔工作量為8535m，旋噴工作量為2471m。截滲面積2289m2。

2施工程序

高壓旋噴灌漿孔均分兩序或三序施工（遇串漿、串風(fēng)現(xiàn)象，分成三序施工），總程序為：施工臨建（包括水管、電纜鋪設(shè)、排污系統(tǒng)和集中制漿站建造）、高噴灌漿試驗、高噴鉆孔、高噴灌漿（先封堵河床段，后施工兩岸段）和墻體檢查。

高噴灌漿施工程序見圖3-1。

圖3-1

高噴灌漿施工程序圖

3鉆孔施工工藝

3.1鉆孔設(shè)備

擬采用9臺地質(zhì)鉆機造孔，其中重慶探礦機械廠生產(chǎn)的XY-2型鉆機5臺和杭州探礦機械廠生產(chǎn)的SGZ-ⅢA型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機各4臺。每臺鉆機配一臺BW200/4型雙作用柱塞泵鉆孔。

3.2鉆孔方法

鉆進方法采用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進、金剛石鉆進、合金牙輪鉆進等方法成孔。心墻粘土層段一般宜采用干鉆取芯成孔，必要時可向孔內(nèi)加入少量清水或泥漿；亦可采用泥漿鉆進，沖洗液選用優(yōu)質(zhì)粘土泥漿或膨潤土泥漿；當壩體心墻粘土適合于自然造漿時，可用清水做為沖洗液，但泵量應(yīng)根據(jù)需要嚴格控制。各種造孔方式均以不破壞壩體心墻粘土結(jié)構(gòu)為原則。砂礫石層采用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進、合金牙輪鉆進，泥漿護壁，基巖段造孔采用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進或金剛石鉆進方法。

3.3鉆孔基本要求

孔徑：高噴鉆孔孔徑不小于Φ110mm。

孔深：終孔深度以達到設(shè)計要求為準，即伸入基巖1.0m。

孔斜：孔斜合格標準為偏斜率≤0.5%。

樁位：根據(jù)施工圖紙規(guī)定的樁位進行放樣定位，其中心允許誤差應(yīng)不大于1%孔距。

3.4孔斜測量與控制

⑴孔斜測量

測量儀器采用上海地質(zhì)儀器廠制造的KXP-1輕便測斜儀，便于操作，可直接從操作箱刻度盤上觀察到測量結(jié)果，精度可滿足工程使用要求。因鉆孔孔徑比儀器外徑較大，以求測量結(jié)果真實準確，測孔時配加導(dǎo)向，測斜儀安裝在導(dǎo)向管內(nèi)，與導(dǎo)向管（長度3.5-4.0m，外徑與鉆孔鉆具外徑相同）同心同軸。導(dǎo)向裝置如圖3-2所示。

圖3-2

測斜儀導(dǎo)向裝置圖

⑵孔斜控制

鉆孔偏斜是影響墻體可靠搭接的關(guān)鍵因素，施工時采取以下措施進行防斜：

①鉆機加設(shè)底座，力求鉆機工作時保持平穩(wěn)。

②鉆機就位后，應(yīng)墊穩(wěn)及調(diào)整好鉆機，使開孔鉆具保持鉛垂狀態(tài)。

③隨時校對立軸垂直度，加長粗徑鉆具，禁止使用彎曲鉆桿和彎曲的粗徑鉆具。

④除開孔外，不得使用短小鉆具，鉆具長度應(yīng)保持在3.5m以上，并在鉆進時合理使用鉆進參數(shù)。

⑤鉆孔每5-10m進行一次孔斜測量，對鉆孔過程實施檢測，如孔斜偏差較大，應(yīng)及時采取有效措施糾偏（如鉆具上下往復(fù)拉動修復(fù)、填孔重鉆、擴孔修復(fù)等）。

3.5固壁泥漿

采用當?shù)貎?yōu)質(zhì)粘土或采用膨潤土做為造漿主要材料。泥漿性能參數(shù)指標按表3-1控制：

表3-1

泥漿性能指標控制標準表

指標

泥漿

密度

(g/cm3)

馬氏漏斗

粘度(s)

含砂量

(%)

粘土泥漿

≤1.15

35～40

≤10

膨潤土泥漿

≤1.08

30～35

≤5

3.5泥漿凈化及回收

鉆孔時，孔口返出的泥漿經(jīng)排漿溝、沉淀池沉淀后，用泥漿泵再次泵入鉆桿循環(huán)使用，排漿溝、沉淀池的漿渣人工挖出，運至指定地點堆放。當泥漿中含砂量增多不能滿足護壁要求時，應(yīng)采用特殊除砂措施（振動篩除砂）或廢棄。

4高噴灌漿施工工藝

4.1高噴墻設(shè)計方案

⑴設(shè)計方案

高噴墻設(shè)計為旋噴樁防滲墻，在防滲墻軸線上單排布置。兩岸段孔距1.4m，伸入基巖1.0m，伸入心墻內(nèi)1.0-2.0m；河床段孔距1.0

m，伸入基巖1.0m，伸入心墻內(nèi)4.0-4.5m。旋噴樁布置及墻體搭接型式如圖3.3所示。

圖3-3

三管旋噴墻體搭接示意圖

⑵高噴防滲墻設(shè)計要求及性能指標

防滲墻有效搭接厚度應(yīng)不小于60cm。

滲透系數(shù)應(yīng)不大于：心墻粘土層1×10-6

cm/s，壩基砂礫石層5×10-6

cm/s。

防滲墻抗壓強度應(yīng)不小于：心墻粘土層3MPa，壩基砂礫石層8MPa。

4.2機具配置

擬采用一臺高噴臺車（組裝高噴震動錘，頻率800HZ，沖擊功5.3KN）、一臺高壓清水泵、一臺空壓機和一臺灌漿泵組裝成一套高噴設(shè)備進施工，高壓噴射設(shè)備組裝見圖3-4。

CYP-50高噴機

圖3-4高壓噴射設(shè)備組裝示意圖

3D2-SZ高壓清水泵

4.3高壓旋噴施工方案

旋噴樁施工采用預(yù)先成孔，而后下入高噴管進行。

旋噴樁施工采用三管或三重管法實施。三管和三重管法即以漿、氣、水三種介質(zhì)同時作用于地層，使?jié){液與地層顆粒成份混合、攪拌、置換、充填滲透形成固結(jié)體。高壓水嘴布置為直線雙噴嘴（180度夾角），使用定向送液器，高噴作業(yè)時噴嘴對準高噴墻軸線向左右兩方向?qū)嵤[，擺動角度185-190度，從而形成旋噴樁。

4.4三管法旋噴施工工藝流程

測量放線定點

鉆機就位調(diào)正

鉆孔

終孔驗收

噴車就位

地面試噴

下設(shè)噴管

噴射注漿

結(jié)束

孔口靜壓補漿

粘土封孔

下一流程

4.5高噴注漿試驗施工

⑴試驗區(qū)及旋噴試驗孔布置

在現(xiàn)場高壓噴射注漿作業(yè)開始前，按施工圖紙要求和監(jiān)理人指示選擇地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段，按室內(nèi)試驗選定的配合比進行高噴注漿工藝試驗。砂礫石地層高噴注漿試驗在壩后砂礫石地層上進行，布置12個噴射孔構(gòu)成一個長方形圍井，采用不同的孔距、噴射壓力、提升速度、漿液濃度等進行試噴，通過開挖檢查和鉆孔取芯檢測噴射墻體質(zhì)量且通過進行注水試驗取得滲透系數(shù)（K值）；另在粘土層上布置2個噴射孔進行試噴，以選定粘土心墻中的工藝參數(shù)。

砂礫石地層高噴注漿試驗孔孔深暫定為8m，粘土層高噴注漿試驗孔孔深為5m。

高噴注漿試驗旋噴孔布置見圖3-4。

a砂礫石層（圍井試驗）

b粘土層（單噴孔）

圖3-4

高噴注漿試驗旋噴孔布置圖

⑵旋噴試驗建議工藝參數(shù)

高噴注漿試驗建議工藝參數(shù)如下（供參考），試驗施工時由設(shè)計決定：

表3-2高噴注漿試驗建議工藝參數(shù)

地

層

砂礫石層

粘土層

基巖

組別

1

2

1

2

1

孔距m

1.0

0.8

提升速度cm/min

6.8

8-10

10-12

8-10

15-20

旋轉(zhuǎn)速度r/min

6-8

8-10

10-12

8-10

15-20

水壓MPa

38-40

38-40

38-40

38-40

38-40

水量L/min

75-120

100-120

100-120

100-120

75-120

漿壓MPa

0.4-0.8

0.4-0.8

0.4-0.8

0.4-0.8

0.4-0.8

漿量L/min

70-80

70-80

70-80

70-80

70-80

風(fēng)壓MPa

0.6-0.8

0.6-0.8

0.6-0.8

0.6-0.8

0.6-0.8

風(fēng)量m3/

min

1.2-1.5

1.2-1.5

1.2-1.5

1.2-1.5

1.2-1.5

進漿密度g/cm3

≤1.65

≤1.60

≤1.60

≤1.60

≤1.60

通過對旋噴固結(jié)體鉆孔取芯、注水試驗和圍井開挖檢查成果分析后，對試驗工藝參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，確定高噴注漿施工工藝參數(shù)。

⑶試驗設(shè)備

表3-3

旋噴試驗設(shè)備表

序號

設(shè)備名稱

型號、規(guī)格單

位

數(shù)量

備

注

1

鉆機

SGZ-ⅢA

臺

2

鉆孔

2

高噴機

CYP-50

臺

1

三管機下設(shè)噴管、提升噴射

3

高壓清水泵

3D2-SZ

臺

1

供高壓水

4

空壓機

6m3

臺

1

供壓縮空氣

5

漿泵

BW200/4

臺

1

供漿

6

高速攪拌機

ZJ-400

臺

2

配制水泥漿液

7

泥漿攪拌機

300L（雙桶）

臺

1

配制泥漿

8

振動篩

臺

1

回收漿液

9

水泵

IS單級20m3/min

臺

1

供水

10

排污泵

2PN

臺

1

排污

4.6高壓噴射灌漿作業(yè)

⑴高壓噴射灌漿作業(yè)

鉆孔驗收合格后，進入噴漿作業(yè)。首先高噴臺車就位、進行調(diào)平、支撐點墊實墊穩(wěn)；全面檢查噴漿設(shè)備是否完好

，再進行孔口試噴，檢查各種管路是否暢通；下管時將噴頭進行密封，以防漿、氣、水管道堵塞；下到設(shè)計深度后，按漿、水、氣順序依次送入，各種參數(shù)達到設(shè)計要求和孔口返漿正常后，再按要求進行正常提升噴射。

噴射作業(yè)完成后，通過送漿管路及時向噴射孔內(nèi)補充地層漏矢的漿液，進行靜壓補漿（回灌），直至孔內(nèi)漿液面穩(wěn)定和不在下沉為止?；毓嗫捎脟娚錆{液，亦可用砂礫石層噴射作業(yè)時孔口返漿，但不可使用粘土層噴射作業(yè)時孔口返漿進行補漿。

為節(jié)約和降低部分工程成本，高噴施工過程中可以考慮漿液的回收和利用。將孔口返漿集中到壩頂臨時集漿池內(nèi)，經(jīng)除砂器（振動篩）處理后泵回制漿站配制新漿。

施工中按監(jiān)理要求采集孔口返漿試樣，每種主要地層應(yīng)取冒漿試件不少于6組。

高噴灌漿結(jié)束后，心墻粘土段孔內(nèi)應(yīng)用粘土球回填封孔，每填一定高度后，下入粗徑鉆具搗實，使灌漿孔封填密實。

⑵施工技術(shù)措施

噴射注漿分兩序或三序施工（遇串漿、串風(fēng)現(xiàn)象，分成三序施工），先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，再施工Ⅲ序孔。相鄰孔施工間隔時間不宜少于72小時。先封堵河床段，后施工兩岸段。

噴射注漿應(yīng)連續(xù)進行，噴射提升需要卸管時，復(fù)噴段不小于20cm。

因停水、停電或機械故障等意外原因造成噴射注漿中斷時間過長，恢復(fù)噴漿時，應(yīng)將噴頭下放原噴頂高程以下不小于0.5m進行復(fù)噴，采取重復(fù)搭接以保證上下墻體的連續(xù)性。

在噴射注漿過程中，如出現(xiàn)返漿異常（返漿量過小、不返漿、斷續(xù)返漿），根據(jù)實際情況可采取降低提速、靜噴、增大漿液密度、孔口填入細砂等辦法進行處理，待孔口返漿正常后恢復(fù)噴射。

為保證基巖層與砂礫石層、砂礫石層與心墻粘土層、基巖與心墻粘土層接觸段墻體連接緊密，噴射過程中對接觸段采取靜噴或復(fù)噴處理；特別是兩岸段旋噴孔距較大，基巖與心墻粘土層接觸段復(fù)噴兩次，復(fù)噴段長度為0.3-0.5m，有意加大噴射半徑以保墻體有效連接。

施工過程中，庫水位和壩下水位差形成壩基滲流會影響旋噴灌漿施工質(zhì)量，為消除和減小壩基滲流對旋噴灌漿施工的不利影響，采取在漿液中摻加速凝劑，以縮短漿液凝結(jié)時間。

5材料和漿液制備

5.1材料

水

泥：采用由業(yè)主提供的普通硅酸鹽水泥，水泥標號選用425#。

膨潤土：采用優(yōu)質(zhì)鈣基膨潤土，細度應(yīng)為200目。

砂：中細砂，符合有關(guān)規(guī)范要求（特殊情況下使用）。

碳酸鈉：符合有關(guān)規(guī)范要求。

外加劑：符合有關(guān)規(guī)范要求。

工程所需材料設(shè)專人負責(zé)驗收，不合格材料不準使用，所有材料按規(guī)定要求送檢（由具有國家二級或二級以上資質(zhì)的試驗單位檢驗）。

5.2漿液制備

高噴漿液：噴射灌漿采用水泥、膨潤土混合漿液，漿液密度不小于1.6g/cm3?？捎霉杷猁}水泥（425#）中加入水泥重量3%的優(yōu)質(zhì)膨潤土和3%膨潤土重量的碳酸鈉，配制成混合漿液。亦可用硅酸鹽水泥摻入高效擴散劑配制。本工程我們傾向于選用普通硅酸鹽水泥配制漿液。

漿液配合比試驗：按施工圖紙對漿液性能的要求，施工前需做漿液配合比試驗，測試項目包括漿液拌制時間、漿液密度、漿液流動性、漿液穩(wěn)定性、漿液初凝和終凝時間、以及漿液固結(jié)體密度、強度、彈性模量和透水性等。

制漿：漿液采用高速攪拌機攪拌，純拌和時間不應(yīng)少于30s，且應(yīng)連續(xù)制漿。

已制成待用的漿液應(yīng)采用低速攪拌機攪拌，以防止沉淀；制成漿液當環(huán)境溫度10℃以下時，不超過5小時，當環(huán)境溫度10℃以上時，不超過3小時，漿液存放時間超過有效時間時，應(yīng)予以廢棄。

6質(zhì)量事故預(yù)防

鉆孔事故預(yù)防：鉆孔施工隨時注意和觀察鉆桿、鉆具的可使用性，杜絕使用破損的鉆桿和鉆具，避免斷鉆等孔故發(fā)生。

高噴灌漿質(zhì)量缺欠預(yù)防：每次噴灌前保證噴灌設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況良好，水中無堅固砂粒，避