高壓旋噴樁加固軟土地基施工工法

高壓旋噴樁加固軟土地基施工工法直屬三項(xiàng)目周可超1．前言隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅速發(fā)展，旋噴注漿作為一種基礎(chǔ)形式以其多用途，加固地基的質(zhì)量可靠，可以不影響既有建筑物正常使用功能，能在狹窄和較低矮的現(xiàn)場貼近建筑物施工，逐漸成為我國常用的地基處理方法之一。北京鐵建公司承建的南倉疏解區(qū)工程，城際上聯(lián)DK108+164～350段軟土地基處理施工區(qū)域東西兩側(cè)鄰近既有線。在如此狹小而且重要的位置施工成為制約工程進(jìn)度的一個技術(shù)難題。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況與以往基地加固的經(jīng)驗(yàn)，我們對高壓旋噴樁的施工工藝進(jìn)行了一定的探索和改進(jìn)，既滿足了施工質(zhì)量的要求，又確保了鄰近既有線的運(yùn)營安全，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。2．工程特點(diǎn)2.1高壓噴射注漿法可適用多種地質(zhì)，如填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、以及含有部分卵石、碎石的地層。2.2旋噴鉆機(jī)擁有自行底盤，可以自主移動機(jī)位，施工連貫性好。2.3施工作業(yè)范圍小，可多臺機(jī)械在工作面狹窄地域同時施工。2.4可通過調(diào)整設(shè)備施工參數(shù)來滿足不同施工區(qū)域、不同施工要求的目的。3．適用范圍地質(zhì)復(fù)雜，作業(yè)面狹窄的地域。適用于公路、鐵路、及房建結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)施工，是處理軟土地基的一種行之有效的方法。4．工藝原理高壓噴射注漿法又稱旋噴法，是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管置入預(yù)定土層深度，通過高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20～40Mpa的高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體。當(dāng)能量大，速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時，土顆粒被切開，一部分細(xì)小的土顆粒隨著漿液冒出地面，其余土顆粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個固結(jié)體（如圖4.1）。其成樁機(jī)理包括射流的沖動摻攪、升揚(yáng)置換、充填擠壓和滲透凝結(jié)四個過程。該方法主要用于加固地基，提高地基承載力和抗剪強(qiáng)度，改善土體的變形性質(zhì)，使其在上構(gòu)荷載直接作用下不產(chǎn)生破壞或過大的變形。圖4.1復(fù)合地基示意圖5．施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工工藝流程(見圖5.1)施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備樁位放樣鉆機(jī)就位開啟高壓泵高壓水泵鉆進(jìn)開啟送漿泵旋轉(zhuǎn)提升噴漿清洗、移位漿液拌制圖5.1旋噴樁施工工藝流程圖5.2操作要點(diǎn)5.21.施工準(zhǔn)備⑴.技術(shù)準(zhǔn)備:按照施工設(shè)計(jì)圖紙的要求，核算工程量，編制施工方案。對參與施工的人員進(jìn)行安全教育及施工技術(shù)交底。對施工區(qū)域進(jìn)行技術(shù)摸底，包括：原地面標(biāo)高；鄰近建筑物、線路與施工區(qū)域的位置關(guān)系。⑵.場地平整和施工便道：平整施工場地，清除雜草、浮土。合理布置施工便道，可及時的供應(yīng)物資和保持場地平整干凈。⑶.試驗(yàn)檢驗(yàn)：完成原材料的檢驗(yàn)和泥漿配比的實(shí)驗(yàn)，初步確定施工設(shè)備參數(shù)。2.樁位放樣首先結(jié)合圖紙及現(xiàn)場情況進(jìn)行布樁，分區(qū)，編號。然后測量放樣出旋噴樁施工區(qū)域邊界樁，根據(jù)邊界樁以及圖紙放出其他樁位，并用短竹棍和白灰標(biāo)示。3.鉆機(jī)就位鉆機(jī)就位后，鉆頭對準(zhǔn)樁位中心，用水平尺校正鉆機(jī)使鉆桿垂直；然后將鉆機(jī)調(diào)整穩(wěn)定，防止鉆機(jī)移位，偏離樁位中心。4.開啟高壓水泵鉆進(jìn)鉆機(jī)校正固定，鉆頭對中后，開啟空壓機(jī)，低壓水泵，高壓水泵，待正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，向孔內(nèi)送氣送水，同時緩緩下沉鉆桿鉆進(jìn)成孔，直至設(shè)計(jì)深度。鉆桿長度需提前確定，以保證樁頂標(biāo)和樁底標(biāo)高。5.制備水泥漿液水泥漿液制備與鉆孔同時進(jìn)行，隨配隨用，漿液的水泥、水及摻加劑必須按室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試樁確定的配合比嚴(yán)格計(jì)量，采用制漿機(jī)均勻拌制。漿液在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌時間不小于五分鐘。單樁水泥漿液用量按下面兩個公式計(jì)算：⑴.按體積法計(jì)算：(式5.2.⑵.按噴量法計(jì)算：(式5.2.式中:—旋噴漿液用量(m3)；—樁體直徑(m)；—填充率，取0.75～0.90；—樁長(m)，從地面計(jì)算；—損失系數(shù)，可選用0.1～0.3；—提升速度(m/min)；—單位時間噴射漿液量(m3/min)；拌制好的水泥漿液必須經(jīng)過嚴(yán)格過濾，除去硬塊、砂石等，以免堵塞管路和噴嘴。制備好的漿液在旋噴過程中必須連續(xù)不停的攪拌，防止沉淀。6.提升鉆桿、旋轉(zhuǎn)噴漿待成孔到設(shè)計(jì)深度，漿拌制好水泥漿液傾入集料斗，將低壓泵由送水改為送漿開啟送漿泵送漿，為保證樁低有足夠的水泥漿量，應(yīng)停噴30秒種，然后邊旋轉(zhuǎn)邊提升，旋轉(zhuǎn)速度和提升速度都按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行，直至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為止。7.清洗、移位噴漿成樁結(jié)束后，提出鉆桿，同時用清水清洗送漿泵，鉆桿及輸漿管道等，然后移位至新孔位作業(yè)。8.泥漿處理：現(xiàn)場砌筑或開挖泥漿池，泥漿外運(yùn)。5.2.2通過試驗(yàn)樁的施工，在各施工參數(shù)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)試，最終確定在現(xiàn)場土質(zhì)情況下的正式施工參數(shù)。通常各主要技術(shù)參數(shù)范圍如下：1.旋噴樁注漿壓力一般軟土地基加固按注漿管類型分為單管法、二重管法、三管管法及多重管法。其壓力常用20～40Mpa。2.噴射提升速度⑴對軟土地基進(jìn)行加固處理，采用20～25cm·min-1。⑵在既有建筑物地基加固注漿時采用20cm·min-1。⑶在對樁基缺陷進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)注漿時采用10～15cm·min-1。3.噴射旋轉(zhuǎn)速度：20～30r·min-1。4.漿液水灰比：旋噴注漿時采用1：1～1.5:1。5.2.1.鉆入過程中，由于鉆桿遇到地下硬物而導(dǎo)致機(jī)身有明顯的移位，需停止施工，重新調(diào)整機(jī)身確保鉆桿垂直，位置準(zhǔn)確，然后恢復(fù)施工。2.成樁過程中因故停止，應(yīng)將注漿管下沉至斷漿面以下0.5m處，待恢復(fù)噴漿時再噴漿提升。若停機(jī)超過3小時，應(yīng)拆卸輸漿管路，清洗干凈，在原樁位旁邊補(bǔ)樁。3.再注漿過程中出現(xiàn)壓力驟然上升或下降、大量冒漿等異常情況時，應(yīng)及時停止提升和注漿，以防段樁。4.提升過程中，如出現(xiàn)鉆桿或鉆頭脫落，應(yīng)及時將剩于部分提出，再旁邊進(jìn)行補(bǔ)樁。5.2.1.鄰近既有線施工⑴．監(jiān)測技術(shù)與分析①.確保工程質(zhì)量是施工的關(guān)鍵，確保工程建設(shè)安全是施工的前提，對臨近施工區(qū)域的既有線路的保護(hù)，及時測量各時間段的各種數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算值比較，及時反饋指導(dǎo)施工。②.施工之前，于鄰近線路的軌枕上每20米③.用道尺測出鋼軌超高，用石筆標(biāo)注于鋼軌內(nèi)側(cè)，施工期間定時進(jìn)行觀測。⑵.施工要點(diǎn)①.對樁位的施工順序進(jìn)行調(diào)整，白天施工臨近既有線的兩排樁，晚上施工中間區(qū)域的樁位。一是可以做到施工時準(zhǔn)確檢測鄰近線路；二是可以保證機(jī)械施工的連續(xù)性。②.對鄰近既有線的樁位施工時，將噴嘴壓力減小，可以有效的控制噴漿過程引起的土體鼓脹，對鄰近既有線造成威脅。③.減小壓力的同時樁徑也會變小，同時將樁距減小，加密樁數(shù)，以達(dá)到對基地承載力的保證。根據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式可以推算旋噴樁理論樁徑：h=150pm0.35D00.83N0.29/σc0.58υt0.43(式5.2式中：h—切割半徑（m）；pm—噴嘴出口壓力（kPa）；D0—噴嘴直徑（mm）；N—復(fù)噴次數(shù)；σc—土的抗壓強(qiáng)度（kPa）；υt—噴管提升速度（m/min）；④.將樁體每米用灰量減小，縮短單根樁施工時間。5.2.5勞動力組織(見表5.2.5表5.2.5勞動力組織表工種所需人數(shù)工作內(nèi)容項(xiàng)目管理1全面工作的控制和把握。作業(yè)領(lǐng)班2負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)指揮各工序的操作，控制加固質(zhì)量，排除施工中的各種故障。技術(shù)人員5包括測量人員與記錄人員，負(fù)責(zé)施工記錄，操縱電器控制儀表，并進(jìn)行質(zhì)量檢查。安全防護(hù)員4負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場的人員、機(jī)械的安全生產(chǎn)司泵及操作10按設(shè)計(jì)施工工藝，正確操縱鉆機(jī)和提升檢查維修機(jī)械。普工20負(fù)責(zé)水泥漿的制作，保證施工的連續(xù)性。電工后勤2負(fù)責(zé)電力設(shè)備的安裝和安全使用。共計(jì)446．材料與設(shè)備本工法無需特別說明的材料，采用的機(jī)具設(shè)備見表6.1。表6.1施工主要機(jī)具設(shè)備表設(shè)備名稱型號功率數(shù)量單位旋噴鉆機(jī)MGZ-5010KW5臺高壓泵GZB-4075KW5臺漿液攪拌機(jī)立式4KW5臺灌漿泵SGB6-1022KW5臺排污泵立式7.5KW5臺配套設(shè)備若干7．質(zhì)量控制7.1質(zhì)量保證措施7.1.1材料控制：主劑以水泥漿為主劑，對既有建筑物地基加固或軟土地基加固注漿時水泥一般采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，如果需要較高的固結(jié)強(qiáng)度，可采用42.57.1.2施工實(shí)際使用的水泥和外摻劑的摻入量必須通過加固土室內(nèi)配合比實(shí)驗(yàn)，確定合理的水泥配合比。制作漿液時要求做到干灰過篩，漿液過濾。準(zhǔn)確掌握水灰，嚴(yán)格控制噴射漿液泵量，以保證樁體的內(nèi)在質(zhì)量。制備好的水泥漿不得停止時間過長，漿液在攪拌機(jī)中要不斷攪拌，直到送漿前。室內(nèi)加固土試塊的平均無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于2.0mpa（齡期7.1.3在施工過程中除嚴(yán)格按設(shè)計(jì)平面尺寸要求外7.1.4嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比例率拌制水泥漿液，拌制好的水泥漿液開啟送漿泵旋轉(zhuǎn)提升噴漿,超過7.1.5旋噴樁施工中，嚴(yán)格控制空壓機(jī)、高壓水泵、送漿泵的壓力和提升噴漿速度,高壓噴射注漿壓力不得小于7.1.6提升過程中，拆卸鉆桿后，繼續(xù)旋噴施工時，保持鉆桿有不小于10cm7.17.1.87.1.9旋噴過程中，冒漿量略小于注漿液量的20%為正常，若超過7.1.10做好信息化施工，邊噴漿邊觀測記錄，根據(jù)觀測結(jié)果，及時調(diào)整有關(guān)施工參數(shù)，抓好信息化施工，保證旋噴樁質(zhì)量。表7.1.10旋噴樁施工記錄表工程名稱高壓泵型號鉆孔機(jī)具注漿管直徑噴嘴個數(shù)噴嘴孔徑設(shè)計(jì)提升速度設(shè)計(jì)注漿量設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)速度漿液配方水泥強(qiáng)度等級注漿孔編號旋噴深度（m）實(shí)際有效長度（m）旋噴時間（時分）旋轉(zhuǎn)速度（r/min）提升速度（m/min）旋噴壓力（MPa）注漿量（m3）冒漿量（m3）日期開始結(jié)束工地負(fù)責(zé)人：記錄人：7.2工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)成樁28天后抽芯取樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，抽檢數(shù)為2‰，并少于3根，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得小于2.2MPa。并采取平板荷載試驗(yàn)檢驗(yàn)復(fù)合地基承載力，按總樁數(shù)2‰抽檢且每批次不少于3根，要求處理后的復(fù)合地基承載力：一般填方地段，σ0≥0.15MPa；支擋結(jié)構(gòu)地段，需滿足支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基地承載力要求。復(fù)合地基承載力不得小于150Kpa。檢測由專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行。7.2.1檢驗(yàn)內(nèi)容1.施工前應(yīng)檢查水泥的質(zhì)量、樁位的準(zhǔn)確性、壓力表、流量表的精度和靈敏度，設(shè)備的性能等。2.施工中應(yīng)檢查施工參數(shù)（壓力、水泥漿量、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度等）的應(yīng)用情況、施工程序。3.施工結(jié)束后4個星期，對施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，內(nèi)容為樁體強(qiáng)度，平均樁徑，樁體均勻性等。7.2.1檢驗(yàn)方法高壓噴射注漿可采用開挖檢驗(yàn)、鉆孔取芯等方法進(jìn)行檢測。1.開挖檢測施工完畢，待凝固具有一定的強(qiáng)度后，即可進(jìn)行直接檢驗(yàn)。由于固結(jié)體完全暴露出來，因此能全面檢驗(yàn)固結(jié)體的垂直度和固結(jié)體的形狀。2.鉆孔取芯在已施工好的固結(jié)體中鉆取巖芯，并將其做成標(biāo)準(zhǔn)的試件進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn)，檢查內(nèi)部樁體的均勻程度，是否符合設(shè)計(jì)要求。旋噴樁樁身完整性、均勻性、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。旋噴樁完工后28d，每根檢測樁樁徑方向1/4處、樁長范圍內(nèi)垂直鉆孔取芯，觀察其完整性、均勻性、拍攝取出芯樣的照片，取不同深度的3個試樣做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。鉆芯后的孔洞采用砂漿灌注封閉。7.2.3檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)高壓旋噴樁施工允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法按表7.2.3執(zhí)行:表7.2.3高壓旋噴樁施工允許偏差表序號檢查項(xiàng)目允許偏差檢查方法檢驗(yàn)數(shù)量1樁位放樣≤50mm鋼尺量按成樁總數(shù)的10﹪抽樣檢驗(yàn)，不少于5根。2鉆桿傾斜度≤1.5﹪吊垂球3樁徑不小于設(shè)計(jì)值鋼尺量8．安全保證措施8.1參加施工的所有人員，必須熟悉并認(rèn)真執(zhí)行旋噴樁安全技術(shù)操作規(guī)程、有關(guān)的既有線安全防護(hù)知識及安全交底。8.2施工前應(yīng)對操作員工進(jìn)行崗前培訓(xùn)，使上崗員工熟知該分項(xiàng)分部工程的應(yīng)急預(yù)案，并組織演練，驗(yàn)證應(yīng)急準(zhǔn)備工作和預(yù)案實(shí)施效果，提高實(shí)戰(zhàn)中自防自救能力。8.3項(xiàng)目開工前各必須編制施工（含施工過渡）方案和制訂安全措施，并嚴(yán)格執(zhí)行審批程序。8.4安全員、防護(hù)員、施工員必須經(jīng)培訓(xùn)考試合格后持證上崗。使用的民工經(jīng)過培訓(xùn)合格后由具有帶班資格的正式職工帶領(lǐng)上崗。8.5施工中必須保證既有線排水系統(tǒng)的暢通.對影響既有線路基穩(wěn)定的作業(yè)，必須有可靠的安全防護(hù)措施。安排好搶險(xiǎn)人員、物資、機(jī)具和設(shè)備。8.6制定勞動安全防范措施，施工作業(yè)場地、了望條件、防護(hù)及警示標(biāo)志設(shè)立要符合鐵路局《勞動安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》要求，同時配齊配全符合國家、鐵道部標(biāo)準(zhǔn)的勞動安全防護(hù)用品。作業(yè)人員要嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)制度和操作規(guī)程，正確佩戴和使用勞動防護(hù)用品。8.7在施工過程中，如發(fā)生影響既有線安全的情況，列車在區(qū)間被迫停車時，除使用對講機(jī)聯(lián)系外，還應(yīng)使用響墩對列車進(jìn)行防護(hù)，并設(shè)防護(hù)人員顯示停車手信號。8.8施工前應(yīng)在兩端車站、雙線應(yīng)在來車方向的車站設(shè)駐站聯(lián)絡(luò)員，施工現(xiàn)場設(shè)工地防護(hù)員。8.9靠近既有線挖溝、挖電纜時，應(yīng)了解地下設(shè)施的用途、埋設(shè)位置，并與有并部門聯(lián)系，做好防護(hù)后再施工。8.10當(dāng)挖溝、坑影響行人妨礙交通或站內(nèi)作業(yè)時，應(yīng)在施工地點(diǎn)3～5m處加設(shè)防護(hù)，并應(yīng)當(dāng)天回填夯實(shí)。如需過夜時，應(yīng)采取防止人員墜落的安全措施，在有危及行車安全或房屋時對其臨時加固。8.11嚴(yán)禁在影響路基穩(wěn)定的范圍內(nèi)挖溝、坑，在鐵路沿線或穿越鐵路挖溝、坑時，擺放的料具和挖出的土石方嚴(yán)禁侵入基本建筑限界，并應(yīng)采取防止塌落的措施，保證既有線的行車安全。8.12施工過程中，必須派專人對既有線24小時測量（包括高程測量、方向、軌距等）。如發(fā)現(xiàn)既有線路有變化，應(yīng)立即通知現(xiàn)場負(fù)責(zé)人，現(xiàn)場負(fù)責(zé)人根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行停工、啟動應(yīng)急預(yù)案。9．環(huán)保措施9.1將施工場地和作業(yè)限制在工程建設(shè)允許的范圍內(nèi)，合理布置、規(guī)范圍擋，做到標(biāo)牌清楚、齊全，各種標(biāo)示醒目，施工場地整潔文明。9.2廢棄材料或施工過程中的漿液，立即運(yùn)出現(xiàn)場并按規(guī)定進(jìn)行處理。對施工中廢棄的零碎配件、邊角料、水泥袋、包裝箱等及時進(jìn)行收集清理。9.3進(jìn)出現(xiàn)場的便道應(yīng)經(jīng)常撒水，防止揚(yáng)塵，污染施工與周邊環(huán)境。9.4加強(qiáng)環(huán)保教育，宣傳有關(guān)環(huán)保政策、知識，強(qiáng)化員工的環(huán)保意識，使環(huán)境保護(hù)成為參建員工的自覺行為。10．效益分析10.1社會效益該施工技術(shù)為軟土地基加固和鄰近既有線施工積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，使其更符合今后鐵路建設(shè)的特點(diǎn)，為工程保證工期創(chuàng)造了條件，促進(jìn)了地基加固施工適應(yīng)復(fù)雜施工環(huán)境的技術(shù)進(jìn)步，取得了良好的社會效益。10.2經(jīng)濟(jì)效益嚴(yán)格控制噴漿過程中的返漿量，減輕了返漿對現(xiàn)場施工環(huán)境的破壞，增強(qiáng)了樁體的完整性，節(jié)省了水泥的不必要浪費(fèi)，僅此一項(xiàng)節(jié)約資金約2萬元。科學(xué)合理的安排各臺鉆機(jī)的施工順序，既保證了施工的連續(xù)性，又確保了鄰近既有線的運(yùn)營安全，以最小的成本投入達(dá)到了質(zhì)量與工期的要求。11．應(yīng)用實(shí)例分析南倉疏解區(qū)工程DK108+164.04～+350基底處理11.1工程概況京津城際動車組開行至濱海新區(qū)南倉疏解區(qū)工程共有特大橋3座，全長3.828km。新建線路4條，改建既有線路2條，全長12.5km。城際上行聯(lián)絡(luò)線DK108+164.04～+350段為軟土地基路堤，承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。（地質(zhì)特征見表11.1）。基底采用旋噴樁加固處理，總數(shù)1788根，全長19668米。樁徑0.6m，間距1.3m，三角形布置，樁長1