高壓旋噴樁 應用技術(shù)

1、2002年度深基礎工程學術(shù)交流高壓旋噴樁在濕陷性黃土地基加固中的應用技術(shù)劉全清中鐵十四局集團三公司 山東兗州 高壓旋噴樁在濕陷性黃土地基加固中的應用技術(shù)劉全清（中鐵十四局集團三公司 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計參數(shù)的確定和施工工藝要點及質(zhì)量檢驗等。關鍵詞：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)，是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預定位置后，以高壓設備使?jié){液或水成為20MPa左右的高壓水流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，同時鉆桿以一定速度向上提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個固結(jié)體。該技術(shù)應用廣泛，具有施工方便，

2、工藝簡單，地基加固見效快，耐久性好，施工工期短等優(yōu)點。利用該技術(shù)對濕陷性黃土地基加固，可以提高并保持地基的抗剪強度，重組土體結(jié)構(gòu)，改善土的變形性質(zhì)，減少沉降，通過固結(jié)原理和擠壓作用消除黃土的濕陷性，同時也可起到阻截地下水流，減少振動，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工程的諸多病害。2 地質(zhì)特性 黃土是第四紀干旱、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：（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，對基礎結(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）地基土達到飽和，易發(fā)生較大的動變形，甚至表現(xiàn)出類似砂土液化的現(xiàn)象。 以隴西地區(qū)某雙線鐵路橋臺工程為例，列車活載為

4、中-活載，該橋臺基礎位于河岸陡坎上臺階地，工程場地黃土地質(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。土樣試驗結(jié)果為級自重濕陷，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,標準貫入擊數(shù)5-16。3 方案設計 3.1旋噴直徑（d） 一般應根據(jù)估計直徑來選用噴射注漿種類和噴射方式, 估計直徑應在現(xiàn)場通過試驗確定。建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-91）給出了標準貫入擊數(shù)（N）與旋噴直徑（d）的關系。本工程選定中間偏小值d=0.5m。 3.2地基承載力計

5、算 根據(jù)（JGJ79-91）規(guī)范規(guī)定,用旋噴樁處理的地基,宜按復合地基設計,但當用作擋土結(jié)構(gòu)或樁基時,可按加固體獨立荷載計算。此工程采用兩種方法分別檢算。 3.2.1按加固體獨立荷載計算 Rdk=nfcukAP,式中Rdk單樁豎向承載力標準值n強度折減系數(shù)，可取0.30-0.50fcuk樁體強度,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按復合地基承載力標準值計算fsp,k=Rkd+fs,k(Ae-Ap)/Ae, 式中fsp,k-復合地基承載力標準值Rkd-單樁豎向承載力標準值，通過現(xiàn)

6、場荷載實驗確定fs,k樁間地基土承載力標準值樁間天然地基土承載力折減系數(shù)，可取0.2-0.6，或由試驗確定。Ae1根樁承擔的處理面積Ap樁的平均截面積3.3沉降計算旋噴樁的沉降計算為樁長范圍內(nèi)復合土層以及下臥層地基變形值之和,按建筑地基基礎設計規(guī)范（GBJ7-89）規(guī)定進行，式中復合土層的彈性模量按（JGJ79-91）規(guī)范規(guī)定進行。3.4布樁形式由于本設計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樁長及漿液保證樁體進入圓礫土不小于0.5m,統(tǒng)一樁底標高，樁長20m。漿液以水泥漿為主劑，水灰比采用1：1，摻入起早強作用的三乙醇胺

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）。（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 施工關鍵技術(shù)4.1作業(yè)程序：采用單管法旋噴施工，機具使用鐵研TY-76型振動鉆，接管搭接30CM。（1）鉆機定位：旋噴施工前，應首先進行場地平整和樁位布置并做好排水設施，然后鉆機定位，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，使鉆頭鉆至設計標高，當遇到堅硬地層或障礙物時，要摸清情況，采取地質(zhì)鉆等措施

8、。鉆孔位置與設計位置的偏差小于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：按照預定的旋噴參數(shù)先進行試噴，現(xiàn)場試驗，繪制作業(yè)過程曲線，優(yōu)化參數(shù)，保證符合設計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，把注漿管等機具設備沖洗干凈，漿液換成水，進行清洗噴射，泥漿泵及管路內(nèi)不得存有水泥漿。（7）形成旋噴樁體，將鉆機等設備移至新孔位。4.2施工要點（1）把好漿液質(zhì)量關，及時進行流動度、粘度的檢驗，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，避免速度過低，固結(jié)形成螺

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

10、0%或根本不冒漿，要及時調(diào)整鉆頭旋轉(zhuǎn)速度和提升速度。當不返漿時，可能是有較大孔隙或暗穴，應調(diào)查實際情況，漿液增加速凝劑或加大注漿量。（7）旋噴施工頂部樁長應有一定的預留量，以便保證樁長及樁身頂部質(zhì)量，樁頂部應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，隨機抽取總數(shù)的25%的樁進行檢驗，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，強度特性等。檢驗方法可采用開挖檢驗、鉆孔取芯、標準貫入試驗、載荷試驗等。經(jīng)檢驗，樁徑0.63-0.82m，大于設計值，無側(cè)限平均抗壓強度15.4Mpa，實際測量沉降11mm。結(jié)果表明利用高壓旋噴樁技術(shù)對濕陷性黃土地基加固，符合設計要求，同

11、時改良了飽和黃土地層段，有效的控制了動變形。6 結(jié)論實踐證明，利用高壓旋噴樁技術(shù)對濕陷性黃土地基進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，但其費用較高，要做好方案比選，它更適用于場地狹窄，不宜進駐大型機具設備者，或場地處于陡坎坡地時不宜強夯處理，對于中、小型結(jié)構(gòu)地基和既有建筑物地基加固較為經(jīng)濟合理。183車站箱涵基底加固處理設計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進行施工，施工采用4臺旋噴機施工。旋噴樁施工的工藝流程如下：測量定位旋噴機就位插入三重管旋噴、提升移機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，并作好標記。 旋噴機就位，調(diào)試風、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。 按設計的壓力進行旋噴，提升速度為10cm/min，旋噴時除水、氣達到上述要求外，注漿泵壓力1Mpa，排量大于100L/min。漿液根據(jù)配方試驗確定，漿液材料按工程進度進行配料。 旋噴高度至頂標高以上0.30.8m處停機，將旋噴管提出地面，移機至下一樁位。旋噴樁施工的機械配備如下表：旋噴樁施工的主要機械配備表名 稱性 能數(shù)量用 途高壓泵3W-TB4高壓柱塞泵，帶壓力流量計

13、2臺高壓水助噴泥漿泵水泥漿液流壓力宜大于1Mpa，2套旋噴注漿空壓機壓力0.7Mpa排量6m3/min2臺旋噴用氣旋噴機MG-502臺成樁施工注意事項(1) 施工前檢查高壓設備和管路系統(tǒng)，其壓力和流量必須滿足設計要求。注漿管及噴嘴不得有任何雜物，接頭密封圈良好。(2) 鉆孔與設計位置的偏差不大于5cm，傾斜度不大于1.5%。(3) 水泥漿在旋噴前1小時內(nèi)拌制，水灰比宜用1:1，旋噴過程中耗漿量控制在1025%，由下往上噴漿，注漿管分段提升的搭接長不小于100mm，相鄰兩樁施工間隔時間大于二天且大于2m距離。(4) 噴射時做好壓力、流量和冒漿量的量測工作，并做好記錄。圍護結(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 施工總順序為保證交通疏解方案的貫徹實施，盡量減小對交通的影響，在車站終點向區(qū)間方向32m范圍內(nèi)首先進行施工。然后再施工剩余的咬合樁。 機械設備選型為確保3個月內(nèi)完成區(qū)間第一施工段的任務，鉆孔樁施工投入MZ-1型全套管鉆機2臺和M-800全套管鉆機2臺，35t吊車2臺。液壓全套管鉆機的工作原理、鉆機的組成和特點:a、該鉆機由吊車、主機、液壓工作站，沖擊抓斗及套筒組成。在鉆孔樁成孔過程中，以套管正反扭動加壓下切，管內(nèi)抓斗取土，使套管壓入至樁的設計深度，形成全套管護壁成孔，實現(xiàn)速度快（該鉆機成樁時間約16小時左右），成

15、孔精度高及樁芯混凝土質(zhì)量好。b、當套管通過相對富含水層時，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)和機械手的作用下垂直度能得到保證，成孔垂直精度可達3以上，能較高質(zhì)量地達到咬合樁的設計要求。鉆孔樁的施工順序4臺樁機在圍護結(jié)構(gòu)的1號線、6號線“十”字相交處，自內(nèi)四角向外沿南北方向同時施工。(2) 單機成單樁時間確定MZ-1型全套管鉆樁機，一般情況下單機成樁一根需12個小時左右：樁機就位20分鐘壓入校核第一節(jié)套管30分鐘壓管鉆進成孔36

16、0分鐘吊放鋼筋籠20分鐘放入混凝土導管20分鐘灌注混凝土120分鐘拔套管移機30分鐘共10小時。考慮到施工過程中地質(zhì)條件變化等不可遇見因素的影響，單機成樁時間確定為12h。(3) 單機的施工順序單機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鉆孔樁施工工藝流程圖。施工準備、場地平整測量放樁位施工咬合樁頂混凝土導墻套管樁機就位對中吊裝安放第一節(jié)套管準備、場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測量孔深清除虛土檢查孔底吊放鋼筋籠放入混凝土灌注導管澆注混凝土逐次拔管截 樁 頭檢 測施作冠梁驗孔簽認隱蔽簽認制作鋼筋籠導管拼裝檢查

17、商品混凝土運輸與泵送測定混凝土面標高鉆機移位鉆孔樁施工工藝流程圖 鉆孔作業(yè)技術(shù)措施a、平整場地設置排水系統(tǒng)地面設4040cm排水溝每50m設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高。鉆機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、測設樁位施工前與車站進行聯(lián)合測量，核對中心線方向和水準基點，無誤時利用主體結(jié)構(gòu)的軸線位置，采用全站儀和水準儀測量定位。為確保主體結(jié)構(gòu)有足夠凈空，樁位向基坑外放10cm，準確定出有外放量的咬合樁樁位。c、樁頂鋼筋混凝土導墻施工導墻作用是使鉆孔樁準確定位，確保鉆孔平穩(wěn)并承受部分施工荷載。根據(jù)

18、設計及液壓搖動式全套管鉆機機體尺寸要求，以排樁軸線作為導墻中線，導墻采用素混凝土，導墻頂面力求平整。d、樁機對位、整平在混凝土導墻上支穩(wěn)鉆機，使樁機鉆頭中心準確對準樁位中心，調(diào)整鉆機平整。e、套管垂直度控制鉆機對位后，吊安第一節(jié)套管，控制套管安放的垂直度，并通過互相垂直的兩臺經(jīng)緯儀復核后，方可開鉆，成孔的全過程均由兩臺經(jīng)緯儀監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)傾斜及時糾正，允許垂直度偏差3。f、鉆進靠樁機的液壓系統(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、清孔檢查鉆進中丈量套管頂至地面的長度，可準確計算套管入土深度，套管入土深度應確保超過設計孔深20cm以上。當確

19、認套管入土深度符合設計要求后，及時進行孔內(nèi)虛土和沉碴的清除，并確保孔內(nèi)沉碴厚不得大于10cm?？椎兹粲錾皩踊蛴蟹俺霈F(xiàn)，套管應繼續(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。鋼筋籠制作及保護層允許偏差項 次項目允許偏差/mm1主筋間距102箍筋間距203鋼筋籠直徑104鋼筋籠長度505鋼筋籠保護層20鋼筋籠加工時各項指標滿足上表要求，縱向鋼筋采用閃光對焊，箍筋點焊于鋼筋籠縱向鋼筋上。鋼筋籠的主筋凈保護層不宜小于設計要求，其允許偏差為20mm。鋼筋籠吊運時應采取適當措施防止扭轉(zhuǎn)、彎曲，安裝鋼筋籠時，應對準孔位，吊直扶穩(wěn)，緩慢下放，避免碰撞孔壁，就位后立即固定。為加快施工進度，縮短鋼筋籠吊裝時間，鋼筋籠一次加工到設計長度，吊裝時采用30t吊車吊裝，每個鋼筋籠吊三個吊點，主勾吊鋼筋籠頂部吊點，副勾吊后2吊點，鋼筋籠起吊后在空中將鋼筋籠倒轉(zhuǎn)豎立垂直，解開副勾，由主勾將鋼筋籠垂直吊入樁