高压旋喷桩在地基加固施工中的应用
2015-06-11
1.引言
所谓高压旋喷桩，就是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使水泥浆液以高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒从土体剥离下来，除部分土粒随水泥浆冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与水泥浆搅拌混合并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列。水泥浆凝固后在土中形成一个固结体，从而使地基得到加固。
2.高压旋喷桩的工艺类型
旋喷桩基本工艺类型有三种，即单管法、二重管法、三重管法。
2.1单管旋喷法
通过单根管路，利用20MPa左右的高压浆液，喷射冲切破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升，使浆液与土体混合凝固，成桩直径为40～80cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体直径较小。
2.2二重管旋喷法
在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重灌浆管。在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴，高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出，在射流的外围加以0.7MPa左右的压缩空气喷出。在土体中形成直径明显增加的柱状固结体，直径可达80～150cm。
2.3三重管旋喷法
使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。在以高压装置产生的20MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入压力为2～5MPa的浆液填充，喷嘴坐旋转和提升运动，最后在土提中形成较大的柱状固结体，直径可达80～200cm。
（a）单管旋喷法；（b）二重管旋喷法；（c）三重管旋喷法
3.高压旋喷桩施工技术
3.1施工前的准备
工程开工前，材料员针对本工程施工所需的主要材料水泥，根据施工预算，制订采购计划。所采购的材料应符合公司合格供方名录，并同供应商签订供货合同。要求供应商所供的材料质量满足设计和规范要求，供货及时，满足进度要求。材料进场后，按规定送质监站复验，合格后方可使用。根据工程地质情况及业主工期要求，合理选用高压旋喷桩机进场施工。其它辅助工具有压浆管、搅拌筒，高压送浆泵、空压机等，开工前进行一次维收保养。
工程开工前，组织主要管理人员学习有关规范、规程文件，了解地质情况。组织主要管理人员仔细研究施工图，并将有疑问之处提问建设单位或设计单位，参加施工图纸会审和设计图纸交底。
3.2钻孔与引孔验收
钻孔是高喷灌浆中最重要的工序之一，需严格控制造孔质量。钻机安放时用吊车配合移动到设计孔位上，调整好钻杆的垂直度及水平位置，对准孔位中心，纵横向偏差不得大于5cm，为保证钻孔达到规范要求的垂直度偏差1.5％以内。钻机到位后，用枕木支起，水平尺校正立轴、机脚，做到平稳、对正。立轴竖直后试转一次，最后用地锚将钻机脚锁定。在钻孔过程中要经常复核立轴是否竖直，若有偏差立即校正。钻混凝土采用金刚石钻头钻进，地基部位采用合金钻进。钻孔完毕后，报请监理人验收，验收内容主要是引孔孔深、孔位、以及观察是否坍塌，并准备喷射作业。
3.3喷射注浆作业
将注浆管下到预定深度后，进行地下试喷，一切正常后即可自下而上进行喷射作业。施工过程中，必须时刻注意检查浆液初凝时间、气浆流量及压力、提升速度、等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，如遇故障及时排除。
上提旋喷施工时，要做好压力、流量和冒浆量的测量工作，并按规定逐次记录，各配套设备开启应有顺序：空载启动空压机，待运转正常后再空载启动高压泵，然后向孔内送风，使风压和泵压逐渐升到规定值后即可开动注浆泵，待泵量正常后估计水泥浆已流出喷头时，即可按要求边旋转、边提升进行旋喷作业。旋喷管插入预定深度后，及时按设计配合比配制浆液，按设计转速原地旋转喷管。输入高压水泥浆液，待泵压升至设计规定值且孔口返浆且比重大于1.3时提升旋喷管，进行由下而上的旋喷注浆作业。在旋喷过程中，严格记录各项数据，包括制浆浆液比重、回浆比重、浆压、提升速度、进返浆流量。根据地层预知情况，初步拟订的喷浆数据如下，实际施工时参数根据旋喷灌浆试验结果调整。
旋喷中需拆卸注浆管时，应先停止提升和回转，同时停止送浆，然后逐渐减少风压，最后停机，拆卸完毕继续旋喷时，开机顺序必须遵守操作要求的规定，为防止旋喷固结体脱节，应使旋喷孔段互相搭接大于0.15m，旋喷作业达到设计停浆高度后，即可停风，继续注浆，待水泥浆从孔口返出后，停止注浆，立即将吸水管移至清水箱，开泵抽吸清水，并拔出注浆管，待吸入清水将注浆管中的水泥浆顶出后，即可停泵。
旋喷结束后，卸下的注浆管应立即用清水将其各通道冲洗干净并拧上堵头。注浆泵、送浆管路和搅拌机等都要用清水彻底清洗。压气管路和高压泵管路也要分别送风、送水冲洗干净。旋喷注浆后，由于浆液吸水作用，一般均不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，待水泥浆终凝后，立即清洗凹穴，并及时用水泥浆进行补灌。
3.4回灌和起拔套管
旋喷灌浆至套管部位（上限）后，应关闭高压水，继续充填水泥浆直至孔口回浆浓度达到1.6。拔起旋喷管后，继续向孔内回灌比重1.65的浓水泥浆，直至孔内液面不再下降。回灌是很重要的工序，可以对旋喷体上部起到较好的填充效果。
4.质量检查
旋喷固结体系在地层下直接形成，属于隐蔽工程，因而不能直接观察到旋喷桩体的质量。必须用比较切合实际的各种检查方法来鉴定其加固效果。限于目前我国技术条件喷射质量的检查有开挖检查、室内试验、钻孔检查、载荷试验。
旋喷桩检验分为施工前检查和施工后的检查，施工前先进行旋喷试验固结体，主要通过检查确定旋喷参数、水泥浆配件、外加剂材料，旋喷质量等，施工后检查为旋喷固结体在土层形成后进行，检验方法采用钻孔注水检查、钻孔取芯芯样抗压、抗渗试验，检验时间为喷射施工结束后4周进行，检查数量为旋喷固结体数量的2%～5%，每个加固工程至少2个，检查点布置在施工中出现异常情况的部位或地质情况复杂、可能对高喷灌浆质量产生影响的部位，也可是监理人认为需检查的部位。
5.结束语
综上所述，高压旋喷桩地基处理技术是一种专业性非常强的施工技术，在施工前要做好施工准备工作，施工过程中要合理选择各种施工技术参数，严格做好各个施工程序的质量控制工作，从而使旋喷桩的质量得到有效保证。
