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1、高壓旋噴樁施工工藝工法1前言1.1工藝工法概況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。70年代初期，日本最先把高壓噴射技術用于地基加固和防水帷幕，形成一種特殊的地基加固技術，即所謂CCP工法(Chemical Churning Pile)。此后，70年代中期又開發了同時噴射高壓漿液和壓縮空氣的二重管法，最后形成噴射高壓清水、壓縮空氣和低壓漿液的三重管法。目前，高壓旋噴樁施工在世界各地得到廣泛應用。1.2工藝原理1.2.1高壓2、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，以高壓設備使漿液或水、（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。1.2.2根據噴射方法的不同，噴射注漿可分為單管法、二重管法和三重管法。1.單管法：單層噴射管，僅噴射水泥漿。2.二重管法：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繞氣流的共同作用下，破壞、沖切土體形成固結體。3.三重管法：是一3、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生裝置產生高壓水流的周圍環繞一股圓筒狀氣流，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、破碎的土體中，噴嘴作旋轉和提升運動，使水泥漿與土混合，形成較大的固結體。4.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。5.本工法以三重管法為例。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4、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2工藝工法特點施工設備簡單、輕便、噪聲小、施工速度快的特點。采用不同的鉆機，不僅可以形成垂直的樁，也可以形成傾斜的樁。可以只對指定區域進行加固，加固體的強度較高，加固深度可自由調節，加固體的強度可達到110MPa。可以形成一定間距的樁或相互咬合形成止水帷幕或擋土墻。3適用范圍廣泛應用于淤泥、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。可作為既有建筑和新建建筑的地基加固、基礎防滲之用；也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、5、防滲處理，在動水地層中施工時，首先要消除動水的影響。4主要引用標準4.1建筑邊坡工程技術規范(GB50330）4.2建筑基坑支護技術規范（JGJ120）4.3地鐵設計規范（GB50157）4.4凍土地區建筑地基基礎設計規范（JGJ118）4.5建筑地基基礎設計規范（GB50007）4.6地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范（GB50307）4.7建筑樁基技術規范（JGJ94）4.8城市軌道交通工程測量規范（GB50308）4.9地下鐵道工程施工及驗收規范（GB50299）4.10高壓噴射注漿施工操作技術規程（HG/T20691）4.11混凝土外加劑（GB8076）4.12鐵路工程土工試驗規程（T6、B10102）4.13通用硅酸鹽水泥（GB175）5施工方法三重管旋噴樁施工分成兩個階段，第一階段為成孔階段，即采用鉆機驅動噴射管進行鉆進，邊鉆進邊噴高壓水，使噴頭達到預定的深度。如有必要時，可在地基中預先成孔，然后放入噴射管進行噴射加固。第二階段為噴射加固階段，即用高壓水、水泥漿(或加入其它外摻劑)以及壓縮空氣，通過噴射管由噴射頭上的橫向噴嘴噴出，與此同時，鉆桿一邊旋轉，一邊向上提升使水泥漿與土混合，形成一定直徑的柱狀固結體。6工藝流程及操作要點6.1施工工藝流程三重管高壓旋噴樁施工工藝流程見圖4所示。鉆 孔旋 噴高壓泵輸送漿液成 樁鉆機移位終孔檢查沉淀處理鉆機就位廢漿排放漿液制備廢水渣土排7、放樁位測設試樁及工藝參數確定施工準備空壓機供水、風不合格圖4 高壓旋噴樁施工工藝流程圖6.2操作要點6.2.1施工準備1.施工前對施工場地進行清理、平整，應保證場地的三通一平，確保用電安全。2.施工前探明管線、建構筑物等地下障礙物埋深和位置，挖出探坑并作好詳細的標示標記。3.挖好排漿溝，設置排漿等臨時設施。4.設備材料進場，對設備機械性能等進行檢查。水泥、外加劑等材料進場按要求抽檢試驗。6.2.2試樁及確定工藝參數1.在展開大批量制樁前進行試樁，以校驗施工工藝參數的選擇是否合理，并根據試樁結果及工程經驗調整施工工藝參數。三重管高壓旋噴樁止水帷幕試樁的理論施工參數如表1所示。表1 三重管高壓旋噴8、樁止水帷幕施工參數表項目技術參數高壓水水壓（MPa）3035水量（L/min）8090壓縮空氣氣壓（MPa）0.50.7氣量（L/min）5001500漿液漿液壓力（MPa）1.02.5漿液流量（L/min）80150提升速度（cm/min）812旋轉速度（r/min）1020噴嘴直徑（mm）1.52.5樁徑（m）1.20.32.漿液配置：水泥宜采用強度等級為32.5以上級普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.81.5，每延米水泥用量及各種施工參數根據試樁情況進行相應的調整。根據需要可以加入適量的外加劑和摻合料，外加劑和摻合料的用量，應通過試驗確定。3.外加劑添加：漿液采用“柔性材料”，即向水泥漿液中加9、入20%膨潤土，同時為了減少地下水對漿液的稀釋作用，在漿液中可以加入2%的氯化鈣。也可以根據需要加入4%左右的水玻璃，水玻璃提前加水稀釋攪拌均勻后再加水泥。6.2.3樁位測設按規定對施工場地的基準點、基軸線及水準點實施引測、復核。對于標定的基準點要做好明顯的標志和編號，并做好保護工作。使用全站儀等，采用極坐標法進行樁位的放樣。對施工范圍內的所有樁進行測量定位，并做好明顯牢固的樁位標志,做好測量記錄，以便復核。6.2.4鉆機就位1.移動旋噴樁機到指定樁位，鉆桿頭對準孔位中心。為保證鉆孔達到設計要求的垂直度，鉆機就位后，作水平校正，鉆機鉆桿采用鉆桿導向架進行定位，使鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心位置，其10、垂直度不得大于1%1.5%，鉆頭對正樁位中心，對點誤差不大于50mm，鉆桿與鉆孔方向應保持一致。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.旋噴樁止水帷幕施工時，首先施工最外圍的一排樁，采用1,5,9，間隔跳打的方法進行施工，圍內部采用不跳樁按次序施工。6.2.5鉆孔鉆孔與插管同時施工為一道工序，鉆孔過程中作好詳細的鉆孔記錄。鉆孔過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，采取邊射水邊鉆進的方法。開始鉆孔時，射水水壓由0.5Mpa提高到1.0Mpa。一根鉆桿用完后，停止射水，接長鉆桿，繼續施鉆直到達到設計標高為準，此時水壓不宜大于1.0 Mpa。6.2.6漿液制備及檢11、測1.實驗室負責漿液配合比設計，嚴格按設計要求配置水泥漿，待壓漿前將水泥漿倒入集料斗中。漿液拌制時，先在攪拌罐中加入水，然后再放入水泥進行攪拌，攪拌時間不少于10分鐘。旋噴注漿的材料用水泥，根據需要加入適量的外加劑。2.漿液易在旋噴前半小時以內配制，漿液必須攪拌均勻，漿液存留不得超過4小時，當未用完的漿液超過4小時，通過試驗證明其性能符合要求后方可使用。漿液應始終保持攪拌狀態，防止產生沉淀。施工過程中試驗員應經常隨機抽取漿液進行檢驗。6.2.7噴射作業1.噴射注漿前要檢查高壓設備和管路系統，使用前應對安全閥進行鑒定，其運行必須可靠，注漿管接頭的密封環必須無破損，密封性能良好，注漿管及噴嘴內不得12、有任何雜物。2.當噴管插入預定深度后，由下而上進行噴射作業，技術人員必須時刻注意檢查壓力、流量、風量、旋轉提升速度、冒漿量等參數是否符合設計要求，并隨時做好記錄，繪制作業過程曲線。3.噴射過程中，注漿管分段提升時搭接長度不得小于200mm。冒漿量控制在20注漿量以內，大于20或完全不冒漿時，應查明原因并采取相應的措施。冒漿過大的主要原因是有效噴射范圍與注漿量不相適應，注漿量大大超出噴漿固結所需漿量；減少冒漿的措施：提高噴射壓力，加快提升和旋轉速度；不冒漿采取的措施：在漿液中摻入適量的速凝劑，縮短固結時間，使漿液在一定土層范圍內凝固；在地層空隙大的地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續正常噴漿。4.漿13、液流量：噴漿量可以按下式計算：Q=H/V*q(1+)式中：H旋噴長度V旋噴管提升速度q泵的排漿量漿液損失系數，一般取0.10.26.2.8沖洗清洗。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，直至沖洗干凈。并將粘附在噴漿管頭上的土清洗干凈。6.2.9樁機移位待旋噴機注漿管全部提出地面后，先關閉電機，然后將樁機移至下一樁位，重復上述施工過程。7勞動力組織單臺旋噴樁機勞動力組織如下表：表2 勞動力配置表序號工種人數備注1現場負責人1總體負責施工全過程2技術人員2施工定位、施工數據記錄及質量檢查3鉆機司機2負責開旋噴機4空壓機司機2操作空壓機及維修保養5電工1負責電氣操作6普工614、拌漿及現場文明施工合計148主要機具設備單臺旋噴樁機機械設備配置如下表：表3 機械設備配置表序號作業名稱機具設備名稱規格型號單位數量備注1引孔、旋噴三重管旋噴機XP-30B臺12泵送高壓水高壓注漿泵GZB-40C臺13泵送水泥漿高壓注漿泵RG90臺14泵送高壓空氣空壓機KBH-35臺15漿液拌制拌漿罐1.5m3臺16儲存水水箱2 m3臺17儲存漿液儲漿罐2 m3臺19質量控制9.1施工中易出現的質量問題9.1.1加固體強度不均、產生縮頸現象。9.1.2鉆孔偏斜。9.1.3固結體頂部凹陷。9.1.4冒漿量過大或過小。9.2質量問題的預防措施和處理方法9.2.1加固體強度不均、產生縮頸現象的預防措15、施及處理方法1.根據地質水文條件的不同，選擇不同的樁位布置和施工工藝參數，保證成樁樁徑和樁間咬合。2.旋噴施工之前，應做水密、氣密試驗，檢查各部件的密封性，一切正常后才能施工，保證旋噴的連續性。3嚴格檢查噴嘴的位置、形狀、個數及直徑等，保證旋噴效果。4在高壓旋噴注漿過程中接管或因故停機重新旋噴作業時，復噴搭接高度不得小于200mm。5為了增強旋噴效果，可以采取提高噴射壓力、泵量或降低回轉與提升速度等措施，也可以采用復噴工藝：第一次噴射（初噴）時，注入水泥漿液；初噴完畢后，將注漿管下降至初噴開始的孔深，再抽送水泥漿，自下而上進行第二次噴射（復噴）。9.2.2鉆孔偏斜的預防措施及處理方法1.施工之16、前探明地下障礙物，遇地下障礙物時應清除或重新對樁位進行布置避開。2.施工之前對場地進行平整，鉆機就位后，對鉆機和鉆桿進行檢查，保證其處于水平和垂直狀態。9.2.3固結體頂部凹陷的預防措施及處理方法1.旋噴長度比設計長0.31.0米，或在旋噴樁施工完畢，將固結體頂部鑿去部分，在凹穴部位用混凝土填滿或直接在旋噴孔中再次注入漿液，或在旋噴注漿完成后，在固體的頂部0.51.0m范圍內再鉆進0.51.0m，在原位提桿再注漿復噴一次加強。2.在噴射灌漿完畢時，即連續或間斷地向噴射孔內靜壓灌注漿液，直至孔內混合液凝固不再下沉。3.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17、為不收縮且具有膨脹性的材料。4.在噴射過程中，應觀察冒漿的情況，及時了解土層情況，檢查噴射注漿的效果和噴射參數是否合理。對于冒漿應妥善處理，及時清除沉淀的泥渣。10安全措施10.1主要安全風險分析高壓旋噴樁施工過程中，存在的安全風險主要有高壓漿液噴射傷害、粉塵傷害以及其它機械傷害風險等。10.2保證措施10.2.1施工前應檢查高壓設備和管路系統，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、注漿管及噴嘴內不得有任何雜物，各類密封圈必須良好，無滲漏現象，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18、檢驗到當地壓力容器檢驗所檢驗），必須確保在達到規定壓力時能斷銷卸壓。10.2.2操作人員與噴嘴之間的距離不應小于1m。10.2.3檢查管路接頭、噴嘴及鉆桿時必須完成處于泄壓狀態才能進行。10.2.4作業人員按要求佩戴防護用品，漿液等進入人眼、鼻及口內時立即采用清水清洗處理。11環保措施11.1對環境的影響因素11.1.1漿液制備過程中宜造成揚塵。11.1.2水泥漿、冒漿等漿液溢流造成周邊環境污染。11.1.3廢棄漿液及渣土造成環境污染11.2環保措施11.2.1水泥、膨潤土等細顆粒材料，應遮蓋存放；運輸時必須必須封閉覆蓋，不得沿途撒落。11.2.2泥漿制備過程中搭設泥漿攪拌棚，并采取擋風措施，19、放水泥時緩慢進行，同時對廢棄的水泥袋集中管理，輕拿輕放，防止水泥飄散擴散。11.2.3制定灑水防塵措施，指定專人負責現場灑水降塵。11.2.4對施工場地進行統一規劃，設置排漿溝、沉淀池，廢棄的漿液及冒漿集中排放至沉淀池內，不得隨意排放廢棄的加固料。廢棄的渣土拉運至指定地點排放。12應用實例12.1工程簡介哈爾濱地鐵一號線一期工程土建八標，主要包括三站兩區間及出入段線，即工程大學站、太平橋站、交通學院站、工程大學站太平橋站區間、太平橋站交通學院站區間及太平橋車輛段的出入段線。工程位于哈爾濱市南崗區南通大街及道外區東直路下，周邊主要為居民住宅區和商企用房，是比較繁華的地區，無歷史文物或古跡。地貌單20、元均處于松花江漫灘區，地層較為復雜，主要為雜填土、粉質粘土、粉砂及中粗砂組成，地下水豐富、水位高、滲透系數大。場地地下水可分為上層滯水、潛水和孔隙微承壓水、承壓水，施工中均受到四種地下水不同程度的影響。在太平橋站交通學院站區間小里程為盾構始發井，端頭加固采用900600三重管高壓旋噴樁430根，加固深度為6.218.7m，加固范圍為10m12.5m，地層自上而下主要為粉質粘土、粉砂及中砂層，且處于微承壓水層中。地質柱狀圖見圖5所示。 圖5 太平橋站交通學院站區間小里程端盾構端頭地質柱狀圖12.2施工情況通過試樁并根據試樁結果及工程經驗，確定施工工藝參數如下：注漿管：提升速度10cm/min、旋21、轉速度1015r/min；水：壓力3032Mpa、流量80L/min；漿液：壓力2Mpa、流量80L/min；空氣：壓力0.7Mpa、流量0.8m3/min；水灰比：0.8：1；水泥：采用P.O42.5水泥；每延米水泥用量：450。盾構始發端共施工900三重管高壓旋噴樁430根，施工時間為2010年6月21日2010年8月12日，平均施工8根/天。在上行線接收端共設置900三重管高壓旋噴樁516根，施工時間為2010年9月12日2010年11月9日，平均施工8根/天。12.3工程結果評價該工程使用三重管高壓旋噴樁進行地基加固處理，通過對加固體進行取芯檢驗、水平探孔及洞門鑿除后的加固效果檢驗，均證明了三重管高壓旋噴樁在哈爾濱松花江漫灘區的地質水文條件下施工質量能夠很好地達到預期土體加固要求，從而確保了盾構始發施工的安全。12.4建設效果及施工圖片 圖6 噴嘴及管路檢查 圖7 旋噴施工 圖8 三重管高壓旋噴樁取芯效果圖