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1、高壓旋噴樁施工工藝高壓旋噴樁施工技術是70年代日本首先提出，它是在靜壓灌漿基礎上，引進水力采煤技術而發展起來，是利用射流作用切割摻攪地層，改變原地層結構和組成，同時灌入水泥漿或復合漿形成凝結體，借以達成加固地基和防滲目標。1工藝特點（1）施工機具設備簡單，施工簡便。（2）含有很好耐久性，且料源寬廣，價格低廉。（3）噪聲小，無污染。2適用范圍（1）受土層、土粒度、土密度、硬化劑粘性、硬化劑硬化時間影響小，可廣泛應用于淤泥、淤泥質土、粘性土、粉質粘土、（亞粘土）、粉土（亞砂土）、砂土、黃土及人工填土中素填土甚至碎石土等多個土層。（2）可作為現有建筑和新建建筑地基加固之用，也可作為基礎防滲之用；可作2、為施工中臨時方法（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地基加固、防滲處理。（3）當用于處理泥炭土或地下水含有侵蝕性、地下水流速過大和已涌水地基工程時，宜經過試驗確定其適用性。3工藝原理及設計要求3.1加固原理高壓噴射注漿法是利用鉆機把帶有噴嘴注漿管鉆進土層預定位置后，以高壓設備使漿液或水、（空氣）成為2040MPa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步提升，將漿液和土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個圓柱狀固結體（即旋噴樁），以達成加固地基或止水防滲目標。依據噴射方法不一樣，噴射注漿可分為單管法、二重管法和三重管法。單管法：單層噴射管3、，僅噴射水泥漿。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圍繞氣流共同作用下，破壞土體能量顯著增大，最終在土中形成較大固結體。三重管法：是一個漿液、水、氣噴射法，使用分別輸送水、氣、漿液三種介質三重注漿管，在以高壓泵等高壓發生裝置產生高壓水流周圍圍繞一股圓筒狀氣流，進行高壓水流噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大空隙，再由泥漿泵將水泥漿以較低壓力注入到被切割、破碎地基中，噴嘴作旋轉和提升運動，使水泥漿和土混合，在土中凝固，形成較大固結體，其加固體直徑可達2m。噴射注漿法加固半徑和很多原因相關，其中包含噴射壓力P4、提升速度S、被加固土抗剪強度、噴咀直徑d和漿液稠度B。加固范圍和噴射壓力P、噴咀直徑d成正比，和提升速度S、土抗剪強度和漿液稠度B成反比。加固體強度和單位加固體中水泥摻入量和土質相關。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。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3.2成樁機理高壓噴射注漿成樁機理包含以下五種作用：（1）高壓噴射流切割破壞土體作用。噴射5、流動壓以脈沖形式沖擊破壞土體，使土體出現空穴，土體裂隙擴張。（2）混合攪拌作用。鉆桿在旋轉提升過程中，在射流后部形成空隙，在噴射壓力下，迫使土粒向著和噴咀移動方向相反方向（即阻力小方向）移動位置，和漿液攪拌混合形成新結構。（3）升揚置換作用（三重管法）。高速水射流切割土體同時，因為通入壓縮氣體而把一部分切下土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥漿液補充。（4）充填、滲透固結作用。高壓水泥漿快速充填沖開溝槽和土?？障?，析水固結，還可滲透砂層一定厚度而形成固結體。（5）壓密作用。高壓噴射流在切割破碎土層過程中，在破碎部位邊緣還有剩下壓力，并對土層可產生一定壓密作用，使旋噴樁體邊緣部分抗壓強度高于中6、心部分。旋噴樁固結體情況圖4所表示。滲透部分攪拌混合部分硬化劑主體部分圖4 旋噴樁體固結情況圖壓縮部分3.3工藝設計要求 加固體直徑確實定旋噴樁直徑和現場土質、土體強度和噴射壓力、流量、提升速度和漿液稠度等很多原因相關，應經過現場試驗確定。當無試驗資料時可參考表1選擇。 部署形式樁平面部署形式需依據加固目標給考慮，分離部署單樁可用于基礎承重，排樁、板墻可用作防水帷幕，整體加固則常見于預防基坑底部涌土或提升土體穩定性，水平封閉樁可用于形成地基中水平隔水層。圖5為通常樁平面部署形式。鐵路、公路路基基底通常采取梅花形加固地基分離樁形式。樁間距通常采取1.21.5m。公路設計規范要求，相鄰樁凈距不應大7、于4倍樁徑。表1 旋噴樁直徑參考值（m） 噴注種類土類別單管法二重管法三重管法粘性土0N51.20.21.60.32.50.310N200.80.21.20.31.80.320N300.60.20.80.31.20.3砂土0N101.00.21.40.32.00.310N200.80.21.20.31.50.320N300.60.21.00.31.20.3砂礫20N300.60.21.00.31.20.3注：表中N為標準貫入實測錘擊數。圖5 通常樁平面部署形式圖設計承載力圖（1）按樁身強度計算許可承載力。P= aA式中 P樁許可承載力（kN）；a 樁體材料強度折減系數，a=0.40.5；樁體材8、料7cm7cm7cm試件室內平均抗壓強度（kPa）；A 樁橫斷面積。（2）按土體強度計算樁身許可承載力。P= fi li + AR式中 P樁許可承載力（kN）；樁身截面周長，按樁直徑計算（m）；fi各土層許可摩阻力（kPa）；li 各土層厚度（m）；A樁底支承面積，按樁直徑計算（m）；R樁尖處地基許可承載力（kPa）。（3）復合地基承載力。 式中 復合地基許可承載力（kPa）；P 單樁承載力（kPa）；R 樁間土天然地基承載力（kPa）；Ae 一根樁分擔荷載面積； Ap 一根樁斷面積；A 天然地基承載力折減系數，當不考慮樁間土作用時為0。漿量計算漿量計算有兩種方法，即體積法和噴量法，取大者作為9、設計噴射漿量。體積法：噴量法：式中 Q 需要噴漿量（m3）； De旋噴固結體直徑（m）； D0注漿管直徑（m）； K1填充率，0.750.9；h1旋噴長度（m）；K2未旋噴范圍土填充率，0.50.75；h2未旋噴長度（m）；損失系數，0.10.2；提升速度（m/min）；H噴射長度（m）；q單位噴漿量（m3/m）。依據計算所需噴漿量和設計水灰比，即可確定水泥使用數量。強度要求旋噴樁設計要求，成樁28天后抽芯取樣進行無側限抗壓強度試驗，抽檢數為2%，并大于2根，其無側限抗壓強度不得小于設計要求；地基加固后，復合地基承載力不得小于設計要求。4工藝步驟高壓旋噴樁施工工藝步驟圖見圖6。泥漿排放處理鉆機10、就位調整鉆架角度鉆 孔插 管試 噴高壓噴射注漿作業噴射結束拔 管樁機移位機具清理準備工作制 漿一級過濾二級過濾高壓泵對漿液加壓開啟高壓清水泵、空壓機供水、風圖6 施工工藝步驟圖5操作關鍵點5.1施工前準備工作（1）在設計文件提供多種技術資料基礎上作補充工程地質勘探，深入了解各施工工點地基土性質、埋藏條件。（2）準備充足水泥加固料和水。水泥品種、規格、出廠時間經試驗室檢驗符合國家規范及設計要求,并有質量合格證。嚴禁使用過期、受潮、結板、變質加固料。通常水泥為425號一般硅酸鹽水泥。水要潔凈，酸堿度適中，pH值在510之間。（3）依據補充勘探資料，在選擇試驗工點加固范圍內各代表性地層用薄壁取土器采11、取必需數量原狀土送試驗室，對取得土樣在進行試驗之前應妥善保留，使土樣物理和化學性能盡可能保持不變。（4）室內配合比試驗。依據設計要求噴漿量或現場土樣情況，按不一樣含水量設計并調整多個配合比，經過在室內將現場采取土樣進行風（烘）干、碾碎，過25mm篩粉狀土樣，按設計噴漿量、水灰比攪拌、養護、力學試驗，確定施工噴漿量、水灰比。通常水灰比可取1.01.5。為改善水泥土性能、防沉淀性能和提升強度，可合適摻入木質素磺硫鈣、石膏、三乙醇胺、氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉、陶土、堿等外摻劑。若試驗之前土樣含水量發生了改變，應調整為天然含水量。（5）試樁試驗。依據室內試驗確定施工噴漿量、水灰比制備水泥漿液在試驗工點打12、設數根試樁，并依據試樁結果，調整加固料噴漿量，確定攪拌樁攪拌機提升速度、攪拌軸回轉速度、噴入壓力、停漿面等施工工藝參數。（6）推土機、挖掘機配合自卸汽車清除地表0.3m厚種植土，雜物，并將原地面按設計要求整平，填出路拱。依據施工現場實際情況，施作臨時排、截水設施，并在施工范圍以外開挖廢泥漿池和施工孔位至泥漿池間排漿溝。（7）按設計要求完成施工放樣，用木樁定出樁位，用白石灰作出顯著標識。5.2施工工藝（1）鉆機定位。移動旋噴樁機到指定樁位，將鉆頭對準孔位中心，同時整平鉆機，放置平穩、水平，鉆桿垂直度偏差小于1%1.5%。就位后，首優異行低壓（0.5MPa）射水試驗，用以檢驗噴嘴是否通暢，壓力是否13、正常。（2）制備水泥漿。樁機移位時，即開始按設計確定配合比拌制水泥漿。首先將水加入桶中，再將水泥和外摻劑倒入，開動攪拌機攪拌1020分鐘，以后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網（孔徑為0.8mm），過濾后流入漿液池，然后經過泥漿泵抽進第二道過濾網（孔徑為0.8mm），第二次過濾后流入漿液桶中，待壓漿時備用。（3）鉆孔（三重管法）。當采取地質鉆機鉆孔時，鉆頭在預定樁位鉆孔至設計標高（預鉆孔孔徑為15cm）。（4）插管（單重管法、二重管法）。當采取旋噴注漿管進行鉆孔作業時，鉆孔和插管二道工序可合而為一。當第一階段貫入土中時，可借助噴射管本身噴射或振動貫入。其過程為：開啟鉆機，同時開啟高壓泥漿泵低壓14、輸送水泥漿液，使鉆桿沿導向架振動、射流成孔下沉；直到樁底設計標高，觀察工作電流不應大于額定值。三重管法鉆機鉆孔后，拔出鉆桿，再插入旋噴管。在插管過程中，為預防泥砂堵塞噴嘴，可用較小壓力（0.51.0MPa）邊下管邊射水。（5）提升噴漿管、攪拌。噴漿管下沉抵達設計深度后，停止鉆進，旋轉不停，高壓泥漿泵壓力增到施工設計值（2040MPa），坐底噴漿30s后，邊噴漿，邊旋轉，同時嚴格根據設計和試樁確定提升速度提升鉆桿。若為二重管法或三重管法施工，在達成設計深度后，接通高壓水管、空壓管，開動高壓清水泵、泥漿泵、空壓機和鉆機進行旋轉，并用儀表控制壓力、流量和風量，分別達成預定數值時開始提升，繼續旋噴和提15、升，直至達成預期加固高度后停止。（6）樁頭部分處理。當旋噴管提升靠近樁頂時，應從樁頂以下1.0m開始，慢速提升旋噴，旋噴數秒，再向上慢速提升0.5m，直至樁頂停漿面。（7）若遇礫石地層，為確保樁徑，可反復噴漿、攪拌：按上述46步驟反復噴漿、攪拌，直至噴漿管提升至停漿面，關閉高壓泥漿泵（清水泵、空壓機），停止水泥漿（水、風）輸送，將旋噴漿管旋轉提升出地面，關閉鉆機。（8）清洗。向漿液罐中注入適量清水，開啟高壓泵，清洗全部管路中殘余水泥漿，直至基礎潔凈。并將粘附在噴漿管頭上土清洗潔凈。（9）移位。移動樁機進行下一根樁施工。（10）補漿。噴射注漿作業完成后，因為漿液析水作用，通常全部有不一樣程度收縮16、，使固結體頂部出現凹穴，要立即用水灰比為1.0水泥漿補灌。5.3推薦關鍵施工技術參數（1）單重管法。漿液壓力2040MPa，漿液比重1.301.49，旋噴速度20rmin，提升速度0.20.25m/min，噴嘴直徑23mm，漿液流量80100L/min（視樁徑流量可加大）。（2）二重管。法漿液壓力2040MPa，壓縮空氣壓力0.70.8MPa。（3）三重管。法漿液壓力0.20.8MPa，漿液比重1.601.80，壓縮空氣壓力0.50.8MPa，高壓水壓力3050MPa。6推薦使用關鍵機具設備關鍵機具設備見表2。表2 關鍵機具設備表設備名稱型號規格所用機具單管法二重管法三重管法高壓泥漿泵SNS-17、H300水流Y-2型液壓泵20MPa50MPa高壓水泵3XB型 3W6B50MPa3XB型 3W7B20MPa鉆機工程地質鉆振動鉆泥漿泵BW-150型7MPa空氣壓縮機0.8MPa，3m3/min泥漿攪拌罐200L/min注漿管高壓膠管1922mm工作壓力7勞動力組織單機作業每班人員組織分工見表3。表3 單機作業每班人員組織分工表序號職務人數職 責1班長1全方面掌握施工進度、質量和安全2鉆機司機1操作鉆機，卸接鉆桿，維修保養和排除故障3泵工1操作泥漿泵、清水泵及維修保養4空壓機司機1操作空壓機及維修保養（單重管法不需要）5電工1負責鉆機、電源、電路、工地照明及電氣故障排除6鉗工1全方面維修保養18、機具設備7普工2倒運水泥，操作泥漿攪拌罐及倒灰和過濾8普工2幫助鉆機工作（卸接鉆桿、沖洗等）9技術人員1掌握施工技術、質量，填寫工程日志和統計合 計118質量要求及質量控制關鍵點8.1旋噴樁施工質量要求旋噴樁施工質量要求應滿足表4要求。表4 旋噴樁施工質量標準表序號項目許可偏差檢驗數量檢驗方法及說明1固結體位置（縱橫方向）50mm抽檢2%，但不少于2根用經緯儀檢驗（或鋼尺丈量）2固結體垂直度1.5%用經緯儀檢驗噴漿管3固結體有效直徑50mm開挖0.51m深后尺量4樁體無側限抗壓強度大于設計要求鉆芯取樣，做無側限抗壓強度試驗5復合地基承載力大于設計要求抽檢2，但不少于1處平板荷載試驗6滲透系數大19、于設計要求按設計要求數量加固體內或圍井鉆孔注（壓）水試驗注：鉆芯取樣做樁體無側限抗壓強度試驗、復合地基平板荷載試驗和滲透系數試驗應在成樁28天后進行，若設計有其它要求，按設計要求時間進行檢驗。8.2質量控制關鍵點（1）正式開工前應認真作好試樁工作，確定合理施工技術參數和漿液配比。（2）旋噴過程中，冒漿量小于注漿量20%為正?，F象，若超出20%或完全不冒漿時，應查明原因，調整旋噴參數或改變噴嘴直徑。（3）鉆桿旋轉和提升必需連續不中止，拆卸接長鉆桿或繼續旋噴時要保持鉆桿有1020cm搭接長度，避免出現斷樁。（4）在旋噴過程中，如因機械出現故障中止旋噴，應重新鉆至樁底設計標高后，重新旋噴。（5）制作20、漿液時，水灰比要按設計嚴格控制，不得隨意改變。在旋噴過程中，應預防泥漿沉淀，濃度降低。不得使用受潮或過期水泥。漿液攪拌完成后送至吸漿桶時，應有篩網進行過濾，過濾篩孔要小于噴嘴直徑1/2為宜。（6）在旋噴過程中，若碰到孤石或大漂石，樁可合適移動位置（依據受力情況，必需時可加樁），避免畸形樁或斷樁。（7）旋噴過程中，應按表4要求作好施工統計。表4 旋噴注漿統計表工程名稱鉆孔機具高壓泵型號空壓機型號水泵型號注漿管直徑噴嘴孔徑噴嘴個數設計提升速度設計旋轉速度設計注漿量漿液配比水泥標號注漿孔編號旋噴深度（m）實際有效長度（m）旋噴時間（時分）旋轉速度（r/s）提升速度（m/s）旋噴壓力（MPa）注漿量（21、m3）冒漿量及殘液狀態供水壓力（MPa）供風壓力（MPa）旋噴日期開始結束現場責任人： 統計人：8.3質量通病處理（1）不冒漿或冒漿量少。通常原因是加固土層粒徑過大，孔隙較多，可采取以下方法：1）加大漿液濃度，能夠從1.1加大到1.3左右繼續噴射。2）灌注粘土漿或加細砂、中砂，待孔隙填滿后再繼續正常噴射。3）在漿液中摻加骨料。4）加泥球封閉后繼續正常噴射。5）灌注水泥砂漿后，再將孔內水泥漿置換成粘土漿，待孔隙填滿后繼續正常噴射。（2）冒漿量過大。通常是有效噴射范圍和噴漿量不適應相關，可采取以下方法：1）提升噴射壓力。2）合適縮小噴嘴直徑。3）合適加緊提升速度。因為冒漿量中含有地層顆粒和漿液混合22、體，現在對冒漿中水泥分離回收尚無適宜方法，在施工中多采取過濾、沉淀、回收調整濃度后再利用。（3）凹穴處理。1）在噴射灌漿完成時，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在下沉。2）在噴射灌漿完成后，向凝固體和其上部結構之間空隙進行第二次靜壓灌漿，漿液配比應為不收縮且含有膨脹性材料，如采取水泥水鋁粉配比為9.86.90.3漿液。9施工安全注意事項9.1安全方法（1）高壓泥漿泵、空壓機、高壓清水泵必需指定專員操作，壓力表應定時檢修檢定，以確保正常工作。（2）鉆機操作人員應含有熟練操作技能。（3）施工前應檢驗高壓設備和管路系統，其壓力和流量（風量）需滿足設計要求，應檢驗管道耐久性和23、管道連接是否可靠，泵體、注漿管及噴嘴內不得有任何雜物，各類密封圈必需良好，無滲漏現象，不然接頭斷開、軟管破裂，將會造成漿液、高壓水流飛散、軟管甩出等安全事故。安全閥中安全銷要進行試壓檢驗（試壓檢驗到當地壓力容器檢驗所檢驗），必需確保在達成要求壓力時能斷銷卸壓，絕不能輕易安裝未經試壓檢驗自制安全銷。（4）噴射漿自噴嘴噴出時，含有很高能量，所以人體和噴嘴之間距離不應小于60cm。（5）噴射注漿漿液現在通常以水泥漿為主，但有時也加入其它化學填加劑，通常說漿液硬化后對人畜均無害，但硬化前液體進到眼睛里時，必需立即進行充足清洗，并立即到醫院診療。（6）吊、放噴射管路時，嚴禁管下站人。不得將電纜浸泡在水和24、泥漿中，預防漏電傷人。9.2環境保護（1）水泥、石灰細顆粒散體材料，應遮蓋存放；運輸時必需必需封閉覆蓋，不得沿途撒落。（2）制訂灑水防塵方法，指定專員負責現場灑水降塵。（3）采取有效降噪方法。（4）不得隨意排放廢棄加固料。10應用實例高壓旋噴樁在秦沈客運專線應用:本局承建A12、A13標段工程，在錦州市所轄凌海市和北寧市及盤錦市所轄盤山縣境內，起迄里程：DK218+500DK263+400，全長35.367km。DK218+500DK230+200段，為第四系沖洪積平原，且沖洪積層較厚，地表為旱地種植土，巖性從上到下分別為砂粘土、粘砂土、中砂、細砂、礫砂、圓礫土，層厚不等；細砂、中砂為間或夾層25、，層厚較薄，下部為花崗巖。DK230+200DK241+700段，為第四系濱海平原，地表多為旱地種植土，巖性從上到下分別為淤泥、砂粘土、細砂、中砂、粗砂、圓礫土；細、中粗砂為間或夾層，層厚較薄，砂粘土、圓礫土層厚較厚，以下為花崗巖石。DK241+700DK263+400段，為第四系濱海平原，地層依次為淤泥、砂粘土、細砂、中砂、粗砂及圓礫土。線路路基全長23.5km，其中軟土或軟弱地基路基長21.156km，地基承載力約為0=80140Pa，相對較低，基巖埋藏較深，路基基底均需經過地基加固處理以提升基底承載力。（1）旋噴樁工程設計情況。旋噴樁工點14個，其中路基地基加固10個，涵洞基底地基加固426、個，其中4個涵洞工點設計樁徑0.6m，采取間距1.3m等邊三角形部署，樁長均為7.0m，累計樁長4228m。剩下10個工點設計樁徑0.8m，樁長分別為6.0、15.0、16.5、20.0、25.0m，采取間距2.0m等邊三角形部署，累計樁長26022.5m。（2）施工機械選型。因設計樁徑為0.6 m、0.8m，依據同類工程施工經驗，用單管法施工能滿足設計要求，故依據同類工程施工經驗選定以下配套機械：武漢力學巖土工程機械廠生產PH-5B型旋噴樁鉆機1臺，電機額定功率37kW；天津高壓聚能泵廠生產SNS-H300型高壓泵一臺，額定功率90kW，額定壓力35MPa；沈陽水泵廠生產BW-150型泥漿泵27、，電機額定功率3kW；高壓管路內徑19mm，外徑34mm；主機鉆桿內徑53mm，外徑76mm；鉆頭上設一2.8mm噴嘴；主塔高度18.5m；主機是靠液壓撐腿調平，支撐導軌式行走，依據設備性能及地面至樁底深度，可一次性成孔。（3）施工參數。1）固化劑。錦西牌一般硅酸鹽425#水泥，外摻劑：改性高效減水劑和早強劑，每米樁長水泥噴漿量為241kg，水泥漿液水灰比W/C=1.0，2）鉆桿轉速控制在50r/min左右，提升速度為0.220.24m/min，高壓泵壓力控制在2830MPa，高壓泵流量為80L/min，成樁60m/臺班。（4）施工效果。圖7 單重管法旋噴樁施工照片圖8 旋噴樁施工效果照片旋噴樁工點14個，其中路基10個，涵洞4個，檢測14個，合格14個，一次檢測合格率100%。靜載荷試驗檢測工點14個，依據復合地基平板載荷試驗檢測結果，旋噴樁復合地基承載力均大于設計要求標準值150kPa。取芯48根，其中I類樁47根，II類樁1根，均為合格樁；樁身均完整、樁徑均超出設計樁身直徑；依據鉆探取芯檢測結果，28天無側限抗壓強度在2.697.18MPa，均滿足秦沈客運專線設計要求路基大于1.2MPa和涵洞大于2.5MPa要求。施工照片見圖7、圖8。