高壓旋噴樁加固橋頭軟基施工及質(zhì)量控制【內(nèi)容提要】通過京津塘高速高速公路跨線橋橋頭高壓旋噴樁地基加固處理的施工實(shí)踐，介紹旋噴樁應(yīng)用于橋頭軟基處理的施工工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)。【關(guān)鍵詞】軟土地基；旋噴樁；施工工藝；質(zhì)量控制要點(diǎn)1高壓旋噴樁概述高壓旋噴樁具有加固體強(qiáng)度高、加固質(zhì)量均勻、加固體形狀可控的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)兩側(cè)施工中可以將其用于地基加固可以消除橋頭跳車的隱患。11概念高壓旋噴樁是高壓噴射注漿法處理地基中的一種，是利用鉆孔設(shè)備，把安裝在注漿管底部側(cè)面的特殊噴嘴，置入土層預(yù)定深度后，用高壓泥漿泵等裝置，以20MPA左右的壓力把預(yù)先制備好的水泥、水玻璃等材料作為主固化劑的漿液從噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體，同時借助注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動，使?jié){液把從土體上崩落下來的土攪拌混合，經(jīng)一定時間的凝固，便在土中形成圓柱狀的具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B能力的固結(jié)體，從而使地基承載力得到加強(qiáng)的一種工程方法。12加固機(jī)理高壓噴射注漿是利用工程鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置，以高壓設(shè)備使?jié){液成為20MPA左右的高壓流從噴嘴里噴射出來，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，土料便從土體剝落下來，高壓流切割攪碎的土層，呈顆粒狀分散，一部分被漿液和水帶出鉆孔，另一部分則與漿液攪拌混合，隨著漿液的凝固，組成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B能力的固結(jié)體，當(dāng)噴射流以360旋轉(zhuǎn)、自下而上噴射提升時，固結(jié)體的截面形狀為圓形即稱為旋噴。在鉆機(jī)的鉆桿最前端設(shè)置一個高壓液體噴射裝置，當(dāng)鉆機(jī)把該高壓噴射裝置送到土層預(yù)定深度時，通過高壓泵向鉆桿中心孔連續(xù)輸送高壓水泥漿液，高壓水泥漿液即通過噴射裝置中的噴嘴小孔噴入鉆桿周圍的砂層、土層及砂土層，與此同時鉆機(jī)帶動鉆桿緩慢旋轉(zhuǎn)并提升使噴嘴緩慢螺旋上升，從而使高壓水泥漿不斷切割攪拌土層，形成水泥、砂、土及速凝劑的混合攪拌漿體，通過固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，生成水化物，然后水化物膠結(jié)形成凝膠體，將土顆粒凝結(jié)在一起形成具有整體性、水穩(wěn)定性和較高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)整體，從而提高其復(fù)合地基承載力及改變地基土物理化學(xué)性能，達(dá)到提高地基承載力、減少地基沉降、阻止水體流動、增強(qiáng)地基穩(wěn)定性的目的。旋噴樁主要用于加固地基，提高地基的抗剪強(qiáng)度，改善地基土的變性性能，使其在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，不至破壞或產(chǎn)生過大的變形。13高壓旋噴樁工藝的適用范圍及特點(diǎn)高壓旋噴注漿法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉性土，黃土、砂土及人工填土等，可用于既有建筑的地基處理如工業(yè)廠房基礎(chǔ)加固、原有橋臺基礎(chǔ)加固、樓房基礎(chǔ)加固糾偏等，以及新建建筑的地基處理。高壓旋噴樁具有工藝簡單、地基加固見效快、耐久性好、施工工期短等特點(diǎn)。2工程概況本工程為天津航空產(chǎn)業(yè)區(qū)三期配套基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目環(huán)東干道七跨京津塘分離式立交工程，該立交工程橫跨環(huán)東干道一、袁家河和京津塘高速公路，起點(diǎn)位于緯十路北450M,終點(diǎn)結(jié)束于環(huán)東干道四。道路全長約25公里，規(guī)劃為城市主干路，是一條連接?xùn)|麗湖、空港經(jīng)濟(jì)區(qū)二期、航空新區(qū)、軍糧城新市鎮(zhèn)、海河中游地區(qū)的地區(qū)性交通主干道。該標(biāo)段擬建道路沿線主要為果林、耕地、溫室及村民居住區(qū)，地勢平坦，地形簡單。本項(xiàng)目道路長度975M，起點(diǎn)位于空港經(jīng)濟(jì)區(qū)二期緯十路以北437M，終點(diǎn)為分離立交橋擋墻修筑終點(diǎn)。其中在K0704191K0975路段只施作橋梁和擋墻部分。橋頭引路55M范圍內(nèi)采用旋噴樁處理，三角形布樁，剔樁頭以后回填50CM的碎石墊層，樁長分別為11M、13M、15M，樁徑06M，間距分別為18M、18M、16M。第一排距離底部蹬外05M開始打樁，擋土墻基底至少保證有兩排樁，墻趾和墻踵各一排。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)水灰比為11，樁身水泥摻入量不少于200KG/M。樁芯無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（28D）樁頂2/3L42MPA，2/3L樁尖33MPA。單樁承載力15M310KN，13M270KN，11M240KN。旋噴樁平面布置見圖1。A區(qū)B區(qū)C區(qū)20150樁距16M樁距8樁距M圖1高壓旋噴樁布樁圖3高壓旋噴樁工藝流程和施工過程31高壓旋噴樁機(jī)械設(shè)備配置高壓旋噴樁施工主要設(shè)備包括高壓泥漿泵、鉆機(jī)、及漿液攪拌器等。根據(jù)設(shè)計(jì)工程量、工期安排及現(xiàn)場施工條件，本工程施工主要機(jī)具配備如下XP220D單管旋噴鉆機(jī)2臺，高壓注漿泵2臺，柴油發(fā)電機(jī)（120KW）1臺，泥漿攪拌機(jī)2臺，潛水泵2臺，電焊機(jī)1臺。32高壓旋噴樁施工工藝工藝流程見圖2。圖2高壓旋噴樁工藝流程33高壓旋噴樁施工過程高壓旋噴樁正式施工前需要根據(jù)地質(zhì)情況選取代表性點(diǎn)打不少于3根的試驗(yàn)樁以確定施工工藝、旋噴參數(shù)、漿液配比、鉆進(jìn)和提升速度等技術(shù)參數(shù)，制定出質(zhì)量保證措施。本工程經(jīng)工藝試樁確定的技術(shù)參數(shù)見表1。表1高壓旋噴樁施工工藝參數(shù)鉆機(jī)就位鉆孔下沉至樁底標(biāo)高原地旋噴清除障礙雙向垂直度控制制備水泥漿、送漿提升至設(shè)計(jì)樁頂樁位放樣停止送漿、清除鉆頭異物鉆機(jī)移位施工下一根名稱參數(shù)噴嘴直徑/MM18鉆桿旋轉(zhuǎn)速度/R/MIN20提升速度/CM/MIN25噴漿壓力/MPA26水泥漿比重/（G/CM15水灰比W/C1單位水泥用量/KG/M200具體施工過程如下（1）定樁位。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)放樣定樁位，其誤差控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，樁位中心點(diǎn)釘入小木楔并灑白灰做標(biāo)記。（2）鉆機(jī)就位。將鉆機(jī)安置在設(shè)計(jì)孔位上，使鉆桿頭對準(zhǔn)孔位中心。為保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度，鉆機(jī)就為后作水平校正，使鉆桿軸線垂直對準(zhǔn)鉆孔中心位置。旋噴注漿管的允許傾斜度不得大于15。（3）試噴。鉆進(jìn)就位完畢后，鉆孔前先在地面上試噴，以檢驗(yàn)鉆機(jī)工作是否正常，排出故障。（4）鉆孔。每臺鉆機(jī)在開鉆前，技術(shù)人員對鉆桿總長度進(jìn)行尺量，根據(jù)樁長、設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高、原地面標(biāo)高計(jì)算下鉆節(jié)數(shù)，并在最后一節(jié)鉆桿上標(biāo)定出下鉆結(jié)束位置。鉆孔的目的是為了把注漿管置入到預(yù)定深度，鉆孔方法采用單管法旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。在鉆桿下鉆時采用小于10MPA的水泥漿壓力，一方面防止堵噴嘴，另一方面對土體進(jìn)行第一次噴射，使土體成為混合液，減小噴漿時土體的阻力，以利于漿液充分?jǐn)嚢?，鉆到設(shè)計(jì)的深度。成孔后，應(yīng)校檢孔位、孔深及垂直度，是否符合設(shè)計(jì)要求。（5）制漿。注漿材料選用優(yōu)質(zhì)325級普通硅酸鹽水泥，根據(jù)攪拌桶的大小、水灰比、泥漿比重來標(biāo)定最大水位線，按水灰比11添加水泥，并經(jīng)充分?jǐn)嚢?，測定泥漿比重是否達(dá)到試配時比重15，如達(dá)不到繼續(xù)添加水泥直至達(dá)到試配水泥漿比重為止。攪拌時間少于4分鐘的不得使用，超過初凝時間的漿液也不得使用；灰漿經(jīng)過兩道過濾網(wǎng)的過濾，以防噴嘴發(fā)生堵塞；抽入儲漿桶內(nèi)的灰漿要不停地?cái)嚢琛＃?）旋噴和復(fù)攪。將注漿管下到預(yù)定深度后，調(diào)整回流閥門，使旋噴罐內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到規(guī)定值，水泥漿到達(dá)噴嘴后，檢驗(yàn)噴射方向、擺動角度，一切合格后，調(diào)整工作臺和油泵閥門，使旋轉(zhuǎn)速度控制在1020R/MIN和提升速度達(dá)到1025CM/MIN的范圍時開始提桿、旋噴，由下往上成樁，在樁頭以下1米范圍復(fù)噴提鉆時采用最慢的1檔提鉆上升，并復(fù)噴一次，增加樁體的密實(shí)度，因?yàn)闃俄斠韵?米范圍將承受較大的荷載，加強(qiáng)此處樁體的質(zhì)量對發(fā)揮樁體的承載力起關(guān)鍵作用。當(dāng)噴漿結(jié)束后，要對注漿孔進(jìn)行二次回灌，防止旋噴樁體因水泥漿固結(jié)出現(xiàn)頂部凹陷而達(dá)不到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。在施工過程中，旋轉(zhuǎn)速度、提升速度、旋噴壓力、水泥用量參數(shù)的變化將直接影響樁的均勻程度和樁徑，水灰比參數(shù)的變化將會影響樁身的強(qiáng)度，因此必須時刻注意檢查漿液初凝時間、水泥漿流量及壓力、提升速度、旋擺角度、噴射方法等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并隨時作好記錄，如遇故障應(yīng)及時排除。鉆桿一邊旋轉(zhuǎn)，一邊向上提升；噴射的水泥漿一邊切削四周土體，一邊與土體攪拌混合，形成圓柱狀的水泥與土混合的加固體即為旋噴樁。（7）提管沖洗。噴射作業(yè)完成后，將注漿泵的吸漿管移到水箱內(nèi)，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管內(nèi)的漿液全部排除，防止殘存水泥漿將管路堵塞。（8）鉆機(jī)移位。移動鉆機(jī)至下一孔位，為確保樁與樁之間能很好咬合，宜采用打一跳一法，且間隔時間應(yīng)大于36小時。4施工中質(zhì)量控制旋噴樁是地下隱蔽工程，旋噴樁的施工質(zhì)量取決于地面的規(guī)范操作。主要質(zhì)量控制要點(diǎn)如下41噴漿材料要求本工程地處濱海沖積平原，高壓旋噴樁中的水泥采用325級普通硅酸鹽水泥。制漿用水必須保證清潔無污染，使用前按規(guī)定取水樣化驗(yàn)，符合拌制水泥混凝土的要求才能使用。42制漿按設(shè)計(jì)配比進(jìn)行漿液拌制，在制漿過程中應(yīng)隨時測量漿液比重，沒孔高壓噴漿結(jié)束后要統(tǒng)計(jì)該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機(jī)拌制，拌制漿液必須連續(xù)均勻，攪拌時間要符合規(guī)范要求。配制好的水泥漿在使用前要不停地?cái)嚢?。如果漿液因機(jī)械或停電等原因2H內(nèi)未使用，必須廢棄，不得繼續(xù)使用。43場地布設(shè)與施工順序合理布置場地，機(jī)具設(shè)備配套要緊密聯(lián)系，盡量縮短高壓噴射漿液的輸送距離，以減少沿程壓力損失。噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于50M。旋噴樁初期強(qiáng)度較低，為防止施工時對鄰近樁體的破壞，在施工順序上可采取跳排施工的方法。44機(jī)械故障處理噴射中途發(fā)生機(jī)械故障時，應(yīng)停止提升和噴射以防樁體中斷。若泵壓增高也不出漿，則是噴嘴堵塞，若泵壓達(dá)不到要求值，則可能是高壓部分密封性能不好，連接處或旋轉(zhuǎn)處漏漿、漏水，應(yīng)針對具體情況采取相應(yīng)的措施?；謴?fù)噴射時，噴射管要多下05M，以保證凝結(jié)體的連續(xù)性。旋噴樁自地面下10M處噴漿攪拌提升出地面應(yīng)采用慢速，以保證樁頭施工質(zhì)量。若遇特殊情況停機(jī)超過12H，應(yīng)采取補(bǔ)樁或其它補(bǔ)強(qiáng)措施。45冒漿處理旋噴過程中，往往有一定數(shù)量的土粒隨著一部分漿液沾著注漿管管壁冒出地面。通過對冒漿的觀察，可以及時了解土層狀況，旋噴的大致效果和旋噴的合理性等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，冒漿（內(nèi)有土粒、水及漿液）量小于注漿量20為正?，F(xiàn)象，超過20或完全不冒漿時應(yīng)查明原因并采取以下措施（1）若因地層中有較大空隙而引起不冒漿，則可以在漿液中摻加適量的速凝劑，縮短固結(jié)時間，使?jié){液在一定范圍內(nèi)凝固。另外還可以在空隙地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續(xù)正常施工。（2）若冒漿過大，通常原因是有效噴射范圍與注漿量不相符，注漿量大大超過旋噴固結(jié)所需的漿液量。減少冒漿的措施有3種提高噴射壓力，適當(dāng)縮小噴嘴直徑，加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。46復(fù)噴在不改變噴射參數(shù)的條件下，對同一標(biāo)高的土層作重復(fù)噴射時，能加大有效加固體直徑和提高加固體長度。這是局部獲得較大直徑簡易有效的方法。實(shí)際施工中，在底部和頂部進(jìn)行復(fù)噴，以增大承載力，確保地基處理質(zhì)量。47頂部凹穴處理高壓噴射完畢后，旋噴樁頂由于漿液析水、收縮，樁頂部可能出現(xiàn)凹穴，對地基不利，必須采取措施予以消除?？刹捎妹皾{回灌或第二次注漿處理。48成品保護(hù)旋噴樁施工完成后，不能隨意堆放重物，以防止樁變形。5旋噴樁的質(zhì)量檢測樁的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)在旋噴樁施工結(jié)束28天后進(jìn)行。主要檢驗(yàn)內(nèi)容包括樁的整體性、有效直徑、單樁承載力和強(qiáng)度特性等。檢驗(yàn)方法可采用開挖檢驗(yàn)、靜載試驗(yàn)、7天N10觸探、鉆孔取芯等。檢驗(yàn)點(diǎn)的位置重點(diǎn)布設(shè)在有代表性的關(guān)鍵地方，如承重大的部位，施工中出現(xiàn)過異常的部位，地質(zhì)情況復(fù)雜，可能對高壓噴射注漿質(zhì)量產(chǎn)生影響的部位。本工程采用的檢驗(yàn)方法如下（1）靜載試驗(yàn)，本工程樁數(shù)大于1000根大于1000根時，取單位工程樁數(shù)的3確定試驗(yàn)樁樁數(shù)。測試結(jié)果及時反饋于設(shè)計(jì)人員。（2）觸探及抽芯檢驗(yàn)，成樁7天內(nèi)采用輕型觸探進(jìn)行N10檢測，檢測頻率為總樁數(shù)的2。抽芯檢驗(yàn)的總樁數(shù)不少于工程樁數(shù)的3。（3）開挖檢驗(yàn)，本工程選取01的樁體進(jìn)行開挖檢驗(yàn)，深度1M?，F(xiàn)場開挖顯示，土體被強(qiáng)制與水泥砂漿混合，膠結(jié)硬化后形成直徑比較均勻的圓柱體，輪廓清晰，無孔洞和蜂窩麻面出現(xiàn)。旋噴樁直徑在0607M之間，滿足設(shè)計(jì)要求。6結(jié)語實(shí)踐表明，采用高壓旋噴樁技術(shù)進(jìn)行加