地表加固高壓旋噴樁施工工藝及發(fā)展方向

目錄一、高壓旋噴樁發(fā)展過程及適用范圍二、高壓旋噴樁施工原理及分類三、高壓旋噴樁施工工藝四、高壓旋噴樁發(fā)展方向一、高壓旋噴樁發(fā)展過程及適用范圍

高壓旋噴樁屬于高壓噴射注漿法范疇。它是70年代日本首先提出，在靜壓注漿的基礎上，采用高壓水射流切割技術而發(fā)展起來的。

旋噴樁工藝特點：施工機具設備簡單，便于管理，施工簡便。固結體形狀可以控制。具有較好的耐久性，且料源廣闊，價格低廉。噪聲小，無污染，無公害，生產安全。確保固結體的強度。漿液集中，流失較少。

適用范圍：受土層、土的粒度、土的密度、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）、砂類土、黃土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多種土層?？勺鳛榧扔薪ㄖ托陆ńㄖ牡鼗庸讨?，也可作為基礎防滲之用；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、防滲處理。當用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性、永凍土、地下水流速過大和已涌水的地基工程時均不宜采用該法，宜通過試驗確定其適用性。旋噴樁加固利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定的深度，依靠水泥漿攪拌系統(tǒng)、高壓注漿泵等設備，以20

～40Mpa的壓力把水泥漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。當能量大、速度和脈動狀的射流，其動壓大于土層結構強度時，土顆粒便從土層中剝落下來。一部分細顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在射流的沖擊力、離心力和重力等力的作用下，與漿液攪拌混合，漿液凝固后，便在土層中形成一個固結體。

旋噴法施工時，噴嘴一面噴射一面旋轉并提升，固結體呈圓柱狀。主要用于加固土體質量，提高土體的抗剪強度，改善土的變形性質，減少建筑支檔土壓力，也可組成閉合的帷幕，用于阻擋地下水流和治理流沙，可靠性好。旋噴樁可以根據(jù)工程實際情況設計為單樁承載、多樁承載和復合地基幾種形式。二、高壓旋噴樁施工原理及分類分類：根據(jù)機具的不同分為，單管法，二重管法，三重管法。根據(jù)成樁形式分旋噴注漿、定噴注漿和擺噴注漿成樁直徑的區(qū)別：單管法的成樁直徑較小，一般為0.3～0.8m，雙管法在1.0m左右，三重管法一般在0.8m～2.0m左右，但成樁強度較低。成樁形式的區(qū)別：高壓噴射注漿法所形成的固結體形狀與噴射流移動方向有關，旋噴后成柱樁，擺噴后成壁狀，定噴后成塊狀。成樁機理：高壓噴射注漿的成樁機理包括以下五種作用：高壓噴射流切割破壞土體作用。噴射流動壓以脈沖形式沖擊破壞土體，使土體出現(xiàn)空穴，土體裂隙擴張?；旌蠑嚢枳饔谩ｃ@桿在旋轉提升過程中，在射流后部形成空隙，在噴射壓力下，迫使土粒向著與噴嘴移動方向相反的方向（即阻力小的方向）移動位置，與漿液攪拌混合形成新的結構。升揚置換作用（三重管法）。高速水射流切割土體的同時，由于通入壓縮氣體而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥漿液補充。充填、滲透固結作用。高壓水泥漿迅速充填沖開的溝槽和土粒的空隙，析水固結，還可滲入砂層一定厚度而形成固結體。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余壓力，并對土層可產生一定壓密作用，使旋噴樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分。旋噴樁固結體情況圖4所示。

單管法：單層噴射管，僅噴射水泥漿。通過單根管路，利用高壓泥漿（20MPa～30MPa）噴射沖切破壞土體，成樁直徑一般40～50cm。其加固質量好，施工速度快和成本低，但固結體較小。

二重管法：又稱漿液氣體噴射法，是在單管法的基礎上又加以壓縮空氣，并使用雙通道的二重注漿管。在管的底部側面有一個雙重噴嘴，高壓漿液以20MPa左右的壓力從內噴嘴中高速噴出，在射流的外圍加以0.8MPa左右的壓縮空氣噴出，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(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，最后在土中形成直徑明顯增加的柱狀固結體，達到0.8m～1.5m。三重管管法：是一一種漿漿液、、水、、氣噴噴射法法，使使用分分別輸輸水、、氣、、漿液液三種種介質質的三三重注注漿管管，在在以高高壓泵泵等高高壓發(fā)發(fā)生裝裝置產產生高高壓水水流的的周圍圍環(huán)繞繞一股股圓筒筒狀氣氣流，，進行行高壓壓水流流噴射射流和和氣流流同軸軸噴射射沖切切土體體，可可以減減少水水射流流和與與周圍圍介質質的摩摩擦，，避免免水射射流過過早霧霧化，，增強強水射射流的的切割割能力力，也也借空空氣的的上升升力把把被破破碎的的土由由地表表排除除，形形成較較大的的空隙隙，在在地基基中形形成較較大的的負壓壓區(qū)，，攜帶帶另一一個噴噴嘴噴噴出的的低壓壓力水水泥漿漿充填填空隙隙，注注入到到被切切割、、攪拌拌的地地基中中，噴噴嘴作作旋轉轉和提提升運運動，，使水水泥漿漿與土土混合合，在在土中中凝固固，形形成較較大的的固結結體，，達到到加固固目的的，其其加固固直徑徑可達達800～2000mm。旋噴噴樁樁的的加加固固半半徑徑和和許許多多因因素素有有關關，，其其中中包包括括噴噴射射壓壓力力P、提提升升速速度度S、被被加加固固土土的的抗抗剪剪強強度度τ、噴噴嘴嘴直直徑徑d和漿漿液液稠稠度度B。加加固固范范圍圍與與噴噴射射壓壓力力P、噴噴嘴嘴直直徑徑d成正正比比，，與與提提升升速速度度S、土土的的抗抗剪剪強強度度τ和漿漿液液稠稠度度B成反反比比。。加加固固體體強強度度與與單單位位加加固固體體中中的的水水泥泥摻摻入入量量和和土土質質有有關關。。三、、高高壓壓旋旋噴噴樁樁施施工工工工藝藝工藝藝設設計計要要求求:加固固體體直直徑徑的的確確定定旋噴噴樁樁直直徑徑與與現(xiàn)現(xiàn)場場土土質質、、土土體體強強度度和和噴噴射射壓壓力力、、流流量量、、提提升升速速度度和和漿漿液液稠稠度度等等諸諸多多因因素素有有關關，，當當無無試試驗驗資資料料時時可可參參考考工程程經經驗驗，，如如表1。當當?shù)氐貙訉映沙蓸稑峨y難度度大大，，難難以以噴噴射射成成樁樁時時，，需需要要根根據(jù)據(jù)地地層層情情況況通過過現(xiàn)現(xiàn)場場做試驗驗樁確定定旋噴噴樁樁施施工工技技術術參參數(shù)數(shù)，，達達到到要要求求的的樁樁徑徑和和成成樁樁質質量量。。布置置形形式式樁的的平平面面布布置置形形式式需需根根據(jù)據(jù)加加固固的的目目的的給給予予考考慮慮，，分分離離布布置置的的單單樁樁可可用用于于基基礎礎的的承承重重，，排排樁樁、、板板墻墻可可用用作作防防水水帷帷幕幕，，整整體體加加固固則則常常用用于于防防止止基基坑坑底底部部的的涌涌土土或或提提高高土土體體的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性，，水水平平封封閉閉樁樁可可用用于于形形成成地地基基中中的的水水平平隔隔水水層層。。圖圖5為一般樁樁的平面面布置形形式。噴注種類土的類別單管法二重管法三重管法粘性土0＜N＜51.2±0.21.6±0.32.5±0.310＜N＜200.8±0.21.2±0.31.8±0.320＜N＜300.6±0.20.8±0.31.2±0.3砂土0＜N＜101.0±0.21.4±0.32.0±0.310＜N＜200.8±0.21.2±0.31.5±0.320＜N＜300.6±0.21.0±0.31.2±0.3砂礫20＜N＜300.6±0.21.0±0.31.2±0.3表1旋噴樁直直徑參考考值（m）注：表中N為標準貫貫入實測測錘擊數(shù)數(shù)。圖5一般樁的的平面布布置形式式圖漿量計算算有兩種種方法，，即體積積法和噴噴量法，，取大者者作為設設計噴射射漿量。。體積法：：噴量法：：式中Q——需要的噴噴漿量（（m3）；De——旋噴固結結體直徑徑（m）；D0——注漿管直直徑（m）；K1——填充率，，0.75～0.9；h1——旋噴長度度（m）；K2——未旋噴范范圍土的的填充率率，0.5～0.75；h2——未旋噴長長度（m）；β——損失系數(shù)數(shù)，0.1～0.2；ν——提升速度度（m/min）；H——噴射長度度（m）；q——單位噴漿漿量（m3/min）。根據(jù)計算算所需的的噴漿量量和設計計的水灰灰比，即即可確定定水泥的的使用數(shù)數(shù)量。漿量計算算旋噴樁施施工工藝藝:工法選擇擇：工法選擇擇不當，，會使加加固效果果達不到到設計要要求，不不僅會造造成外部部水土流流失、坍坍塌等風風險，還還將導致致工程造造價成倍倍增加。。根據(jù)本工程加加固地質情況況及施工條條件限制制，選用高壓旋噴噴樁對地層加加固。加固范圍圍主要為為粉質粘粘土層、、砂質粘粘性土層層、砂土土層、全全風化變變質砂巖巖、強風風化變質質砂巖。旋噴工工藝采用用成樁直直徑較大大的三重重管旋噴噴法，以以減少孔孔數(shù)和旋旋噴工作作量，保保證旋噴噴樁加固固質量，，降低成成本。加固原則則：盾構隧道道洞頂土土體強度度底，通通過加固固，改變變土體強強度，提提高土體體穩(wěn)定性性；隧道經過過上軟下下硬的復復合地層層，土質質不均，，通過加加固，改改變軟弱弱土體強強度，減減小土體體強度差差異；確保盾構構機掘進進過程中中，上部部土體失失穩(wěn)，導導致地表表過大沉沉降和塌塌陷，減減小土體體強度差差異和地地層不整整合程度度，避免免刀具和和刀盤異異常磨損損。試樁目的的第一區(qū)間間剩余盾盾構段有有6個加固段段，分段段里程為為：DK108+310～DK108+425，115m；DK108+440～DK108+470，30m；DK108+485～DK108+495，10m；DK108+520～DK108+540，20m；DK108+790～DK109+015，225m；DK109+085～DK109+250，165m。在大面積積施工前前需要做做試樁試試驗，來來確定合合理的施施工工藝藝及提桿桿速度和和泵漿壓壓力大小小才能滿滿足旋噴噴樁施工工技術參參數(shù)，由由此確定定高壓旋旋噴樁的的施工工工藝及施施工技術術參數(shù)，，以確保保大面積積施工時時高壓旋旋噴樁的的施工質質量。第一段加加固試樁樁：試樁數(shù)量量不少于于3根（不在在同一地地點）。試樁里程程DK108+300～DK108+310，9根樁，分分為3組，2組試驗樁樁徑Φ800，樁間距距600mm，1組試驗樁樁徑Φ600，樁間距距500mm。結合本工工程實際際，僅介介紹三管管法旋噴噴樁施工工工藝。。測量放線定定位引孔鉆機就就位搬遷鉆進成孔清孔移鉆插入高噴管管高噴作業(yè)回灌漿液配置泵泵送啟動高壓泵泵送水啟動高壓機機送風開孔檢查換漿清渣試噴檢查觀察高噴參參數(shù)孔內保持滿滿漿三管法旋噴噴樁工藝流流程三管旋噴施施工工序場地三通一一平樁位測設鉆機就位鉆孔漿液配置下噴射管噴射作業(yè)沖洗管路廢漿處理移動機具將將鉆機等機機具設備移移到新孔位位上?；毓嗍┕び涗泩龅厝ㄒ灰黄绞┕で皩鰣龅仄秸┧?、供供電、行車車道路進行行規(guī)劃。挖挖好排漿溝溝，設置回回漿池，漿漿液回收處處理，防止止污染環(huán)境境。樁位測設根據(jù)設計圖圖紙，進行行布孔，測測量放線，，準確定出出樁位。鉆機就位鉆機應垂直直于地面且且擺放平穩(wěn)穩(wěn)，放線樁樁位與設計計樁位的偏偏差不得大大于50mm。要求鉆機機安放保持持水平，鉆鉆桿保持垂垂直，其傾傾斜度不得得大于1.5%。鉆孔把鉆機移至至鉆孔位置置后，對準準孔位用水水平尺掌握握機臺水平平，立軸垂垂直、墊牢牢機架、鉆鉆機的垂直直度滿足精精度要求，，經技術人人員驗測合合格后方可可開鉆。如如發(fā)現(xiàn)鉆機機傾斜，則則停機找平平后再開鉆鉆。鉆進成成孔，孔徑徑為Φ150mm，嚴格按已已定樁位進進行成孔，，平面位置置偏差不得得大于50mm，采用原土土造漿護壁壁。鉆進過過程中，遇遇到異常情情況及時查查明原因，，采取相應應措施，對對地層變化化、顆粒大大小、硬度度等要詳細細記錄，鉆鉆孔結束后后，由技術術人員進行行質量檢查查，合格后后方可移位位進行下一一個孔的鉆鉆進。5.漿液配制攪攪拌本工程旋噴噴樁漿液采采用水灰比比為1:1～1:1.5的水泥漿。。水泥要過過篩，且為為了防止水水泥漿離析析，應在灰灰漿機中不不停攪動。。在實際施施工時，可可使用比重重計隨時測測量漿液比比重，水灰灰比1:1的水泥漿液液比重為1.49，并做好比比重測試記記錄。首先先將水加入入桶中，再再將水泥倒倒入，開動動攪拌機攪攪拌10～20分鐘，而后后擰開攪拌拌桶底部閥閥門，放入入第一道篩篩網（孔徑徑為0.8mm），過濾后后流入漿液液池，然后后通過泥漿漿泵抽進第第二道過濾濾網（孔徑徑為0.8mm），第二次次過濾后流流入漿液桶桶中，待壓壓漿時備用用。下噴射管將噴射臺車車移至成孔孔處，在插插入旋噴管管前先檢查查高壓水與與空氣噴射射情況，各各部位密封封圈是否封封閉，先在在地面進行行漿、氣試試噴，檢查查各項工藝藝參數(shù)符合合設計要求求后將噴射射管下至設設計深度，，經現(xiàn)場質質檢人員檢檢查認可后后方可進行行高噴注漿漿施工。如如因塌孔插插入困難時時，可用低低壓水（0.1～2MPa）沖孔，邊邊下管邊射射水，但須須把高壓水水噴嘴用塑塑料布包裹裹，以免泥泥土堵塞。。噴射過程程中如遇特特殊情況，，如漿壓過過高或噴嘴嘴堵塞等，，應將噴射射管提出地地面進行處處理，處理理好后再進進行施工。。7.噴射作業(yè)噴嘴直徑、、提升速度度、旋噴速速度、噴射射壓力、排排量等旋噴噴參數(shù)根據(jù)據(jù)試樁結果果來確定。。開始時，，先送高壓壓水，再送送水泥漿和和壓縮空氣氣。一般情情況下，壓壓縮空氣可可晚送30s，然后再進進行邊旋轉轉、邊提升升、邊噴射射作業(yè)。噴噴射時，應應先達到預預定的噴射射壓力、噴噴漿量后再再逐漸提升升注漿管。。中間發(fā)生生故障時，，應停止提提升和旋噴噴，以防柱柱體中斷，，同時立即即進行檢查查排除故障障；如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有漿液噴噴射不足，，影響樁體體的直徑時時，應進行行復核。因因故停工時時，必須做做好接樁措措施，一般般接樁長度度＞0.5m。在旋噴過過程中，冒冒漿量應控控制在10%～25%之間。噴到到樁高后應應迅速拔出出注漿管，，用清水沖沖洗管路，，防止凝固固堵塞。相相鄰兩樁之之間的施工工間隔時間間應不小于于48h，間距應不不大于4～6m。針對不同同地質土層層的特征，，要采取相相對的措施施來完成注注漿。特別別對硬土及及粘土部位位，深部土土層要適當當放慢提升升速度和旋旋轉速度或或提高旋噴噴壓力等。。復噴在不改變旋旋噴技術參參數(shù)的條件件下，對同同一土層作作重復注漿漿（噴到到頂再下下鉆重噴該該部位），，第一遍用用高壓清水水和氣切割割土體，不不噴水泥漿漿，第二遍遍復噴時全全部噴漿，，能增加土土體破壞有有效長度，，從而加大大固結體的的直徑或長長度并提高高固結體強強度，復噴噴的次數(shù)愈愈多固結體體直徑加長長的效果愈愈好。8.沖洗管路噴射施工完畢畢后，應把注注漿管等機具具設備沖洗干干凈，管內機機內不得殘存存水泥漿?？煽砂阉酀{換換成水，在地地面上噴射，，以便把泥漿漿泵、注漿管管和軟管內的的漿液全部排排除。廢漿處理噴射注漿施工工中，將產生生不少廢棄漿漿液。為確保保場地整潔和和順利施工，，在施工前擬擬在場地內設設置泥漿池，，泥漿在施工工中抽排匯入入泥漿池中，，待泥漿固結結后再外運處處理。移機到下一循循環(huán)移動樁機進行行下一根樁的的施工?；毓鄧娚浣Y束后，，隨即在噴射射孔內進行靜靜壓充填灌漿漿，直到漿面面不再下沉為為止，回灌漿漿液一般采用用鄰孔高噴冒冒漿靜壓充填填。記錄施工中鉆孔、、高噴的各道道工序應詳細細、及時、準準確記錄，所所有記錄需按按要求使用統(tǒng)統(tǒng)一表格。三管高壓旋噴樁參數(shù)項目調整參數(shù)以前參數(shù)壓縮空氣氣壓（MPa）0.8～1.00.6~0.86m3氣量（m3/min）1.5～2.01.5~2.0水壓力（MPa）32～4035～45流量（L/min）100～120100～120噴嘴個數(shù)及直徑1.5～1.6mm1.8～2.0mm水泥漿壓力（MPa）10～1510～15流量（L/min）80～10080～100水灰比1：11：1提升速度（cm/min）5～88～10旋轉速度（r/min）

9～109~10表2三管旋噴參數(shù)數(shù)參考序號項目名稱技術標準檢查方法1鉆孔垂直度允許偏差≤1.5%實測或經緯儀測鉆桿2鉆孔位置允許偏差≤±50mm尺量3鉆孔深度允許偏差±200mm尺量4水壓、氣壓、漿壓按設定參數(shù)指標查看壓力表5樁體直徑允許偏差≤50mm沿樁頭開挖1.5～2.0m處用尺量6水泥漿液初凝時間不超過20小時觀察7水泥土強度Qu(28)≥2.5MPa

沿樁間咬合處取芯試驗檢驗8水灰比1：1～1：1.5試驗檢驗選擇表3旋噴樁施工技技術要求表施工后檢查施工后主要對對加固土體進進行檢查，包包括：①固結土體的的整體性及均均勻性；②固結土體的的有效直徑；；③固結土體的的強度；④固結土體的的抗?jié)B性；成樁質量檢查查質量檢驗時間間、內容施工對噴射施施工質量的檢檢驗，應在高高壓噴射注漿漿結束后1周，檢查內容容主要為加固固區(qū)域內取芯芯實驗等。質量檢驗數(shù)量量、部位檢驗點的數(shù)量量為施工注漿漿孔數(shù)的2%，對不足20孔的工程，至至少應檢驗3個點，不合格格者應進行補補噴。檢驗點點應布置在下下列部位：樁樁間咬合處、、施工中出現(xiàn)現(xiàn)異常情況的的部位。檢驗方法旋噴樁的檢驗驗可采用鉆孔孔取芯方法進進行。鉆孔取芯：在在已施工好的的固結體中鉆鉆取巖芯，并并將其做成標標準試件進行行室內物理力力學性能試驗驗，檢查內部部樁體的均勻勻程度無側限限抗壓強度。。注意事項1.在旋噴樁施工工區(qū)最外圍的的一排樁采用用1,5,9…間隔跳打的方方法進行施工工，圍內部采采用不跳樁按按次序施工。。2.鉆機或旋噴機機就位時機座座要平穩(wěn)。3.噴射注漿前要要檢查高壓設設備和管路系系統(tǒng)。設備的的壓力和排量必須滿滿足設計要求求，管路系統(tǒng)統(tǒng)的密封圈必必須良好各通道和噴嘴嘴內不得有雜雜物。4.噴射注漿作業(yè)業(yè)后，由于漿漿液析水作用用，一般均有有不同程度收收縮，使固結結體頂部出現(xiàn)現(xiàn)凹穴，所以以應及時用回回漿進行補灌灌。5.在噴射注漿過過程中，應觀觀察冒漿的情情況，以及時時了解土層情情況，噴射注注漿的大致效效果和噴射參參數(shù)是否合理理。采用單管管或一重管噴噴射注漿時，，冒漿量小于于注漿量20%為正?，F(xiàn)象，，超過20%或完全不冒漿漿時，應查明明原因并采取取相應的措施施。若系地層層中有較大空空隙引起的不不冒漿，可在在漿液中摻加加適量速凝劑劑或增大注漿漿量，如冒漿漿過大，可減減少注漿量或或加快提升和和回轉速度，，也可縮小噴噴嘴直徑，提提高噴射壓力力。6.在開鉆前根據(jù)據(jù)管線圖摸清清管線位置及及走向，遇有有不明管線應應及時向上級級匯報。固結體強度不不均勻、縮頸頸產生原因⑴噴射方法與與機具沒有根根據(jù)地質條件件進行選擇。。⑵噴漿設備出出現(xiàn)故障中斷斷施工。⑶拔管速度、、旋轉速度及及注漿量適配配不當，造成成樁身直徑大小不均均勻，漿液有有多有少。⑷噴射的漿液液與切削的土土粒強制攪拌拌不均勻，不不充分。⑸穿過較硬的的粘性土，產產生頸縮。預防措施及處處理方法⑴根據(jù)設計要要求和地質條條件,選用不同的噴噴漿方法和機機具。⑵噴漿前,先進行壓漿壓壓氣試驗，一一切正常后方方可配漿，準備噴射，保保證連續(xù)進行行.配漿時必須用用篩過濾。⑶根據(jù)固結體體的形狀及樁樁身勻質性，，調整噴嘴的的旋轉速度提升速度、噴噴射壓力和噴噴漿量。⑷對易出現(xiàn)縮縮頸部位及底底部不易檢查查處進行定位位