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摘要：为了改善旋喷桩及搅拌桩施工中各自存在的问题，通过研究结合旋喷桩与搅拌桩的优点，利用旋喷桩工作原理，在搅拌桩机的基础上，将旋喷桩的部分设备与搅拌桩相结合，形成新型的旋喷搅拌复合桩。通过实际的工程应用，发现该类桩既具有搅拌桩的特点，同时也具备旋喷桩的优势，对地基处理的效果更好，值得应用推广。
关键词：地下工程 旋喷搅拌复合桩 施工技术
1背景
某项目地下工程由于地质条件不良，所处主要地层为砂土及软土不良地质，砂土及软土透水性强，埋深大，自稳性差，需要提前进行地面加固处理。
为了应对在复合地层中，单独使用旋喷桩、搅拌桩等工艺出现的不同缺点，提高成桩的效率，更重要的是保证桩体的质量和效果，本次研究提出一种旋喷搅拌复合桩的设备改造思路。采用深层搅拌桩机机架，通过改造搅拌桩机喷嘴，将后配套注浆设备、注浆管路更换为旋喷桩机使用的高压注浆泵和高压注浆管路，从而使新设备同时具备搅拌桩工艺和旋喷桩工艺的优点。该设备采用一体式螺旋钻杆，利用高压喷嘴切割土体，搅拌钻头强行搅拌土体，混合并同时置换土体，减少软土中的含水率，增加颗粒直径的粘结力，增加土体的强度和稳定性。
2主要技术要点
2.1配套设备改造
该技术将搅拌桩机利用搅拌叶片搅拌土体与旋喷桩机利用高压水气切割土体相结合，达到了搅拌、旋喷双重加固效果。
新型桩机配套设备改造，通过分析常规的搅拌桩和旋喷桩各自的优缺点，主要是利用了常规搅拌桩机钻杆刚度大、机架整体性好，加固深度大的优点，配套旋喷桩工艺的高压喷射注浆设备。
1、喷嘴改造
普通搅拌桩机浆液喷嘴较大，不利于浆液压力集中，主要依靠搅拌叶对土体进行强行搅拌。
本次研究改造桩机的钻头采用1.5mm的小喷嘴，有利于压力集中喷射，配合高压注浆泵使用，能够切割土体，破坏土体结构。同时将喷嘴的位置设置在搅拌叶旁，使钻头在搅拌下沉的过程中，喷浆和搅拌相互配合，使土体更易于搅拌均匀。
2、配套注浆泵与高压喷浆管路
旋喷搅拌复合桩设备改进了注浆配套设备，采用高压注浆泵，为钻头位置喷射浆液提供较大的压力供应，同时为使设备能够适应高压喷射的特点，将钻杆内的注浆管路改造为耐高压无缝钢管，如此旋喷搅拌复合桩机在施工过程的喷浆压力可以达到18~20MPa，既利用高压喷射的浆液切割破坏土体，又能利用搅拌桩的叶片进行搅拌切削后的土体，使得土体与浆液能够充分的混合，形成均匀的固结体。
2.2成桩方式优化
旋喷搅拌复合桩施工技术，结合深层搅拌桩和旋喷桩施工的工艺，兼具两者的工艺优点，可适应不同地层条件下的成桩施工。
施工总体流程如下图1所示：
图1 旋喷搅拌复合桩施工工艺流程图
旋喷搅拌复合桩的设计，主要是考虑通过设备改造，在吸收常规搅拌桩和常规旋喷桩的优点的同时，能有效克服两种传统工法存在的不足，形成一种全新高效的地层加固施工工艺。
1、克服常规搅拌桩机施工的弱点
常规搅拌桩主要依靠搅拌叶对土体进行强制性搅拌，为了改善搅拌土体的均匀性，成桩过程中需要对土体进行多次搅拌、注浆，受限于钻杆提升速度，多次搅拌虽然可以有效的提高桩身的均匀性，但施工耗时长，成桩效率低。
对于标贯20以上的地层（如中粗砂、粘土层），一般搅拌桩机仅靠钻机的强制搅拌，动力直接搅动土体效果较差，不能充分破坏原状土结构，导致加固效果较差。
而新型成桩工艺施工在搅拌的过程中采用了喷射浆液切割土体，同时结合搅拌叶搅拌。钻杆搅拌下沉的时，在钻头位置注入辅助浆液。在钻头进行搅拌的同时，利用喷嘴喷射高压浆液破坏原状土体结构，借助注浆的压力，大大提升搅拌的效果，使土体与浆液充分混合均匀，采用一搅一喷工艺即可满足要求，形成更为完整的桩体，大大提升了成桩效率。
2、克服常规旋喷桩机施工的弱点
常规的高压旋喷桩在工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压注浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液，同时钻杆以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。固结体的形状和喷射流的移动方向有关，当喷射流遇到障碍物时，会导致旋喷效果较差，由于喷射流无法喷射改良异物影响的范围，导致固结体不均匀。
常规旋喷桩施工工艺是通过控制喷射注浆的压力、钻杆提升速度与注浆量，形成不同直径的加固体，在复合地层中，由于地层变化负责，深层水土压力大，土层越往深处，土的密实度越大，在喷射注浆过程中，如钻杆提升速度和回转速度与喷射注浆量未有效匹配，将造成旋喷桩直径大小不均匀，浆液或多或少，形成旋喷桩固结体缩径现象。
另一方面，由于高压旋喷桩钻杆较细，刚度不足，超过一定加固深度后，钻杆端部容易出现开叉、偏孔的情况。
而旋喷搅拌复合桩施工工艺，在考虑高压喷射注浆的同时，由于喷嘴和搅拌钻头是结合为一体的，喷浆切割土体和钻杆强制搅拌相结合，喷射流遇到的地下障碍物可以通过搅拌叶强制搅拌清除，避免喷射流收到影响，提高桩体的均匀性。
2.3加固效果控制
旋喷搅拌复合桩施工时，采用两搅两喷的工艺，在钻杆搅拌下沉和提升的过程中，均为喷射浆液搅拌。控制预搅拌下沉时的速度在1.0m/min以内，喷射搅拌提升速度在0.2m/min~0.25 m/min以内。
在加固施工过程中，由于两搅两喷的方式，有利于提高成桩效率，缩短单桩的施工时间，可以通过控制相邻桩的施工间歇时间，以不超过浆液现场试验所得的终凝时间为限制，可使桩体之间结合更加紧密。
在设计成桩直径时，由于有钻头搅拌叶的强制搅拌，在搅拌范围内的成桩直径可以得到有效保证，再通过桩间咬合的方法连续施工，相邻桩体能够有效结合，使加固体更具有整体性。
通过以上方式进行加固施工，在加固体达到设计要求的龄期后，对桩中心以及咬合部位采用抽芯法检测加固体质量。
检测结构显示桩中心位置取样的芯样抗压强度试验结果为5.0MPa，桩间咬合部位芯样抗压强度试验结果为5.5MPa。结果显示加固效果良好，证明了旋喷搅拌复合桩施工的加固体有良好的均匀性、整体性。
3应用前景
在地下工程施工领域中，经常需要应用到各种地层加固施工工艺。使用的最多的深层搅拌桩和高压旋喷桩，在特定的地层中都有其各自的局限性。然而在施工过程中常常会遇到地层垂直分布变化较大，各土层的工程特性差异较大，选择加固施工方法困难。
旋喷搅拌复合桩施工技术解决了上述的难题，该技术通过设备改造，融合了旋喷桩和搅拌桩的优势，弥补了两种施工工艺的不足，在复合地层中可以有效的应对不同地质情况，提高加固体整体质量。同时该技术施工效率较高，在地基加固施工方面有广阔的应用前景。
4结论
通过对旋喷搅拌复合桩施工技术的研究，总结出一套可适应各种地质条件下的地基加固施工方法，且加固效果良好，施工效率较高。为传统的地基加固施工提供了一种新思路。本次研究成果的创新性与先进性主要体现在以下几点：
1、通过改造传统搅拌站机架，采用大功率高压注浆泵、配套注浆管路和喷嘴，形成高压喷射流，破坏原状土体结构，使搅拌效果更好。
2、不同于传统搅拌站机的“搅拌混合为主”，旋喷搅拌复合桩主要依靠搅拌叶对土体进行强行搅拌，加上小直径喷嘴，集中压力切割土体，搅拌与喷射结合使成桩质量更加良好。
3、高压喷射结合强制搅拌的成桩方式，使土体加固桩强度相对均匀，采用两搅两喷即满足要求，大大提高施工效率。
论文作者:陈小勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/28
标签：浆液论文; 钻杆论文; 高压论文; 喷嘴论文; 注浆论文; 地层论文; 钻头论文; 《防护工程》2018年第22期论文;