康 华
（中铁十六局集团第四工程有限公司）
【摘 要】近年来，既有市政道路发生沉降、沉陷现象时有发生，究其原因，多为路基失稳所导致，故只有对路基进行加固处理，才能彻底解决该问题，而高压旋喷桩处理既有市政道路路基效果良好。高压旋喷桩施工原理：利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即高压旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。实践证明，高压旋喷桩施工受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂黏性、硬化剂硬化时间的影响较小，可广泛适用于淤泥、软弱黏性土、砂土甚至砂卵石等多种土质；可采用价格便宜的水泥作为主要硬化剂，加固体强度较高，根据土质不同，加固桩体的强度可为0.5～10.0MPa；可以有计划的在预定的范围内注入必要的浆液，形成一定间距的桩，或连成一片桩或者薄的帷幕墙；加固深度可自由调节，连续或分段均可。
【关键词】高压旋喷桩；施工工艺；质量控制
1．引言
近年来由于降雨量过大及其他多种不利因素影响，导致市政道路沉降现象愈来愈多，不仅造成市政部门养护的的工作量加大，而且对城市形象造成很坏的影响，更给市民出行安全造成极大的隐患。故对有安全隐患的市政道路进行改造势在必行，而高压旋喷桩可以合理有效的解决市政道路沉降问题。
高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。下面通过实例，着重讨论高压旋喷桩的施工工艺及质量控制要点。
2．工程概况
2.1工程概况
碟子湖大道（庐山南大道～黄河路）由于路基沉降，且存在软弱夹层，路基不均匀沉降明显，导致路面破坏严重，故设计对K0+060-K2+157段采用高压旋喷桩对路基进行加固处理，设计参数为：桩径为700mm，桩长为6.5m～9m，桩间距为1.8m～2m（梅花型布置），水泥浆的水灰比为1:1。
2.2工程地质及水文地质
据钻探揭露。勘探深度内，由第四系人工填土、第四系全新统冲积层及第三系新余群组成。按其岩性及工程特性，自上而下依次划分为①素填土②中液限粘质土③有机质中液限粘质土④细砂土⑤中砂土⑥砾砂土⑦强风化砂砾岩。
道路沿线地下水主要为上层滞水和孔隙承压水。上层滞水主要赋存于上部人工填土层中，水位、水量受季节降水影响变化较大，总体水量有限，局部与地表水体直接连通或存在一定的水力联系。主要接受大气降水及地表水体的补给。勘察期间水位埋深2-3.1m。孔隙承压水主要赋存于第四系全新统砂土层中，具承压性，承压水头高度为2.4-5.4m，水量丰富，主要接受赣江地表水体的侧向补给，水位及水量受季节变化控制，年变幅2-4m，勘察期间水位埋深2.7-3m，水位标高16.92-17.2m。
2.3设计要求
经高压旋喷桩处理后的路基需达到以下标准：复合地基承载力（Kpa）≥130kpa ，单桩竖向承载力特征值(KN) ≥280 KN。
3．施工工艺流程及操作特点
3.1工艺流程
施工准备→测量定位→机具就位→制备水泥浆→插管→提升旋喷注浆→旋喷结束成桩
3.2 关键工序
3.2.1机具就位
人力缓慢移动至指定桩位，由专人指挥，用水平尺和定位测锤校准桩机，使桩机水平，导向架和钻杆应与地面垂直，倾斜率小于1.5%。对不符和垂直度要求的钻杆进行调整，直到钻杆的垂直度达到要求。将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%～1.5%。为了保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位对中误差不大于5cm。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。
3.2.2制备水泥浆
桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。
3.2.3插管
当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。当第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷射或震动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力（0.5～1.0MPa）边下管边射水。
3.2.4提升喷浆管、搅拌
喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到试桩所得出的注浆压力，坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。在达到设计深度后，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。
3.2.5桩头部分处理
当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。
3.2.6补浆
喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。
4．施工材料与机械设备
4.1施工材料
高压旋喷桩施工材料P.O42.5普通硅酸盐水泥，配制为1:1水泥浆,可掺入一定比例的外加剂。
4.2 施工机械表
5．施工中存在问题及处理方法
根据旋喷桩施工工艺特点及场区内工程地质情况，为保证旋喷桩施工质量，针对施工中可能出现的问题进行分析并提出预防措施及处理方法。
5.1固结体强度不均匀、缩颈
5.1.1产生原因
（1）喷射方法与机具没有根据地质条件进行选择。
（2）喷浆设备出现故障中断施工。
（3）拔管速度、旋转速度及注浆量适配不当，造成桩身直径大小不均匀，浆液有多有少。
（4）喷射的浆液与切削的土粒强制搅拌不均匀，不充分。
（5）穿过较硬的粘性土，产生颈缩。
5.1.2预防措施及处理方法
（1）根据设计要求和地质条件,选用不同的喷浆方法和机具。
（2）喷浆前,先进行压浆压气试验，一切正常后方可配浆，准备喷射，保证连续进行.配浆时必须用筛过滤。
（3）根据固结体的形状及桩身匀质性，调整喷嘴的旋转速度、提升速度、喷射压力和喷浆量。
（4）对易出现缩颈部位及底部不易检查处进行定位旋转喷射（不提升）或复喷的扩大桩径办法。
（5）控制浆液的水灰比及稠度。
（6）严格要求喷嘴的加工精度、位置、形状、直径等，保证喷浆效果。
5.2 压力上不去
5.2.1 产生原因
（1）安全阀和管路安接头处密封圈不严而有泄漏现象。
（2）泵阀损坏，油管破裂漏油。
（3）安全阀的安全压力过低，或吸浆管内留有空气或密封圈泄漏。
（4）塞油泵调压过低。
5.2.2 预防措施及处理方法
应停机检查，经检查后压力自然上升，并以清水进行调压试验，以达到所要求的压力为止。
5.3 压力骤然上升
5.3.1 产生原因
（1）喷嘴堵塞。
（2）高压管路清洗不净，浆液沉淀或其他杂物堵塞管路。
（3）泵体或出浆管路有堵塞。
5.3.2预防措施及处理方法
（1）应停机检查，首先卸压，如喷嘴堵塞将钻杆提升，用铜疏通。
（2）其他情况堵塞应松开接头进行疏动，待堵塞消失后再进行旋喷。
5.4 钻孔沉管困难偏斜、冒浆
5.4.1产生原因
（1） 遇有地下埋设物，地面不平不实，钻杆倾斜度超标。
（2）注浆量与实际需要量相差较多。
（3）地层中有较大空隙不冒浆或冒浆量过大则是因为有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆液所致。
5.4.2 预防措施及处理方法
（1）放桩位点时应钎探，遇有地下埋设物应清除或移动桩钻孔点。
（2）喷射注浆前应先平整场地，钻杆应垂直倾斜度探制在0.3%以内。
（3）利用侧口式喷头，减小出浆口孔径并提高喷射能力，使浆液量与实际需要量相当，减少冒浆。
（4）控制水泥浆液配合比。
（5）针对冒浆的现象则采取在浆液中参加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固，还可在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续旋喷。
（6）针对冒浆量过大的现象则采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和旋转速度。
5.5 固结体顶部下凹
5.5.1 产生原因
在水泥浆液与土搅拌混合后，由于浆液的析水特性，会产生一定的收缩作用，因而造成在固结体顶部出现凹穴。其深度随土质浆液的析水性、固结体的直径和长度等因素的不同而异。
5.5.2 预防措施及处理方法
旋喷长度比设计长0.3～0.5米，或在旋喷桩施工完毕，将固结体顶部凿去部分，回填砂卵。
6．质量标准及检查措施
6.1 旋喷桩施工技术标准
6.2 施工控制要点
（1）正式开工前应认真作好工艺性试桩工作，确定合理的施工技术参数和浆液配比。
（2）施工前，要求检查旋喷管的高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，合格后方可喷射浆液。
（3）制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀，浓度降低。不得使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。
（4）喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即进行检查排除故障；如因机械出现故障中断旋喷，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。
（5）旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。
（6）钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10～20cm的搭接长度，避免出现断桩。
（7）旋喷过程中，应作好施工记录，记录表见附表。
（8）高压喷射注浆完毕后，应迅速拔出喷射管。
（9）施工中做好泥浆处理，及时将泥浆运出。
（10）质量检验在旋喷注浆结束28天后进行。
6.3质量保证措施
为保证旋喷桩的施工质量，根据施工条件、设计要求和相关行业规范，拟采取如下质量保证措施达到施工质量目标。
（1）放注浆管前，先在地表进行射水实验，待喷射压力正常后，才能下注浆管施工。
（2）高喷施工时隔两孔施工，防止相邻高喷孔施工时串浆。相邻的旋喷桩施工时间间隔不少于48小时。
（3）采用42.5普通硅酸盐水泥作加固材料，每批水泥进场必须出具合格证明，并按每批次现场抽样外检，合格后才能投入使用。施工中所有计量工具均应进行鉴定。
（4）浆液水灰比、浆液比重、每米桩体掺入水泥重量等参数均以现场试桩情况为准。施工现场配备比重计，每天量测浆液比重，严格控制水泥用量。运灰小车及搅拌桶均做明显标记,以确保浆液配比的正确性.灰浆搅拌应均匀，并进行过滤。喷浆过程中浆液应连续搅动，防止水泥沉淀。
（5）施工前进行成桩试验，由设计、业主、监理、施工单位共同确定旋喷桩施工参数，保证成桩直径不小于设计桩径。
（6）严格控制喷浆提升速度，其提升速度应小于15cm/min 。喷浆过程应连续均匀，若喷浆过程中出压力骤然上升或下降，大量冒浆、串浆等异常情况时，应及时提钻出地表排除故障后，复喷接桩时应加深0.4米重复喷射接桩，防止出现断桩。
（7）高喷孔喷射成桩结束后，应采用含水泥浆较多的孔口返浆回灌，防止因浆液凝固后体积收缩，桩顶面下降，以保证桩顶标高满足设计要求。
（8）因地下孔隙等原因造成返浆不正常，漏浆时，应停止提升，用水泥浆灌注，直至返浆正常后才能提升。
7．结论
2014年4月碟子湖大道（庐山南大道～黄河路）高压旋喷桩施工已全部完成，加固前路基累计沉降量一般为10～25cm左右，经高压旋喷桩加固处理后，该道路路基经检测单位对相关技术指标进行检测，检测数据显示：复合地基承载力≥130KPa、单桩竖向承载力≥280KN、钻芯取样等多项相关技术指标，均达到设计要求。截止目前，碟子湖大道路基未再出现沉降现象，从根本上解决了既有市政道路路基沉降问题。
高压旋喷桩整套设备功率较小（约70 kW），且设备巧小，适于既有市政道路改造施工（既有市政道路地上地下管线较多，更适于小巧设备施工）；高压旋喷法注浆量大，被加固土体的吸浆量较饱和，因此，高压旋喷桩的承载力及抗渗性要优于其他类似用于加固地基的桩类；高压旋喷法是先钻孔，孔斜度易控制，因而桩体的垂直度可得到保证，成桩质量好。
该道路路基加固处理合理地应用了高压旋喷桩工艺，以较短的工期、较好的效果、较低的成本完成路基加固处理，为高压旋喷桩在既有市政道路路基加固处理中的应用和推广提供了重要依据。总之，高压旋喷桩的经济效益及社会效益显著，具有重要的应用价值和广阔的推广前景。
参考文献：
[1]龚晓南.《地基处理手册》（第三版）.中国建筑工业出版社.2008年6月.起始页：411页
论文作者:康华
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/13
标签：浆液论文; 高压论文; 钻杆论文; 喷嘴论文; 路基论文; 注浆论文; 压力论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;