高压旋喷桩加固桥头软基施工过程及质量控制要点

高速公路行车速度快，交通流量大，与一般公路相比，对路基路面的要求更高，不仅要求路堤稳定，而且对工后沉降有较高要求，特别是要控制工后不均匀沉降量。然而高速公路常常需要穿越软土地段，并因工后不均匀沉降而造成“桥头跳车”现象。高压旋喷桩具有加固体强度高、加固质量均匀、加固体形状可控的特点，所以在结构物两侧施工中可以采用高压旋喷桩进行地基加固来消除桥头跳车的隐患。
　　 1 高压旋喷注浆技术简介
　　 高压旋喷注浆法一般用工程钻机钻至设计深度后，用高压泥浆泵等发生装置，通过安装在钻杆机端的特殊喷嘴，向周围土体喷射化学浆液（常用水泥浆液），同时钻杆以一定的速度徐徐提升，高压射流破坏了附近的土体结构，并强制与化学浆液混合，在地基中硬化成直径均匀的圆柱体。也可根据工程需要调整提升速度，变化喷射压力，或变换喷嘴的直径，从而改变流量，使固结体成为所需要的设计形状。
　　 1.1 加固机理
　　 高压旋喷法加固地基机理主要体现三方面：高压旋喷流切割破坏土体作用，喷流以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现空洞；混合搅拌作用，钻杆在旋转和提升的过程中，在喷射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向（即阻力小的方向）移动，与浆液搅拌混合后发生化学反应形成固结体；压密作用，高压喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层有压密作用。
　　 1.2 高压旋喷桩工艺的适用范围及特点
　　 高压旋喷注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉性土，黄土、砂土、人工填土等。既可用于既有建筑的地基处理（如工业厂房基础加固、原有桥台基础加固、楼房基础加固纠偏等），也可用于新建建筑的地基处理。高压旋喷桩具有工艺简单，地基加固见效快，耐久性好，施工工期短等特点。
　　 2 工程概况：
　　 唐曹高速位于唐山南部沿海地带，大部分地区为冲淤积平原。区内地形北高南低，由西向东南倾斜，地形比较平缓，稍有起伏，地面海拔高程在1~10m之间。整个路线处于第四系沉积物覆盖区，地层土系主要为淤泥质粘土、粘土、细砂。在桩基础两侧软土及软弱土埋深≥15m及软土及软弱土埋深≥10m间夹有薄层中密状态砂土，采用高压旋喷桩进行加固处置。
　　 设计标准：高压旋喷桩按正三角形布置，桩直径0.6m，桩间距1.6~2.0m，桩间距按由密到疏进行渐变；水灰比1：1。桩体 28天无侧限抗压强度不低于3MPa，90天单桩承载力不小于300kN，单位复合地基承载力不小于130KPa，140KPa，150 KPa（对应于桩间距2.0m、1.8m、1.6m）。唐曹高速一般路基段容许工后沉降为30cm，桥头容许工后沉降为10cm，所以采用变桩距的方法，来实现非加固区与加固区的沉降渐变。旋喷桩处理宽度为坡脚以外0.5m，处理深度h=11m（或12m），结合实际地质情况采用。桥头处理长度每侧50m（旋喷桩平面布置见图1）。

3 高压旋喷桩工艺流程和施工过程
　　 3.1高压旋喷桩机械设备配置
　　 高压旋喷桩施工主要设备有高压泥浆泵、钻机、旋喷管及浆液搅拌器等。根据设计工作量、工期及现场的施工条件，本合同施工主要机具配备如下：MGZ-50旋喷钻机4 台，高压注浆泵 4台，柴油发电机组（120KW）4台，泥浆搅拌机4台，潜水泵4台，电焊机4台，自卸汽车2辆。
　　 3.2 高压旋喷桩工艺流程（图2）

图2：高压旋喷桩工艺流程

　　 3.3 旋喷桩施工过程
　　 在高压旋喷桩正式开工前，需要根椐地质情况选取代表性点做不少于5根工艺性试桩，以便取得符合设计要求的工艺控制参数，本合同工程经工艺试桩确定的施工参数见表1：

　　 具体施工过程如下：
　　 （1）定孔位严格按照设计放样定孔位，其误差控制在设计允许范围内，桩位中心点钉入小木楔并洒白灰做标记。
　　 （2）钻机就位将钻机安置在设计孔位上，使钻杆头对准孔位中心，为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后作水平校正，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，旋喷注浆管的允许倾斜度不得大于1.5%。
　　 （3）钻孔在设计桩位的中心先用钻机钻一为旋喷管插入用的导孔，孔深须达到预定的深度。实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与岩土工程勘察报告不符等情况均应详细记录。
　　 （4）制浆注浆材料采用32.5#级普通硅酸盐水泥与水搅拌成纯水泥浆液，水泥浆液的水灰比为1：1，水泥浆液符合设计要求后通过高压泥浆泵的压力进行注浆。旋喷用的水泥浆液在进入高压泥浆泵施喷前，要进行过滤。
　　 （5）试喷高压喷射管搭接好后入孔前，先在地面上试喷，以检验旋喷机工作是否正常，排除故障。
　　 （6）下喷射管。试喷检验合格后，将高压喷射管插入到地层预定的设计深度。
　　 （7）旋喷。当喷射管插入到土中预定深度后，即可开始旋喷注浆。水泥浆通过高压泥浆泵形成高压水泥浆，以大于20MPa的压力，通过旋喷管由喷嘴向土中喷射。钻杆一边旋转，一边向上提升；喷射的水泥浆一边切削四周土体，一边与土体搅拌混合，形成圆柱状的水泥与土混合的加固体即为旋喷桩。
　　 （8）冲洗及移位。高压喷射完毕，应迅速拔出喷射管，把喷射管等机具冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆，通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泥浆泵、喷射管路内的浆液全部排出。冲洗干净后，把钻机等机具设备移到下一孔位上。
4 施工中控制要点
　　 旋喷桩是地下隐蔽工程，旋喷桩的施工质量取决于地面的规范操作。主要质量控制点如下：
　　 4.1 喷浆材料要求
　　 本工程地处沿海地区，高压旋喷桩中的水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥。制浆用水必须保证清洁无污染，使川前按规定取水样化验，符合拌制水泥混凝土的要求才能使用。
　　 4.2 制浆
　　 按设计配比进行浆液拌制，在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高压喷浆结束后要统计该孔的材料用量。浆液用高速搅拌机拌制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间要符合规范要求。配制好的水泥浆在使用前要不停地搅拌。如果浆液因机械或停电等原因2h内未使用，必须废弃，不得继续使用。
　　 4.3 场地布设与施工顺序
　　 合理布置场地，机具设备配套要紧密联系，尽且缩短高压喷射浆液的输送距离，以减少沿程压力损失。喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50m。
　　 旋喷桩初期强度较低，为防止施工时对邻近桩体的破坏，在施工暇顺序上可采取跳排施工的力法。
　　 4.4 机械故障处理
　　 喷射中途发生机械故障时，应停止提升和喷射以防桩体中断。若泵压增高也不出浆，则是喷嘴堵塞，若泵压达不到要求值，则可能是高压部分密封性能不好，连接处或旋转处漏浆、漏水，应针对具体情况采取相应的措施。恢复喷射时，喷射管要多下0.5m，以保证凝结体的连续性.旋喷桩自地面下1.0m处喷浆搅拌提升出地面应采用慢速，以保证桩头施工质量。若遇特殊情况停机超过12h，应采取补桩或其它补强措施。
　　 4.5 冒浆处理
　　 旋喷过程中，往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沾着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况，旋喷的大致效果和旋喷合理性等。根据经验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量20%为正常现象，超过20%或完全不冒浆时应查明原因并采取以下措施：
　　 （1） 若因地层中有较大空隙而引起不冒浆，则可以在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定范围内凝固。另外还可以在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常施施工。
　　 （2） 若冒浆过大，通常原因是：有效喷射范围与注浆量不相符，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆液量。减少冒浆的措施有3种：提高喷射压力，适当缩小喷嘴直径，加快提升和旋转速度。
　　 4.6 复喷
　　 在不改变喷射参数的条件下，对同一标高的土层作重复喷射时，能加大有效加固体直径和提高加固体长度。这是局部获得较大直径简易有效的方法。实际施工中，在底部和顶部进行复喷，以增大承载力，确保地基处理质量。
　　 4.7 项部凹穴处理
　　 高压喷时完毕后，旋喷桩顶由于浆液析水、收缩，桩顶部可能出现凹穴，对地基不利，必须采取措施子以消除。可采用冒浆回灌或第2次注浆处理。
　　 4.8 成品保护
　　 旋喷桩施丁完成后，不能随意堆放重物，以防止桩变形。
　　 5 旋喷桩质量检测
　　 桩的质量检验应在旋喷桩施工结束4周后进行。主要检验内容包括桩的整体性、均匀性、有效直径、垂直度和强度特性等。检验方法可采用开挖检验、钻孔取芯、标准贯入试验、荷载试验等。检验点的位置重点布设在有代表性的关键地方，如承重大的部位，施工中出现过异常的部位，地质情况复杂，可能对高压喷射注浆质量产生影响的部位。本工程开挖检验结果如下：选取0.1%的桩体进行开挖检查，深度1.5m。现场开挖显示，土体被强制与水泥砂浆混合，胶结硬化后形成直径比较均匀的圆柱体，轮廓清晰，无孔洞和蜂窝麻面出现。旋喷桩直径在0.63～0.82m 之间，满足设计要求，
　　 6 结语
　　 我国于20世纪70年代中期开始应用高压旋喷注浆技术，日前己广泛应用于建筑地基处理中。木工程采用高压旋喷桩加固处理桥头软基，设置一个平缓的过渡段，防止桥头产生不均匀沉降，很好地消除了工程通车后桥头跳车的问题。使用此法，投资费用较低，工期较短，具有很好的经济效益和社会效益，是一项值得推荐的设计和施工方法。

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