水泥旋喷桩加固软地基工法

一、前言
旋喷桩全称高压旋喷注浆法，最早于20世纪60年代末期应用于日本大阪市地铁施工中，我国是继日本后，研究开发高压旋喷注浆较早的国家，广泛应用于工业与民用建筑、公路等工程的地基处理中，使软基处理更快捷，更加彻底，具有良好的社会和经济效益。
二、工法特点

1. 设备简单，施工方便。旋喷法全套设备结构紧凑，体积小，机动性强，占地少，能在狭窄的现场施工。
2. 适用范围广，处理效果好。由于旋喷法使用的压力大，因而喷射流的能量大，速度快。无论细粒还是碎石，卵石土等各种土质，均有巨大的冲击，破碎和搅动作用，使注入的浆液和土均匀凝固成为固结体。
3. 施工安全无公害。各种高压泵和泥浆泵等均匀后安全阀和超压自停自泄装置，有安全保障。施工机具的振动小，不会对周围建筑带来振动影响和噪声公害。
4. 工期短、效益高。由于沉降时间短，沉降量小，处理后软基上部填方及反槽施工的结构物施工不受制约，从而提高工效。

三、使用范围

1.  适用于处理淤泥土，粉质粘土和低强度的粘性土地基。
2. 加固深度达30M以上单桩承载力可达380KM以上，加固强度标准值取90天龄期的无侧限强度，一般达到2。0—4。0MPA。

四、施工工艺
旋喷桩就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使水泥浆或水成为20MPA左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体.当能量大，速度快和呈脉动状后喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒便从土体剥落下来。一部分细小的土粒随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下与浆液搅拌混合，并按一定比例和质量大小有规律的重新排列。浆液凝固后，使在土中形成一个固结体。固结体的形态和喷射流的方向有关。一般分为旋转喷射（简称旋喷）和定向喷射（简称定喷）两种形式。旋喷时喷嘴一面喷射一面旋转和提升，固结体是圆柱状，主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度、改善土的变形性质，使其在上部结构荷栽直接作用下，不产生破坏或过大的变形；定喷时，喷嘴一面提升，喷射方向固定不变，固体体形如劈状，通常用于基础防渗，改善地基土的性质和稳定边坡等工程。
作为地基加固，通常采用旋喷注浆形式，使加固土体在土形成均匀的圆柱体或异形圆柱体。高压旋喷法基本分为单管法、二重管法、三重管法和多重管法等四种。
高压旋喷法通过在软土层中形成水泥固结体等桩间土一起形成复合地基，从而提高地基的承载力，减少地基的沉降变形，达到地基加固的目的，加固后的地基的承栽力旋喷桩的强度，桩间土的性质和面积置换率等因素有关，通常采用下式来计复合地基的承栽力：
∫_spk=［R^d_k+β∫_sk(A_e-A_P)］/A_e
式中：∫_spk——复合地基承载力标准值(kPa)
      ∫_s.k——桩间土地基承载力标准值(kPa)
A_{e————}根桩承担的处理面积（m²）
A_{P————}桩的平均截面积（m²）
β——桩间地基承载力折减系数；一般取0-1；
R^d_{k————}单桩竖向承载力标准值（KN）。通过现场载荷试验确定，也可按有关公式计算。
旋喷桩对地基的作用机理有以下几个方面：

1. 因旋喷桩的存在，使得软弱土层在荷载作用下由原来的无侧限状态转变为一定的边界条件的应力状态，从而提高了桩间土的强度；
2. 由于旋喷桩在自重作用下对桩周围有一定的挤密压实作用，即桩的侧壁摩阴力，也使得桩周围的软弱土层承载力提高；
3. 旋喷结束后，当水泥土混合浆液尚未凝结时，这种浆液将产生挤压力，对周围土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙中，形成“脉”状、“板”状水泥结石体，这种情况在开挖检查比较明显。

五、工艺流程（见图1）
 
 
 

旋喷桩施工工艺流程图 旋喷桩采用单管旋喷施工工艺   测量定位     桩机就位并调平机身     启动主钻机钻进     在设计深度停钻     启动喷浆机   水泥浆制作   检查喷料是否正常     提钻到停喷标高时停止喷     在设计标高处停提钻，钻头转动     提钻到地表以上     桩机移位

六、施工要点：
下面结合丹拉高速公路天津南段13标软基处理的施工介绍旋喷桩工法的施工要点：

1. 钻机就位：钻机安放在设计的孔位上并保持垂直，施工时旋喷后的应许倾斜不得大于1.5%。钻机口位置与设计位置的偏差不得大于50mm。
2. 下管前必须检查管路是否畅通，按头密封是否良好。
3. 插管：插管是将喷管插入地层预定的深度，在插管过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，可边射水边插管，水压一般不超过1MPa。
4. 当喷管插入预定深度后，由上而下进行喷射作业，喷射注浆时要注意，待估算水泥浆的前峰已流水喷头后（一般2-4秒）方可开始提升注浆管。值班人员必须时刻注意检查浆液初凝时间，注浆流量等技术参数，一般浆的压力为35MPA转速25-30r/秒 。提速控制在20~25cm/秒。
5. 施工时，加强前台与后场供浆配合密切，后场停止供应时，应及时通知前台，防止断桩和缺浆。再次供浆时，搅拌机需下次停浆点0.5M以下，待恢复供浆时在提升。如停止时间超过3小时，需将输浆卸下进行清洗。
6. 所用水泥浆，水灰比要按设计规定，不得随意更改，要保证水泥质量，水泥要过筛，其细度应在标准筛上的筛余量不大于15%，禁止使用受潮，过期的水泥。
7. 喷射注浆孔与高压泵距离不能过长，防止高压软管过长，沿程压力损失增大，造成实际喷射压力降低。
8. 当桩顶接近标高时，为保证桩头的施工质量钻井自设计标高以下1M喷浆提升时，采用慢速，控制在15厘米/秒。
9. 喷射结束后，若发现浆面下降应立即在喷射孔内进行静压充填，直至浆液面不再下流为止。
10. 施工中出现冒浆，一般是因为注浆量超过所需浆量所致，可采取如下措施：①

提高喷射压力②适当缩小喷嘴直径③加快提高和转速。

1. 一般说来，重复喷射有增经效果，由于其难以控制和影响进度，因此在实际施工中不把它作为增经的主要措施，通常在浆液喷射不足或工程要求有较大直径时才进行复喷。

七、主要机具
丹拉高速公路天津南段旋喷桩采用单管法，每套设备主要配备机具见表1
表1 主要机具设备
 

序号	名称	型号	单位	数量
1	高喷台车	XY—2	台	1
2	高压旋喷泵	XPB—90	台	1
3	水泥搅拌机	SF—200	台	1

八、劳动力组织
本工法的劳动力组织见表2
表2劳动力组织
 

序号	工种	人数	工作内容
1	班长	1	负责协调指挥各工序的操作，控制加固质量排除施工中的各种故障
2	操作员	3	按设计施工工艺，正确操纵钻头的钻进和提升检查维修机械负责使用联络信号
3	制浆员	3	负责水泥浆的制作，保证施工的连续性
4	司浆	1	统计材料用量，记录泵送时间，清洗输料管
5	电工后勤	2	负责设备的安装和安全使用
6	记录员	1	负责施工记录，操纵电器控制仪表，使用联络信号，并质量检查员工作

九、质量控制

• 质量控制标准

标准偏差≤55CM
桩经  不小于设计
有效桩长  不小于设计
垂直度  ≤1。5%
桩顶标高偏差≤±5CM
（二）检测技术

1. 室内灰比实验

现场采集要加固的土样及施工用的水泥送至试验室，按设计提供水泥参考用量分组选用不同水泥用量试块，试块成形后送入标养室进行养护，达到规定龄期后，作无限抗压强度试验，选定最优的灰比。

1. 试桩

施工前先打一组试桩（3颗），从而确定施工的各项参数，如钻进速度，提升速度和旋转速度等，确定机械需配备的人员。在试桩成桩28天后，做抽芯检测和单桩载力和复合地基承载力试验，最后确定合理的施工技术措施和方案。
（三）质量控制措施

1. 开工前组织施工人员进行技术交底，施工中根据质量工程要求召开质量专题会，不得使用不合格的施工机具及不合格或失效的水泥。
2. 钻机开孔前必须复核孔位、孔距，检查钻机的水平度、轴垂直度。钻进时应避免钻机的剧烈振动，跳动及钻杆摆动，确保钻机垂直度。
3. 控制旋喷的压力和提升及旋转速度，确保加固范围内每一深度的喷浆饱满。
4. 用比重秤或比重计来检查拌制的水泥浆是否符合设计要求。技术人员应经常检查每延米用浆量和水泥用量是否满足设计和施工要求。
5. 钻到终孔深度后，技术人员应及时检查验收孔深及孔斜率，以确保以上技术指标达到设计要求。
6. 随时检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量评定。对不合格的桩，视具体情况采取补救措施。
7. 抽选一定数量的桩进行浅部开挖，检查桩体的成桩质量，量测桩径、桩距等指标，并钻蕊取样进行强度试验。

十．安全措施   

1. 严格执行安全操作规程，安全员负责安全教育和检查，禁止不符合要求的施工操作。
2. 所有机械操作人员须持证上岗。
3. 机械设备运行时，岗上人员必须坚守岗位，夜间作业应有充分的照明设施，登高作业要系安全带。
4. 建立机械设备的定期检查、保养制度。

十一、效益分析
本工法没有特殊的施工技术，操作简单易行，较粉喷桩、搅拌桩地基加固方法加固深度大固加剂用量易控制，加固地基效果好，桩距是搅拌桩的2-2.5倍，比搅拌桩施工方法省投资进1/10，且无噪声、粉尘和泥浆等污染，具有较高的推广价值。
十二、工程案例
丹拉高速公路天津南段13标全长8.5627KM，处于渤海湾沉降区，线路所经区域均为软土地基地段，设计对桥头路基及涵洞，通道等构筑物基础采用旋喷桩加固处理。我局二公司于2001年9月15日开始组织旋喷桩施工，9月25日正式开工，2002年1月15日完工，共制桩6840根，桩径为0.6M，单桩有效长度平均为15M，成桩率100%，抽取了3%的桩进行桩体质量检查，全部达到设计标准，收到了良好的技术经济效益。生产情况见表3、表4
 
表3施工情况
 

桩机编号	开工日期	完工日期	制桩根数	总延长米
1	2001-9-25	2001-12-28	691	10365
2	2001-9-25	2002-1-5	742	11130
3	2001-9-25	2002-1-8	761	11415
4	2001-10-5	2002-1-12	703	10545
5	2001-10-5	2002-1-15	719	10785
6	2001-10-10	2002-1-13	673	10095
7	2001-10-10	2002-1-15	679	10185
8	2001-10-10	2002-1-13	668	10020
9	2001-10-15	2002-1-7	610	9150
10	2001-10-15	2002-1-2	594	8910
总计			6840	102600

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
表4   桩位偏差情况
 

桩机区	检查桩数	垂直度≯1.5%者	桩位≯5CM者	合格桩数	合格率
1	21	21	21	21	100%
2	23	23	23	23	100%
3	23	23	23	23	100%
4	21	21	21	21	100%
5	22	22	22	22	100%
6	21	21	21	21	100%
7	21	21	21	21	100%
8	20	20	20	20	100%
9	19	19	19	19	100%
10	18	18	18	18	100%

 
 
                               
                          中铁十四局二公司丹拉指
                                                执笔：任元柱
 

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