8、高壓旋噴樁施工工藝工法

1、高壓旋噴樁施工工藝工法1前言1.1工藝工法概況高壓旋噴樁施工技術(shù)是70年代日本首先提出，它是在靜壓灌漿的基礎(chǔ)上，引進(jìn)水力采煤技術(shù)而發(fā)展起來的，是利用射流作用切割摻攪地層，改變原地層的結(jié)構(gòu)和組成，同時(shí)灌入水泥漿或復(fù)合漿形成凝結(jié)體，借以達(dá)到加固地基和防滲的目的。70年代初期，日本最先把高壓噴射技術(shù)用于地基加固和防水帷幕，形成一種特殊的地基加固技術(shù)，即所謂CCP工法(Chemical Churning Pile）。此后，70年代中期又開發(fā)了同時(shí)噴射高壓漿液和壓縮空氣的二重管法,最后形成噴射高壓清水、壓縮空氣和低壓漿液的三重管法。目前，高壓旋噴樁施工在世界各地得到廣泛應(yīng)用.1。2工藝原理1。2。1高壓

2、噴射注漿法是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水、（空氣）成為2040MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切、擾動(dòng)、破壞土體，同時(shí)鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個(gè)圓柱狀固結(jié)體(即旋噴樁），以達(dá)到加固地基或止水防滲的目的。1.2。2根據(jù)噴射方法的不同,噴射注漿可分為單管法、二重管法和三重管法。1。單管法：單層噴射管,僅噴射水泥漿。2.二重管法：又稱漿液氣體噴射法，是用二重注漿管同時(shí)將高壓水泥漿和空氣兩種介質(zhì)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、沖切土體形成固結(jié)體。3。三重管法:是一

3、種漿液、水、氣噴射法，使用分別輸送水、氣、漿液三種介質(zhì)的三重注漿管，在以高壓泵等高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生高壓水流的周圍環(huán)繞一股圓筒狀氣流，進(jìn)行高壓水流噴射流和氣流同軸噴射沖切土體,形成較大的空隙,再由泥漿泵將水泥漿以較低壓力注入到被切割、破碎的土體中,噴嘴作旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動(dòng)，使水泥漿與土混合，形成較大的固結(jié)體。4。單管、二重管、三重管旋噴樁機(jī)注漿施工示意參見圖1、圖2、圖3.5。本工法以三重管法為例。高壓泥漿泵漿桶水箱攪拌機(jī)水泥倉旋噴固結(jié)體注漿管鉆機(jī)噴頭圖1 單管旋噴注漿示意圖漿桶水箱攪拌機(jī)水泥倉旋噴固結(jié)體注漿管鉆機(jī)噴頭圖2 二重管旋噴注漿示意圖空壓機(jī)高壓泥漿泵漿桶水箱攪拌機(jī)水泥倉旋噴固結(jié)體注漿管鉆機(jī)噴

4、頭 圖3 三重管旋噴注漿示意圖空壓機(jī)高壓泥漿泵高壓清水泵2工藝工法特點(diǎn)施工設(shè)備簡單、輕便、噪聲小、施工速度快的特點(diǎn).采用不同的鉆機(jī)，不僅可以形成垂直的樁，也可以形成傾斜的樁。可以只對指定區(qū)域進(jìn)行加固，加固體的強(qiáng)度較高，加固深度可自由調(diào)節(jié)，加固體的強(qiáng)度可達(dá)到110MPa?？梢孕纬梢欢ㄩg距的樁或相互咬合形成止水帷幕或擋土墻。3適用范圍廣泛應(yīng)用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉質(zhì)粘土、（亞粘土）、粉土（亞砂土)、砂土、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庸獭⒒A(chǔ)防滲之用；也可作為施工中的臨時(shí)措施(如深基坑側(cè)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、

5、防滲處理，在動(dòng)水地層中施工時(shí),首先要消除動(dòng)水的影響。4主要引用標(biāo)準(zhǔn)4。1建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330)4。2建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（JGJ120）4。3地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50157）4。4凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JGJ118）4.5建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007）4。6地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范(GB50307）4.7建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94）4。8城市軌道交通工程測量規(guī)范（GB50308）4。9地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50299)4。10高壓噴射注漿施工操作技術(shù)規(guī)程（HG/T20691)4。11混凝土外加劑（GB8076）4。12鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程(T

6、B10102）4。13通用硅酸鹽水泥（GB175）5施工方法三重管旋噴樁施工分成兩個(gè)階段，第一階段為成孔階段，即采用鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)噴射管進(jìn)行鉆進(jìn)，邊鉆進(jìn)邊噴高壓水，使噴頭達(dá)到預(yù)定的深度.如有必要時(shí)，可在地基中預(yù)先成孔，然后放入噴射管進(jìn)行噴射加固。第二階段為噴射加固階段,即用高壓水、水泥漿（或加入其它外摻劑）以及壓縮空氣,通過噴射管由噴射頭上的橫向噴嘴噴出，與此同時(shí)，鉆桿一邊旋轉(zhuǎn)，一邊向上提升使水泥漿與土混合，形成一定直徑的柱狀固結(jié)體。6工藝流程及操作要點(diǎn)6。1施工工藝流程三重管高壓旋噴樁施工工藝流程見圖4所示。鉆 孔旋 噴高壓泵輸送漿液成 樁鉆機(jī)移位終孔檢查沉淀處理鉆機(jī)就位廢漿排放漿液制備廢水渣土排

7、放樁位測設(shè)試樁及工藝參數(shù)確定施工準(zhǔn)備空壓機(jī)供水、風(fēng)不合格圖4 高壓旋噴樁施工工藝流程圖6。2操作要點(diǎn)6.2。1施工準(zhǔn)備1.施工前對施工場地進(jìn)行清理、平整，應(yīng)保證場地的三通一平，確保用電安全。2.施工前探明管線、建構(gòu)筑物等地下障礙物埋深和位置，挖出探坑并作好詳細(xì)的標(biāo)示標(biāo)記。3。挖好排漿溝,設(shè)置排漿等臨時(shí)設(shè)施。4.設(shè)備材料進(jìn)場,對設(shè)備機(jī)械性能等進(jìn)行檢查。水泥、外加劑等材料進(jìn)場按要求抽檢試驗(yàn).6。2.2試樁及確定工藝參數(shù)1。在展開大批量制樁前進(jìn)行試樁，以校驗(yàn)施工工藝參數(shù)的選擇是否合理,并根據(jù)試樁結(jié)果及工程經(jīng)驗(yàn)調(diào)整施工工藝參數(shù)。三重管高壓旋噴樁止水帷幕試樁的理論施工參數(shù)如表1所示。表1 三重管高壓旋噴

8、樁止水帷幕施工參數(shù)表項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)高壓水水壓(MPa）3035水量(L/min）8090壓縮空氣氣壓(MPa）0.50。7氣量（L/min)5001500漿液漿液壓力（MPa）1。02.5漿液流量(L/min)80150提升速度（cm/min）812旋轉(zhuǎn)速度（r/min）1020噴嘴直徑(mm)1。52.5樁徑（m）1。2±0.32。漿液配置：水泥宜采用強(qiáng)度等級(jí)為32。5以上級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比為0。81.5，每延米水泥用量及各種施工參數(shù)根據(jù)試樁情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)需要可以加入適量的外加劑和摻合料，外加劑和摻合料的用量，應(yīng)通過試驗(yàn)確定。3.外加劑添加：漿液采用“柔性材料”，即向

9、水泥漿液中加入20%膨潤土，同時(shí)為了減少地下水對漿液的稀釋作用，在漿液中可以加入2的氯化鈣。也可以根據(jù)需要加入4左右的水玻璃，水玻璃提前加水稀釋攪拌均勻后再加水泥。6。2。3樁位測設(shè)按規(guī)定對施工場地的基準(zhǔn)點(diǎn)、基軸線及水準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)施引測、復(fù)核。對于標(biāo)定的基準(zhǔn)點(diǎn)要做好明顯的標(biāo)志和編號(hào)，并做好保護(hù)工作.使用全站儀等,采用極坐標(biāo)法進(jìn)行樁位的放樣。對施工范圍內(nèi)的所有樁進(jìn)行測量定位,并做好明顯牢固的樁位標(biāo)志,做好測量記錄，以便復(fù)核。6。2。4鉆機(jī)就位1.移動(dòng)旋噴樁機(jī)到指定樁位，鉆桿頭對準(zhǔn)孔位中心。為保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度，鉆機(jī)就位后，作水平校正，鉆機(jī)鉆桿采用鉆桿導(dǎo)向架進(jìn)行定位，使鉆桿軸線垂直對準(zhǔn)鉆孔中心

10、位置，其垂直度不得大于11.5，鉆頭對正樁位中心，對點(diǎn)誤差不大于50mm，鉆桿與鉆孔方向應(yīng)保持一致。就位后,首先進(jìn)行低壓（0.5MPa）射水試驗(yàn)，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常.2。旋噴樁止水帷幕施工時(shí),首先施工最外圍的一排樁，采用1,5,9,間隔跳打的方法進(jìn)行施工,圍內(nèi)部采用不跳樁按次序施工.6.2。5鉆孔鉆孔與插管同時(shí)施工為一道工序，鉆孔過程中作好詳細(xì)的鉆孔記錄。鉆孔過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，采取邊射水邊鉆進(jìn)的方法。開始鉆孔時(shí)，射水水壓由0。5Mpa提高到1.0Mpa.一根鉆桿用完后,停止射水，接長鉆桿，繼續(xù)施鉆直到達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高為準(zhǔn)，此時(shí)水壓不宜大于1。0 Mpa。6。2。6漿液制備

11、及檢測1。實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)漿液配合比設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求配置水泥漿,待壓漿前將水泥漿倒入集料斗中。漿液拌制時(shí),先在攪拌罐中加入水，然后再放入水泥進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間不少于10分鐘.旋噴注漿的材料用水泥,根據(jù)需要加入適量的外加劑。2。漿液易在旋噴前半小時(shí)以內(nèi)配制，漿液必須攪拌均勻，漿液存留不得超過4小時(shí),當(dāng)未用完的漿液超過4小時(shí)，通過試驗(yàn)證明其性能符合要求后方可使用。漿液應(yīng)始終保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，防止產(chǎn)生沉淀。施工過程中試驗(yàn)員應(yīng)經(jīng)常隨機(jī)抽取漿液進(jìn)行檢驗(yàn)。6.2.7噴射作業(yè)1。噴射注漿前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，使用前應(yīng)對安全閥進(jìn)行鑒定，其運(yùn)行必須可靠，注漿管接頭的密封環(huán)必須無破損，密封性能良好,注漿管及噴嘴內(nèi)

12、不得有任何雜物.2.當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后,由下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，技術(shù)人員必須時(shí)刻注意檢查壓力、流量、風(fēng)量、旋轉(zhuǎn)提升速度、冒漿量等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并隨時(shí)做好記錄，繪制作業(yè)過程曲線。3。噴射過程中，注漿管分段提升時(shí)搭接長度不得小于200mm。冒漿量控制在20注漿量以內(nèi)，大于20或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。冒漿過大的主要原因是有效噴射范圍與注漿量不相適應(yīng)，注漿量大大超出噴漿固結(jié)所需漿量；減少冒漿的措施：提高噴射壓力，加快提升和旋轉(zhuǎn)速度；不冒漿采取的措施：在漿液中摻入適量的速凝劑,縮短固結(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)凝固；在地層空隙大的地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續(xù)正常噴漿。4

13、。漿液流量：噴漿量可以按下式計(jì)算:Q=H/V*q（1+)式中：H-旋噴長度V旋噴管提升速度q泵的排漿量漿液損失系數(shù)，一般取0.10.26.2。8沖洗清洗。向漿液罐中注入適量清水，開啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至沖洗干凈.并將粘附在噴漿管頭上的土清洗干凈。6。2.9樁機(jī)移位待旋噴機(jī)注漿管全部提出地面后，先關(guān)閉電機(jī)，然后將樁機(jī)移至下一樁位，重復(fù)上述施工過程。7勞動(dòng)力組織單臺(tái)旋噴樁機(jī)勞動(dòng)力組織如下表：表2 勞動(dòng)力配置表序號(hào)工種人數(shù)備注1現(xiàn)場負(fù)責(zé)人1總體負(fù)責(zé)施工全過程2技術(shù)人員2施工定位、施工數(shù)據(jù)記錄及質(zhì)量檢查3鉆機(jī)司機(jī)2負(fù)責(zé)開旋噴機(jī)4空壓機(jī)司機(jī)2操作空壓機(jī)及維修保養(yǎng)5電工1負(fù)責(zé)電氣操作6

14、普工6拌漿及現(xiàn)場文明施工合計(jì)148主要機(jī)具設(shè)備單臺(tái)旋噴樁機(jī)機(jī)械設(shè)備配置如下表：表3 機(jī)械設(shè)備配置表序號(hào)作業(yè)名稱機(jī)具設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1引孔、旋噴三重管旋噴機(jī)XP30B臺(tái)12泵送高壓水高壓注漿泵GZB-40C臺(tái)13泵送水泥漿高壓注漿泵RG90臺(tái)14泵送高壓空氣空壓機(jī)KBH35臺(tái)15漿液拌制拌漿罐1.5m3臺(tái)16儲(chǔ)存水水箱2 m3臺(tái)17儲(chǔ)存漿液儲(chǔ)漿罐2 m3臺(tái)19質(zhì)量控制9.1施工中易出現(xiàn)的質(zhì)量問題9。1.1加固體強(qiáng)度不均、產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象。9.1.2鉆孔偏斜.9.1。3固結(jié)體頂部凹陷。9。1。4冒漿量過大或過小。9。2質(zhì)量問題的預(yù)防措施和處理方法9。2.1加固體強(qiáng)度不均、產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象的預(yù)防

15、措施及處理方法1。根據(jù)地質(zhì)水文條件的不同，選擇不同的樁位布置和施工工藝參數(shù),保證成樁樁徑和樁間咬合。2。旋噴施工之前，應(yīng)做水密、氣密試驗(yàn)，檢查各部件的密封性，一切正常后才能施工，保證旋噴的連續(xù)性.3嚴(yán)格檢查噴嘴的位置、形狀、個(gè)數(shù)及直徑等，保證旋噴效果。4在高壓旋噴注漿過程中接管或因故停機(jī)重新旋噴作業(yè)時(shí)，復(fù)噴搭接高度不得小于200mm。5為了增強(qiáng)旋噴效果，可以采取提高噴射壓力、泵量或降低回轉(zhuǎn)與提升速度等措施,也可以采用復(fù)噴工藝：第一次噴射（初噴)時(shí)，注入水泥漿液；初噴完畢后，將注漿管下降至初噴開始的孔深，再抽送水泥漿，自下而上進(jìn)行第二次噴射(復(fù)噴)。9.2。2鉆孔偏斜的預(yù)防措施及處理方法1。施工

16、之前探明地下障礙物，遇地下障礙物時(shí)應(yīng)清除或重新對樁位進(jìn)行布置避開。2.施工之前對場地進(jìn)行平整，鉆機(jī)就位后,對鉆機(jī)和鉆桿進(jìn)行檢查,保證其處于水平和垂直狀態(tài)。9.2.3固結(jié)體頂部凹陷的預(yù)防措施及處理方法1.旋噴長度比設(shè)計(jì)長0.31.0米，或在旋噴樁施工完畢，將固結(jié)體頂部鑿去部分,在凹穴部位用混凝土填滿或直接在旋噴孔中再次注入漿液，或在旋噴注漿完成后，在固體的頂部0.51。0m范圍內(nèi)再鉆進(jìn)0。51.0m，在原位提桿再注漿復(fù)噴一次加強(qiáng).2.在噴射灌漿完畢時(shí),即連續(xù)或間斷地向噴射孔內(nèi)靜壓灌注漿液，直至孔內(nèi)混合液凝固不再下沉。3。噴射灌漿完成后,向凝固體與其上部結(jié)構(gòu)之間的空隙進(jìn)行第二次靜壓灌漿，漿液的配比

17、應(yīng)為不收縮且具有膨脹性的材料。4。在噴射過程中，應(yīng)觀察冒漿的情況，及時(shí)了解土層情況,檢查噴射注漿的效果和噴射參數(shù)是否合理。對于冒漿應(yīng)妥善處理，及時(shí)清除沉淀的泥渣。10安全措施10.1主要安全風(fēng)險(xiǎn)分析高壓旋噴樁施工過程中，存在的安全風(fēng)險(xiǎn)主要有高壓漿液噴射傷害、粉塵傷害以及其它機(jī)械傷害風(fēng)險(xiǎn)等。10.2保證措施10。2.1施工前應(yīng)檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，其壓力和流量（風(fēng)量）需滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)檢查管道的耐久性以及管道連接是否可靠，泵體、注漿管及噴嘴內(nèi)不得有任何雜物,各類密封圈必須良好，無滲漏現(xiàn)象，否則接頭斷開、軟管破裂,將會(huì)導(dǎo)致漿液、高壓水流飛散、軟管甩出等安全事故。安全閥中的安全銷要進(jìn)行試壓檢驗(yàn)（試

18、壓檢驗(yàn)到當(dāng)?shù)貕毫θ萜鳈z驗(yàn)所檢驗(yàn)）,必須確保在達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)能斷銷卸壓。10。2。2操作人員與噴嘴之間的距離不應(yīng)小于1m。10。2.3檢查管路接頭、噴嘴及鉆桿時(shí)必須完成處于泄壓狀態(tài)才能進(jìn)行。10。2。4作業(yè)人員按要求佩戴防護(hù)用品,漿液等進(jìn)入人眼、鼻及口內(nèi)時(shí)立即采用清水清洗處理。11環(huán)保措施11。1對環(huán)境的影響因素11.1。1漿液制備過程中宜造成揚(yáng)塵。11。1.2水泥漿、冒漿等漿液溢流造成周邊環(huán)境污染。11。1.3廢棄漿液及渣土造成環(huán)境污染11.2環(huán)保措施11。2.1水泥、膨潤土等細(xì)顆粒材料，應(yīng)遮蓋存放；運(yùn)輸時(shí)必須必須封閉覆蓋，不得沿途撒落。11.2.2泥漿制備過程中搭設(shè)泥漿攪拌棚，并采取擋風(fēng)措施

19、,放水泥時(shí)緩慢進(jìn)行，同時(shí)對廢棄的水泥袋集中管理,輕拿輕放，防止水泥飄散擴(kuò)散。11.2。3制定灑水防塵措施，指定專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場灑水降塵.11。2。4對施工場地進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,設(shè)置排漿溝、沉淀池,廢棄的漿液及冒漿集中排放至沉淀池內(nèi)，不得隨意排放廢棄的加固料.廢棄的渣土拉運(yùn)至指定地點(diǎn)排放。12應(yīng)用實(shí)例12.1工程簡介哈爾濱地鐵一號(hào)線一期工程土建八標(biāo)，主要包括三站兩區(qū)間及出入段線，即工程大學(xué)站、太平橋站、交通學(xué)院站、工程大學(xué)站-太平橋站區(qū)間、太平橋站交通學(xué)院站區(qū)間及太平橋車輛段的出入段線。工程位于哈爾濱市南崗區(qū)南通大街及道外區(qū)東直路下，周邊主要為居民住宅區(qū)和商企用房，是比較繁華的地區(qū)，無歷史文物或古跡。地貌單元均處于松花江漫灘區(qū)，地層較為復(fù)雜，主要為雜填土、粉質(zhì)粘土、粉砂及中粗砂組成，地下水豐富、水位高、滲透系數(shù)大.場地地下水可分為上層滯水、潛水和孔隙微承壓