铁路客运专线高压旋喷桩施工技术.doc

铁路客运专线高压旋喷桩施工技术0引言根据软土地基具有高压缩性、低渗透性、低强度的特点，其加固方法有：高压旋喷桩、水泥搅拌桩、CFG桩、压填片石、清淤换填等方法。高压旋喷桩是利用钻机，将预先配置好的浆液，通过高压发生装置，使液流获得巨大能量后高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接冲击破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边徐徐提升，从而使浆液与土体充分搅拌混合，便在土中形成一个有一定直径的柱状固结体，使得地基得到加固。高压旋喷桩具有应用范围广、工艺简便、固结体形状易控制等特点.适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等各种软土地基的加固，加固地基范围广,不受土的粒度、密度、硬化剂黏性及硬化时间的影响。铁路客运专线速度目标为200km/h，预留250km/h时，路基工后总沉降15cm，沉降速率4cm/年。因此软土路基的稳定和沉降是路堤设计的核内容，控制好路堤质量首先要控制好基底加固，路堤地基的稳定已成为控制路基沉降的关键问题。1工程概况客运专线XX铁路XX车站高压旋喷桩软基处理起讫里程为DIK174+765- DIK174+885，地势较平坦，地表低洼处为水田和池塘，交通较为发达。段内上覆第四系全新人工填土，坡洪积粉质黏土、淤泥质粉质黏土、松软土、中砂、粉砂、粉质黏土。下伏基岩为燕山晚期侵入花岗岩。地表水主要为沟渠水、水田水，受大气降水控制，地下水不发育，经取水分析，水质类型为：HCO3-.CLNa+型，对混凝土具有弱硫酸性侵蚀及中等溶出型侵蚀。该段线路以填方通过，填方高度8-12m。高压旋喷桩呈正方形布置，间距1.0m，设计桩径0.5m，桩长7.0m，旋喷桩桩底嵌入花岗岩不小于1.0m，复合地基承载力不小于200KPa。花岗岩全分化层桩周土极限摩擦阻力f=10KPa,桩尖土基本承载力o=180 KPa。2高压旋喷桩试桩工艺参数施工前必须进行成桩工艺试验，确定各项工艺参数，检验成桩效果。试桩数量不少于两根。XX车站高压旋喷桩所用水泥为P.O 42.5的春驰水泥，外加剂为创先牌防腐剂。首先对主要原料如水泥、土、水及外加剂进行原材料检验。在室内根据原材料试验情况确定最佳理论配比。实际理论配合比为（重量比）： （水泥） ：（土） : （水） : （防腐剂） 每立方米用量（kg） 460 : 1150 : 460 : 11.51 ： 2.5 : 1.0 : 0.025 水灰比: 1：1.0湿化土含水量: 10.7%防腐剂掺量： 2.5%按照此配比配制好浆液，按照施工工序说明进行施工，施工时待喷射管下至设计标高后，启动高压泵按拟定的工艺参数进行旋转、喷射、提升注浆。注浆过程中随时测定各项工艺参数，不符合要求时，应立即停止注浆作业，检查、纠正后再进行施工。注浆完成后，拔出喷射管，进行下一桩位进行试桩并记录该桩的工艺参数。试桩成桩后待桩体到达28d时，及时进行复合地基承载力和钻芯试验。检测试桩成果。经检测，XX车站两根试桩复合承载力分别为280Kpa和250Kpa，均满足设计要求（设计要求200Kpa），桩体无侧限抗压强度、桩长及成桩均匀性应符合施工图要求。所以，可将试桩工艺参数应用于全部高压旋喷桩的施工中。试桩确定的工艺参数如下：注浆压力：2426Mpa 浆液水灰比：1.1:11:1浆液比重：1.461.5 旋转速率：1020r/min提升速度：1825cm/min3高压旋喷桩施工工艺及质量控制 高压旋喷桩施工工艺及质量控制流程见图-1。3.1施工准备 施工前应编制施工工艺设计及工序质量控制设计，测量放样，平整地表，设置回浆池。在施工现场取样按照设计要求进行室内配比试验，确定浆液最佳配比。施工前必须进行成桩工艺试验，确定各项技术参数，检验成桩效果。试桩数量不少于2根。3.2施工机械设备高压喷射灌浆的施工机具设备有高压发生装置、钻机灌浆、特种钻杆和高压管路4部分组成，主要包括钻机、高压泵、泥浆泵、空气压缩机、灌浆管、喷嘴、流量计、输浆管、制浆机等。XX车站高压旋喷桩采用单管法，主要机械及设备见表-1。高压旋喷桩主要施工机械及设备 表-1序号机械设备名称型号 规格单位数量1高压注浆泵GZB40A流Y-2液压泵泵量50-200L/min 泵压20-40MPa台13钻机工程地质钻振动钻旋喷台16泥浆搅拌机容量0.82m3台110高压胶管1922米1003.3高压旋喷桩施工工艺 机械就位机械就位应平稳，立轴、转盘与孔位对正，高压设备与管路系统应符合施工图及安全要求，防止管路堵塞，密封良好。 钻孔使用地质钻机成孔。钻孔过程中应详细测量并记录实际孔位、孔深及地层变化情况。射水试验后，即可开钻，射水压力逐渐增加，减小摩擦阻力，防止喷嘴被堵。当第一根钻杆钻进后，停止射水。压力下降，接长钻杆，再继续射水，钻进，直到钻至桩底高程。 浆液加压泥浆桶的浆液，通过高压泵加压后，经高压管送至钻机用于旋喷。 分层选择旋喷参数对深层长桩应根据地质条件，分层选择适宜的喷射参数，保证成桩均匀一致。 压力突变，异常冒浆在高压喷射灌浆过程中，当出现压力突增或突降、大量冒浆或完全不冒浆时，应查明原因，采取相应措施。 桩体质量要求高压旋喷桩桩体无侧限抗压强度、桩长及成桩均匀性应符合施工图要求；高压旋喷桩处理后的复合地基承载力应复合施工图200KPa的要求。 废料回收钻机成孔和喷浆过程中，应将废弃的加固料及冒浆回收处理，防止环境污染。 成孔钻进至桩底深度。 拔管旋喷达到桩底深度后，可停风、停水而继续用旋喷泵灌浆，待水泥浆从孔口返出后，即可停止灌浆，然后将灌浆泵的吸水管移至清水箱，抽吸一定量的清水将灌浆泵和灌浆管路中的浆液顶出，然后停泵，拔管要迅速，不可久留孔中。桩顶凹坑应及时以水胶比0.6的水泥浆补灌。卸下灌浆管后，立即用清水将各通道清洗干净，并拧上堵头。灌浆泵、送浆管路和泥浆搅拌机等都要用清水清洗干净。压气管路和高压泵管路也要分别送风、送水清洗干净。 旋喷质量控制选择开挖、钻孔取芯、标准贯入、荷载试验或水压试验等适当方法对旋喷效果进行检验。 机械清孔3.4施工故障处理 压力上不去:安全阀和管路接头处密封圈不严;泵阀损坏，油管破裂漏油;安全阀的压力过低，或吸浆管内留有空气或密封圈泄漏;栓塞油泵调压不够；活(柱)塞或缸套损坏。 压力骤然上升:喷嘴堵塞;高压软管清洗不净，浆液沉淀或其他杂物堵塞影响管路畅通;泵体或出浆管路有堵塞。 压力不稳定:油管路泄漏;泵体或吸浆管路有泄漏或存在空气;泵体注塞杆过长或泵体安装时不严密。 喷嘴堵塞及冒浆喷嘴堵塞，应提升灌浆管，待堵塞消失后再进行复喷；出现不冒浆或断续冒浆时，系土质松软的正常现象，可适当进行复喷；冒浆量小于灌浆量20%，视开 始结束原地面处理测量放样钻机就位钻进钻进至桩底深度插入灌浆管至桩底深度高压喷射灌浆灌浆量检查停止喷浆拔管钻机移位成桩检验泥浆排泄处理制孔成桩作业合格不合格不合格合格旁位补桩高压旋喷桩施工工艺及质量控制流程图 图-1为正常现象，超过20%或完全不冒浆时应采取相应措施；在复喷过程中，地层有较大空隙导致不冒浆，可在浆液中加入适量的速凝剂，以缩短固结时间；当冒浆量过大时，可提高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径，加快提升和旋转速度;大量冒浆、压力稍有下降时，可能是灌浆管、被击穿或有孔洞，使喷射能力降低,此时应拔出灌浆管进行检查。3.5桩体质量控制 桩位控制:钻机就位要准确，孔位偏差不应大于5cm 。 桩径控制:施工中要按施工图参数操作,对桩个别部位可进行复喷,以满足桩径的要求。 桩长控制:当钻至桩底深度以下0.2m时，将喷浆管插到桩底层位。在插管过程中,为了防止泥沙堵塞喷嘴，可边喷水边插管，喷射水压力一般不超过1MPa，防止将孔壁射塌。 喷浆控制:要严格按照配合比控制浆液，保证喷浆量，随时观察返浆情况。高压旋喷桩质量标准及检验方法 表-2检验项目质量要求检验数量检验方法水泥和外加剂品种、规格及质量应符合施工图要求同一产地、品种、规格、批号的水泥和外加剂，袋装水泥每200t为一批，散装水泥500t为一批，当袋装水泥及外加剂不足200t或散装水泥不足500t 时也按一批计检查产品质量证明文件及抽样检验浆液的拌制符合施工图要求每根桩施工过程中抽样检验2次观察并用浆液比重计检测浆液密度布桩数量、形式符合施工图要求全部检验观察、现场清点长度符合施工图要求每根桩检验测量钻杆长度，并在施工中检查是否达到设计深度标志。检查施工记录完整性、均匀性、无侧限抗压强度符合施工图要求总数的2，且不少于3根分喷桩完工后28d，在每根检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性、均匀性，拍摄取出芯样的照片，取不同深度得个试样作无侧限抗压强度试验。钻芯后的孔洞用水泥砂浆灌筑封闭复合地基承载力满足施工图要求总桩数的2，且每检验批不少于3根平板载荷试验高压旋喷桩施工的允许偏差、检验数量及方法 表-3 序号检验项目允许偏差施工单位检验数量检验方法1桩位（纵横向）50mm按成桩总数的10%抽样检验，且每根检验批不少于5根经纬仪或钢尺丈量2桩体垂直度1%经纬仪或吊线测钻杆倾斜度3桩体有效直径不小于设计值开挖50-100cm深后，钢尺丈量4劳动组织及材料消耗4.1劳动组织施工中劳动人员的合理配置是提高工作效率前提，所有人员必须进行安全培训，持证上岗。 施工人员配置 表-4 序号职务职责范围人数1班长全面掌握施工质量和安全12钻探工操作钻机，卸接钻杆，维修保养和排除故障23泵工操作高压泵及维修保养24电工负责钻机、电源、电路工地照明及电气故障排除15钳工全面维修保养机具设备16普工倒水泥、操作搅拌桶及倒灰和过滤27普工协助钻机工作（卸接钻杆、冲洗等）28技术人员掌握施工技术、质量、写施工日志和记录1合计124.2材料消耗XX车站旋喷桩直径为50cm，生产效率为14m/h，每米桩体水泥用量5060。5施工安全及环境保护5.1 施工安全 施工前应检查高压设备和管路系统，其压力和流量需要满足施工图要求。泵体灌浆管及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必须完整良好无泄露现象。安全阀中的安全销要进行试压检验（试压检验到有资质的压力容器检验所进行），必须确保在达到规定压力时，能断销卸压，决不能轻易安装未经试压检验的自制安全销。高压泵必须指定专人操作，压力表应定期检修检定，保证正常使用。 在钻进及旋喷过程中，要防止灌浆管和喷浆嘴被堵。采取的措施有：浆液加以前进行两次过滤，严防杂物混入；钻孔时边射水（水压1MPa）边钻进。 对长度5m以上的桩，先喷浆然后再旋喷和提升，以减小阻力，避免灌浆管扭断。 施工完毕，立即拔出浆管，彻底清洗灌浆管和灌浆泵，不准有残留水泥浆。 高压浆管不能超压使用，使用时弯曲不应小于规定弯曲半径，防止胶管破裂。（6）施工时，钻机应平稳置于平整坚实的地面上，钻杆应保持垂直。 司钻人员应经过培训持证上岗。钻孔的位置需经确认无误后方可开钻。5.2 环境保护 水泥和其他细颗粒散体材料，应在库内存放或加以盖。运输细颗粒散体材料或渣土时，必须覆盖，不得沿途洒落。 现场制定撒水降尘措施，指定专人负责现场撒水降尘和清理浮土。 对废料的处理必须在开工前作好规划，废浆应及时运出现场，或暂时排入沉淀池然后做土方运出，不得随意排放。 施工现场应遵守建筑施工场界噪声限值GB12523规定的噪声限值，尽量采用低噪声机具并设专人定期测定噪声值，发现超标及时采取降噪措施。 旋喷灌浆过程中，对临近建（构）筑物应进行监测，发生问题及时处理。6结论高压旋喷桩是软基加固处理的方法之一，高压旋喷桩质量的好坏是确保路基稳定的关键，对列车行驶的平稳舒适起着关键作用。高压旋喷桩加固软土路基后，解决了地基土的密实性和均匀性问题，提高了地基承载力。减少了地基土的沉降，加速了饱和砂土的固结，控制了路基施工后的残余沉降和差异沉降，保证了路堤的稳定性。沉降速率4cm/年，工后总沉降15cm，标准高，质量高。施工中严格按照设计、施工指南及验收标准施工。要保证高压旋喷桩的施工质量，关键要做好以下几点。 确定好浆液的最佳配比。试验室在室内根据原材料检验情况反复进行试配，确定最佳配合比，为确定试桩工艺参数打下基础。 一定要做好成桩工艺试验。选择有代表性的桩做为试桩，确定各项技术参数。 施工过程控制。高压旋喷桩在施工过程中要严格按照试桩参数施做，按照路基工程施工指南和验收暂行标准加强过程控制，确保桩体质量和复合地基承载力要求。试验人员要有高度的责任心，严格按照铁路工程土工试验规程（TB10102）及有关试验方法的规定检测，检测的资料数据要真实可靠，不能弄虚作假。