03003高压喷射注浆旋喷桩施工.docx

1 适用范围 高压喷射注浆法（旋喷桩法）适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等的地基加固。旋喷桩法可用于永久性工程的地基加固，使用于工程兴建之前，高层箱基的地基加固，提高地基的承载能力，也可使用于工程落成之后，使不少沉裂严重拟报废或在建建筑物沉裂、倾斜要减重拆层的，经旋喷加固后得到制止沉裂及斜偏。也可以用于临时工程，例如基坑开挖中防止基坑隆起、流砂，采用定喷用作防渗帷幕，增加边坡稳定性，防止土体滑动。旋喷桩径一般为0.51.4m，最大桩径为2m，桩长深达45m，其抗压强度高达510MPa，渗透系数可降低至10-710-8cms，此外，对混凝土灌注桩存在质量问题，例如裂缝、断桩、缩颈、桩长不足等，可依据工程档案资料查明原因，采用旋喷高压喷浆作出补救处理。2 引用标准 地基基础设计规范（DGJ08111999） 地基与基础工程施工及验收规范（GBJ20283） 建筑地基处理技术规范（JGJ79-91）1998版3 施工准备3.1 材料 3.1.1 浆液材料及配方 浆液材料以水泥为主要材料，加入不同外加剂后，可具有速凝早强、抗冻等性能。对于一般无特殊要求的工程普通型用42.5级普通硅酸盐水泥，不加任何外加剂的纯水泥浆，固结体28天的抗压强度最大可达12MPa。 固结体的强度和抗渗性能（MPa） 表1配 浆 用 水淡 水海 水海水加2%CaCl2灰 砂 比1：41：41：4抗渗压力（养护50天）0.5670.5170.583抗折强度（养护80天）2.5252.5192.450抗压强度（养护60天）5.9587.6257.494 浆液配方及性能 表2水灰比外 加 剂凝结时间结合率备注名称占水泥重（%）hmin（%）1：1CaCl2280080采用425号普通370088硅酸盐水泥三乙醇胺0.037101：10.00745同上NaCl0.037100.5645020001.2：1CaCl2312007685三乙醇胺0.0514007585NaCl0.514007580 3.1.2 喷浆量可按下列两种方法计算（取其大者作为喷射浆量） 喷量法以单位时间喷射的浆量及喷射持续时间计算出浆量Q=H/Vq（1+b）式中 Q一根桩灌注浆液用量（m3）； H旋喷长度（m）； V旋喷提升速度（m/min） q泵的排浆量（m3/min）； b浆液损失系数，通常0.10.2。 根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比，即可确定水泥的使用数量。 体积法Q=p/4De2k1h1（i+b）+p/4D02k2h2式中 Q需要用的浆量（m3）； De旋喷体直径（m）； D0注浆管直径（m）； k1填充率（0.750.9）； h1旋喷长度（m）； k2未旋喷范围的填充率（0.50.75）； h2未旋喷长度（m）； b损失系数（0.10.2）。 3.1.3 对地下水丰富的工程需要在水泥浆中掺人速凝早强剂，通常有氯化钙、水玻璃及三乙醇胺等，用量为水泥用量的24，早期强度能提高1.62.4倍。 3.1.4 旋喷固结体的平均抗压强度为20MPa以上高强型，一般注浆用的水泥要求不低于525号普通硅酸盐水泥，通常掺入高效能扩散剂有NNO、NR3、NaNa2、Na2SiO3等。 3.1.5 对于有抗渗要求的旋喷固体，不宜使用矿渣水泥，如仅要求抗渗而无抗冻要求的可使用火山灰质水泥，在水泥浆中掺入24的水玻璃串（Na2On SiO2），注浆用的水玻璃模数要求在2.43.4较为合适，浓度要求3045波美度为宜。 3.1.6 对改善型，在水泥浆中掺入膨润土，使浆液悬浮性增加，而减少水泥颗粒沉淀量，以至浆液的析水率减小，稳定性强，其配方为： 水：水泥：陶土：碱（水玻璃）1：1：3：0.0009（重量比） 3.1.7 在水泥浆液中掺入其他外加剂，如铝酸钠、三乙醇胺（NR3）、b萘磺酸盐甲醛缩合物（NF）、氧节节树脂磺酸盐（CRS）、亚甲基二萘磺酸钠（NNO）、沸石粉等，按不同要求的流动性和稳定度凝结时间或提高抗压强度作适当选择。3.2 作业条件 旋喷注浆加固方案拟定前需要进行实施性调查及工作准备。 3.2.1 工程地质资料，各钻孔柱状图及地质剖面图，有各土层的物理力学特性、化学成分，各种要求参数齐全。 3.2.2 旋喷体作端承桩时，应注意持力层顶面的起伏变化情况，用作摩擦桩时注意土层不均匀性，有无软弱夹层。 3.2.3 室内配方，为了解喷射注浆后桩体可能具有的强度和决定浆液合理配合比，必须取现场各层土样，在室内按不同的含水量和配合比进行配方试验，优选出最合理的浆液配方（参阅表1、2）。 3.2.4 根据估计喷射直径来选用喷射注浆的种类和喷射方式。 3.2.5 旋喷桩其桩距L以旋喷直径23倍为宜，布桩形式按工程需要而定。4 操作工艺 旋喷桩是在普通化学注浆法（静压灌浆）的基础上发展起来的加固土体的一种新方法，是采用高压射水掘削岩土的一项技术。用高压泵（一般为1525MPa）把水泥系或水玻璃系浆液通过钻杆端头的特殊喷嘴，以高速喷入土层，喷嘴在喷浆液时，一面缓慢旋转（20rmin），一面徐徐提升（一般为1530cmmin）高压浆液的水平射流，不断切削土层，并使强制切削下来的土与浆液进行搅拌混合，最后在喷射力的有效射程范围内形成一个由圆状混合物连续堆积成圆形凝柱体。4.1 旋喷是高压射浆（旋喷、定喷、摆喷）中的一种，在土中可能形成圆柱状、盘状、壁状和扇状等单一形状或两种形状综合固结体（水泥土体），旋喷注浆旋工工艺流程如下图。高压喷射注浆作业插管钻孔钻机就位调整钻架角度拔管喷射结束试管器械清洗打管泥浆的排池处理作业旋喷注浆施工工艺流程图4.2 一般都是先把液浆管下（打）到预定加固范围最深点，然后自下而上进行高压喷射注浆（加凝固剂）切割土体，将开孔和灌注桩体同时进行，一次成桩，其工作步骤为： 4.2.1 钻机就位：钻机需平置于牢固坚实的地方，钻杆（注浆管）对准孔位中心，偏差不超过10mm，打斜管时需按设计调整钻架角度。 4.2.2 钻孔下管或打管：钻孔的目的是将注浆管顺利置入预定位置，可先钻孔后下管，亦可直接打管，在下（打）管过程中，需防止管外泥砂或管内水泥浆小块堵塞喷嘴。 4.2.3 试管：当注浆管置入土层预定深度后应用清水试压，若注浆设备和高压管路安全正常，则可搅拌制作水泥浆开始高压注浆作业。 4.2.4 高压注浆作业：浆液的材料、种类和配合比，要视加固对象而定，在一般情况下，水泥浆的水灰比为1：10.5，若用以改善灌注桩桩身质量，则应减小水灰比或采用化学浆。 高压射浆自下而上连续进行，注意检查浆液初凝时问、注浆流量、风量、压力、旋转和提升速度等参数，应符合设计要求。喷射压力高即射流能量大，加固长度大，效果好，若提升速度和旋转速度适当降低则加固长度，随之增加，在射浆过程中参数可随土质改变，若参数不当，则容易使浆量增大。 4.2.5 喷浆结束与拨管：喷浆由下而上至设计高度后，拨出喷浆管，喷浆即告结束，把浆液填入注浆孔中，多余的清除掉，但需防止浆液凝固时产生收缩的影响，拨管要及时，切不可久留孔中，否则浆液凝固后不能拨出。 4.2.6 浆液冲洗：当喷浆结束后，立即清洗高压泵、输浆管路、注浆管及喷头。4.3 旋喷法形式有单管法、二重管法、三重管法、多重管法、干喷法，各具特色，可根据工程要求和土质任意选用。 4.3.1 单管法：单独喷射高压水泥浆的单管法，使用f42mm或f50mm的地质钻杆为注浆管、喷射流为浆液，以20MPa压力从喷嘴中喷出，直接冲击切割土体，桩径一般为0.30.8m。深度达20m。 4.3.2 二重管法：高压水泥浆液和压缩空气同轴喷射的二重管法，使用了双通道的二重管，分别输送浆液和空气二种介质，喷射流为浆液及空气，以20MPa的高压浆液喷射流外环绕一圈0.7MPa的空气喷射流，在它们共同作用下破坏土体。桩径介于单重管与三重管之间，一般为0.81m，深度达20m。 4.3.3 三重管法：高压水、压缩空气和水泥浆同轴喷射的三重管法，施工时预先用钻机（或振动桩机）钻成直径为f150f219cm的孔，然后将三重旋喷管（TY301型）插入孔内旋喷，使用三根管子重合在一起，互不相通的三重管，分别输送水、空气和浆液三种介质，喷射流为水和空气，即20MPa的水喷射流，外环绕一圈0.7MPa的空气，浆液填充喷射流造成的空隙，桩径一般为1一2m，深度达30m。4.4 清水开孔、二次成桩旋喷新工艺 清水开孔喷注浆是将开孔与成桩工艺分开进行，开孔使用高压清水由上至下，即钻机立好以后，喷嘴即喷出压力为20MPa以上高压清水，用高压水冲切土，旋转钻杆，并按每分钟20cm速度往下钻，使喷射流成扁平的螺旋形冲切钻杆周围土体，形成圆柱形的空孔，钻杆不断往下钻，由高压水冲切出的泥浆不断上冒，钻孔不断加深，钻孔下至预定设计深度，钻孔边即告完成。待钻杆下至预定深度后，将喷射高压水换成喷射高凝固浆液（水泥浆或水泥化学浆）进行旋转，并徐徐提升钻杆，借喷射旋转提升的协调作用，将凝固浆液和原钻孔中的沉渣以及新的冲切土体旋转成一体，从而固化成桩，钻杆提升到哪里，桩体就在哪里形成。5 质量标准5.1 保证项目 5.1.1 旋喷桩使用的水泥品种、标号、水泥浆的水灰比和外加剂的品种、掺量必须符合设计要求。 检验方法：检查出厂证明、合格证、试验报告。 5.1.2 现场载荷试验：确定单桩承载力。 5.1.3 开挖检查：旋喷桩体凝固七天后，经开挖作直观检查，现场取样、加工成标准试块立方体，检验单轴抗压强度。5.2 基本项目 5.2.1 旋喷桩深度、直径、整体性、桩体强度等及其物理力学性能必须符合设计要求。 检验方法：钻孔取样检验和标准贯入度试验、平板荷载试验、开挖检查和检查施工日志。 5.2.2 冒浆体试块试验，取施工过程中冒浆体试验其物理性能，作为判断强度参数，所取冒浆应选取喷射后期的，即水泥与土混合状态较接近地下实际混合状态的冒浆。 5.2.3 检查桩体均匀性，钻孔取芯，并可检验抗压强度。 5.2.4 钻孔注水试验，检查渗透性。 5.2.5 标贯试验，成桩两周后进行试验，根据触探击数N10用对比法来判断桩身强度。5.3 允许偏差 旋喷桩的质量允许偏差和检验方法应符合下表规定。 检查数量：按桩数抽查5。旋喷桩的允许偏差项 目允 许 偏 差检 验 方 法桩体中心位置50拉线及尺量检查钻孔垂直度1.5H/100用测斜仪或吊线和尺量检查注：本标准参照国际建筑安装工程质量检验评定标准。6 施工注意事项6.1 避免工程质量通病 6.1.1 钻机就位后应进行水平、垂直校正，钻杆应与桩位吻合，偏差控制在10mm内。 6.1.2 旋喷桩施工前必须确定旋喷参数（旋喷速度、提升速度、喷嘴直径），参阅下表旋喷施工主要技术参数项 目单管法二重管法三重管法喷嘴直径（mm）f23f23f23参喷嘴个数（个）21212数旋喷速度（r/min）2010515提升速度（m/min）202510515高压压力（MPa）204020402040机泵流量（L/min）60120（浆液）60120（浆液）60120（水）具空压压力（MPa）77性机流量（L/min）1313能泥浆压力（MPa）2050泵流量（L/min）100150浆 液 配 合 比水：水泥：陶土：碱=1.5：1：0.03：0.0009 旋喷深层长桩，倘若单一固定旋喷参数形成直径不均，上部较粗，下部较细的固结体，严重影响旋喷固结体的质量和抗渗作用，则应根据不同深度、不同土质情况变化，选择合适的旋喷参数（见以下两表），才能获得均匀密实的长桩。旋喷注浆加固土体的直径（m）土 质单管法二重管法三重管法多重管法0N101.20.21.60.32.20.3粘性土10N200.80.21.20.31.80.320N300.60.20.80.31.20.30N101.00.21.40.32.00.324砂性土10N200.80.21.20.31.60.320N300.60.21.00.31.20.3砂 砾20N300.60.21.00.31.20.3注：1 定喷加固土的长度约为旋喷长度的1倍。 2 N为标贯值。高压喷射注浆固结体性质固结体性质单管法二重管法三重管法单桩垂直极限荷载（N）500600100012002000单桩水平极限荷载（N）3040最大抗压强度（MPa）砂类土1020，粘性土510，黄土510，砂砾820平均抗拉强度/平均抗压强度1/51/10弹性模量（MPa）K103干密度（g/cm3）砂类土1.62.0粘性土1.41.5黄土1.31.5渗透系数（cm/s）砂类土105106粘性土10-610-7砂砾10-610-7c（MPa）砂类土0.40.5粘性土0.71.0j（角度）砂类土3040粘性土2030N（击数）砂类土3050粘性土2030弹性波速P波砂类土23粘性土1.520（km/s）S波砂类土1.01.5粘性土0.81.0化学稳定性能较 好 6.1.3 旋喷桩管达到预定深度后，应进行高压射水试验，合格后方可喷射浆液，待达到预定压力排量后，再逐渐提升旋喷管，深层旋喷时应先喷浆后旋喷和提升，防止注浆管扭断。 6.1.4 旋喷冒浆处理 6.1.4.1 冒浆：旋喷时高压喷射流在地基中切削破坏土体，其加固范围就是喷射距离加上渗透部分长度为半径的圆柱体。一部分细小的土粒被喷射浆液所置换，随着液流被带到地面上（俗称冒浆），其余与浆液搅拌混合。 6.1.4.2 在旋喷过程中往往有一定数量土粒随着一部分浆液沿着注浆管壁冒出地面，通过对冒浆观察，冒浆量小于注浆量20为正常现象，超过20或完全不冒浆者，应查明原因，采取相应的措施。 6.1.4.3 地层中有较大的空隙而引起不冒浆，则可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，还可在空隙地段增大注浆量，填满空隙，再继续正常旋喷。 6.1.4.4 冒浆量过大是有效喷射范围与注浆量不适应所致，可采取提高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径，加快提升和旋喷速度等措施，减小冒浆量。 6.1.4.5 冒出地面浆液应经过滤、沉淀和调整浓度后才能回收利用，但回收难免没有砂粒，故仅有二重管旋喷注浆法可以利用回收的冒浆再注浆。 6.1.5 在插管旋喷过程中，要注意防止喷嘴被堵，水、气、浆、压力和流量必须符合设计值，否则要拨管清洗，再重新进行插管和旋喷。使用双喷嘴时，若一个喷嘴被堵，则用复喷方法继续施工。插管过程中，为防止泥砂堵塞，可边射水边插管，水压力控制在1MPa，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以免泥土堵塞。 6.1.6 选用水泥应经试验及过筛，其细度应在标准筛（孔径0.08mm）的筛余量不大于15，浆液搅拌后不得超过4小时，当超过时应经专门试验，证明其性能符合要求方可使用。 6.1.7 钻杆的旋转和提升必须连续不中断，拆卸钻杆要保持钻杆有0.1m以上搭接长度，以免使旋喷固结体脱节，中途机械发生故障，应停止提升、钻杆和旋喷，以防桩体中断，并应立即检查，排除故障，为提高旋喷桩承载能力，在桩底部1m范围内应采取较长持续时间的措施。 6.1.8 当采取水泥浆进行旋喷时，在浆液与土搅拌混合的凝固过程中，由于浆液析水作用，一般均有不同程度收缩，造成固结时出现凹陷（凹陷通常在桩顶0.31m之间），深度随土质、浆液析出、固体直径等因素而异，当桩头凹陷量大对土加固及防渗影响大，应采取静压注浆补强。 6.1.9 相邻桩施工间距宜大于4m，相邻两桩施工间隔时间（桩距2D）应小于48小时。 6.1.10 作为端承桩，应深入持力层2m为宜。 6.1.11 旋喷高压射浆可处理灌注桩质量问题，具体措施： 6.1.11.1 混凝土灌注桩有裂缝、孔洞、断桩等质量问题时，可在原桩位钻孔，取出桩芯，在钻孔内注射高压浆液，使桩体获得浓水泥浆填充，增加其整体性。 6.1.11.2 当混凝土桩长不足，桩尖未达到持力层或泥渣土过厚的灌注桩，可采用接桩处理，在灌注桩下端至持力层范围内高压射浆、使柱状固结体与灌注桩相连。 6.1.11.3 当灌注桩有缩颈、桩体横截面积小，在原桩位旁边喷一个至数个旋喷桩相连，增大原桩截面，提高桩承截力。 6.1.11.4 对摩阻力小软土层的灌注桩采用旋喷，可以改变软土性质，增大桩摩阻力。6.2 主要安全技术措施 旋喷施工的动力泵采用高压喷射为主的手段，尤应注意安全措施。 6.2.1 高压泥浆泵应全面检查和清洗干净，防止泵体的残渣和铁屑存在，各密封圈完整无泄漏，安全阀中的安全销要进行试压检验，确保能在额定最高压力时断销卸压，压力表应定期检查，保证正常使用。一旦发生故障，要停泵停机排除故障。 6.2.2 司钻入员需熟练操作技能，了解注浆全过程及钻机旋喷注浆作用。 6.2.3 浆液材料不要受潮或变质，使用水泥不受潮，不用结块或过期水泥，对外加剂要分别存放。浆液材料及外加剂均应采用无毒材料。 6.2.4 高压胶管不能超过压力范围使用，使用时屈弯不小于规定的弯曲半径，防止高压胶管破裂。6.3 产品保护 旋喷桩施工完成后，不能随意堆放重物，防止旋喷桩变形。