旋喷桩加固施工方案.doc

长江南京段上游过江通道左汊隧道浦口明挖段工程
旋喷桩地基加固施工方案

一、工程概述
1、长江南京段上游过江通道左汊隧道浦口明挖工程里程LK3+479～+600段地基加固采用高压旋喷桩，工程量较大。为了保证高压旋喷桩地基加固施工质量，对高压旋喷桩地基加固进行了两次试桩（采用二重管法），通过两次试桩，取得了该地层高压旋喷桩施工数据，拟定了该地层高压旋喷桩施工参数。
2、工程地质条件：里程LK3+479～+600段地基加固所处地层从上至下重要为：②-2层素填土、④层淤泥质粉质粘土、④-1粉土、⑥层淤泥质粉质粘土夹粉土、⑧层粉粘砂。
二、施工内容
依据南京长江隧道工程左汊隧道设计图纸SS-ZS-JG01-01-14、SS-ZS-JG01-01-15、SS-ZS-JG01-01-15B和SS-ZS-JG01-01-15及施工现场实际情况，将高压旋喷桩地基加固（桩径为ф1000）分为井后续段和工作井段，设计规定高压旋喷桩地基加固土28d的无侧限抗压强度应不小于1.0MPa，划分区域如下：
1、井后续段裙边地基加固有10排（见附图），编号为Q1～Q10，例如Q6排第16号桩，高压旋喷桩编号为Q6-16，其中里程LK3+531～+535段高压旋喷桩长为9.144m（标高为-7.182m～－16.326m），数量为50根；里程LK3+572.387～+576.387段（东线）高压旋喷桩长为7.210～7.050m（其中LK3+576.387段标高为-13.626m～－20.74m），数量为53根；其余均为3m，数量为1120根；以上合计1223根。
2、井后续段抽条地基加固分为11个区域（见附图），编号为A区～K区，例如K区2排第16号桩编号为K2-16，其中A区（里程LK3+531～+535段）高压旋喷桩长为9.144m（标高为-7.182m～－16.326m），数量为163根；K区里程LK3+571.387～+575.387段范围内高压旋喷桩长为7.114m（标高为-13.626m～－20.74m），数量为198根；其余均为3m，数量为1371根；以上合计1732根。
3、工作井地基加固区域为JJ区（见附图），有29排，每排编号为1～57，例如第2排第16号桩编号为JJ2-16，高压旋喷桩长为4m（标高为-18.84m～－20.84m），数量为1296根。
4、工作井与井后续段接头外侧地基加固区域为WE区和WW区（见附图），WE区和WW区各有39根高压旋喷桩，例如WW区第9号桩编号为WW9，高压旋喷桩长为25.74m（标高为5m～－20.74m），数量为78根。
以上高压旋喷桩合计为4329根，其中加固长为25.74m的高压旋喷桩为78根，加固长为9.144m的高压旋喷桩为213根，加固长为7.114m的高压旋喷桩为251根，加固长为4m的高压旋喷桩为1296根，加固长为3m的高压旋喷桩为2491根，高压旋喷桩（桩径为ф1000）长合计18398m，需要水泥8306t，水玻璃113.3t，木质素磺酸钙16.6t。
此外地下连续墙接缝采用高压旋喷桩（桩径φ800mm）止水，桩长为冠梁顶标高至基坑底以下5m，水泥掺量为310kg/m，桩身15m以下掺加木质素磺酸钙（水泥重量的0.2%）和水玻璃（水泥重量的1.364%），保证高压旋喷桩止水效果。桩间距（中对中）为600mm，桩中心距离地下连续墙外侧为30mm，桩位置对准地下连续墙分幅中心，1000mm厚地下连续墙接缝采用2根高压旋喷桩桩径止水，其中工作井N1-6槽段两端接缝各采用4根高压旋喷桩桩径止水；800mm和600mm厚地下连续墙接缝采用1根高压旋喷桩桩径止水，依据设计规定高压旋喷桩（桩径φ800mm）有88根。
三、施工流程及施工方法
高压旋喷桩是在普通化学注浆法的基础上发展起来的加固土体的一种新方法，是采用高压射流切削土体，同时高压注入设计浆液对土体加固的一项施工技术。
（1） 施工流程：旋喷桩施工过程中一般先用钻机引孔，再下注浆管，用高压泵（一般为25～35MPa）将水泥浆液通过特殊注浆管端头的喷嘴（ф1.8），以高速喷入土层，喷嘴在喷浆液时，一面缓慢旋转（10rpm）、一面渐渐提高（10～15cm/min），高压喷出的浆液不断切削土层，并使强制切削下来的土体与浆液充足混合，最后在喷射力的有效射程范围内形成一个混合物圆形凝柱体，依据实际地质情况旋喷法采用的二重管法，即：同时压入水泥浆和压缩空气，使用φ设备安装调试
引孔钻机就位
平整场地
测放桩位
启动引孔钻机
水泥浆搅拌、制备
启动高压泵
启动空气压缩机
输送高压气流
主机钻进引孔
钻孔引孔至设计标高
二重管旋喷注浆
自桩底匀速旋转提速高压喷浆至桩顶
停喷、停气
单桩施工完毕
图 旋喷注浆施工工艺流程
73钢管为注浆管，喷射流为浆液，以30MPa 压力从喷嘴中喷出，直接冲击切削土体，达成水泥浆置换土体颗粒，满足设计规定。施工流程详见旋喷注浆施工工艺流程。
（2）施工方法：施工时一方面用钻机引孔，再用旋喷机喷射，即先把浆液管下到预定加固范围最深点，然后自下而上进行高压喷射注浆切割土体，将开孔和灌注桩体同时进行，一次成桩，其工作环节为：
1）钻机就位：钻机需平置于牢固坚实的地方，钻杆对准孔位中心，偏差不超过5cm。
2）钻孔下管：钻孔的目的是将注浆管顺利置入预定位置，在下管过程中，需防止管外泥砂堵塞喷嘴，保证下管顺利，下管过程中同时输送压缩气流，当注浆喷头下到预定位置（预定加固范围最深点）。
3）制浆：不同地层选取不同注浆材料，本项目旋喷桩喷射注浆材料采用海螺牌普通硅酸盐水泥（32.5#），水泥浆液的水灰比为0.65：1（连续墙接缝止水旋喷桩水灰比为0.8：1），由于粉细砂渗透系数大，依据施工实际情况和试桩结果，拟定适量掺加水玻璃（水玻璃参量为水泥重量的1.364%）和木质素磺酸钙（木质素磺酸钙参量为水泥重量的0.2%）,加快沉淀凝结。
4）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。
5）高压注浆作业：高压射浆自下而上连续进行，注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转和提高速度等参数，应符合操作规程规定。开动高压注浆泵，开始注浆，当注浆压力和电机转速稳定并达成施工设计参数后，再按施工设计提高速度开始提高钻杆，边旋转边喷浆边提高。
6）喷浆结束与拔管：喷浆由下而上至设计高度后，停止喷浆，拔出喷浆管，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，拔管要及时，切不可久留孔中，否则浆液凝固后将难以拔出。
7）注浆设备清洗：当喷浆结束后，立即清洗高压泵、输浆管路、注浆管及喷头。
四.施工保障措施
1、加强施工机械设备准备，钻机提高所用电动机（一般为11KW）能保证钻杆顺利提高，钻杆旋转所用电机能保证钻杆顺利按正常匀速旋转，防止出现卡钻和堵管现象，施工前钻机和注浆机等设备要经试运转，各种管线检查合格。
2、作好材料准备和现场其它准备工作，重要准备海螺水泥（等级为32.5）和外加剂（水玻璃和木质素磺酸钙）, 对进场海螺水泥作好检查,数量要满足施工材料规定, 水玻璃要检查波美度和重量，木质素磺酸钙要满足7天高压旋喷桩地基加固施工所需数量。现场合用搅拌桶、电动机及相关施工工具安装调试完好，比重仪、钢尺和垂球等检查仪器准备好，保证能顺利施工。
3、加强施工过程控制，开钻前检查钻杆的垂直度和钻杆长度满足钻孔深度，钻孔要超钻50cm，孔底注浆稳定一段时间并由现场值班技术人员检查后才干上提，认真监督提高速度和旋转速度，出现卡钻后要重新下钻注浆，保证整个施工处在可控状态。
五.施工机械设备及重要技术参数
（1）施工机械设备 表1
设备名称
设备型号
数量
备注
钻 机
XP-30
3台
旋喷注浆
高压泵
GZB-40B
3台
旋喷注浆
空气压缩机
0.6-0.8
3台
旋喷注浆
二重旋喷管
73
3 套
旋喷注浆
浆液制备机
拌浆桶
6台
旋喷注浆
（2） 二管旋喷施工重要技术参数如下：
项 目 参 数
喷嘴直径（mm） φ1.8
旋喷速度（r/min） 5～10
提高速度(mm/min) 10～15
高压泵
压力（MPa） 30
流量（L/min） 50～70（浆液）
空压机
压力（MPa） 0.7
高压旋喷桩（ф1000）水泥浆参数表 表2
水泥用量（每米）
电动机转速（r/min）
流 量（L/min）
提高速度（cm/min）
桩长(m)
备注
430 kg
800
58
13.7
设计桩长
掺水玻璃和木质素磺酸钙

高压旋喷桩（ф800）水泥浆参数表 表3
水泥用量（每米）
电动机转速（r/min）
流 量（L/min）
提高速度（cm/min）
桩长(m)
备注
310 kg
700
50.9
14.2
设计桩长
桩长见附表

六、旋喷桩质量
（1）质量标准
1）保证项目
旋喷桩使用的水泥品种、标号、水泥浆的水灰比符合设计规定。
检查方法：检查出厂证明、合格证、实验报告。
2）基本项目
高压旋喷桩桩体深度、直径和桩体强度等符合设计规定。
检查方法：钻孔取芯检查、标准贯入实验等。
检查桩体均匀性：可采用钻孔取芯的方法，该方法也可用来检查桩体的抗压强度。依据设计规定，一般高压旋喷桩桩体强度通过钻孔取芯满足28d的无侧限抗压强度不小于1.0MPa即可鉴定为合格。
3）允许偏差
旋喷桩的允许偏差和检查方法应符合下表的规定。
项 目 允许偏差 检查方法
桩体中心位置 50mm 拉线及尺量检查
钻孔垂直度 1.5H/100 吊线和尺量检查
（2）施工注意事项
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。
2）旋喷桩施工前必须拟定旋喷施工参数：旋喷速度、提高速度、喷嘴直径等。
3）旋喷桩管达成预定深度后，应进行高压射水实验，合格后方可喷射浆液，待达成预定压力排量后，再逐渐提高旋喷管，深层旋喷时应先喷浆后旋喷和提高，防止注浆管扭断。
4）旋喷冒浆解决
冒浆：旋喷时高压喷射流在地基中切削土体，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。
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冒出地面，通过对冒浆观测，冒浆量小于注浆量20%为正常现象，超过20%或完全不冒浆者，应查明因素，采用相应的措施。
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外加剂（水玻璃和木质素磺酸钙），使浆液在一定范围内凝固。
5）在插管旋喷过程中，要注意防止喷嘴被堵，压力和流量必须符合设计值，否则要拔管清洗，再重新进行插管和旋喷。插管过程中，为防止泥砂堵塞，可边射水边插管，以免泥砂堵塞。
6）选用水泥应经实验及过筛，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1小时。
7）钻杆的旋转和提高必须连续不中断，拆卸钻杆要保持钻杆有0.1m 以上搭接长度，以免旋喷固结体脱节。半途机械发生故障时，应停止提高和旋喷，以防断桩。并应立即检查，排除故障。为提高旋喷桩桩体质量，在桩底部1m 范围内应采用较长连续时间的措施。
8）旋喷桩施工完毕后，不能随意堆放重物，防止旋喷桩变形。
9）旋喷桩体的施工质量是保证施工期间基坑底稳定的关键，旋喷桩施工时，应严格按照施工规范进行施工。其施工要点如下：
①高压喷射注浆的施工参数应根据地质条件，通过现场施工经验调整，并在施工中严格加以控制。
②施工时应保证钻孔的垂直偏差不应超过0.5%，桩位偏差不应大于50mm。
③喷射压力，提高速度对成桩直径有较大影响，根据桩径（桩径为ф1000）进行调整。
七、旋喷桩安全保证措施
旋喷施工采用高压喷射为主的手段，尤应注意安全措施。
（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。
（2） 压力表应定期检查，保证正常使用。
（3）一旦发生故障，要停泵停机排除故障。
（4）司钻人员需纯熟操作技能，了解注浆全过程。
（5）施工操作人员要注意水玻璃等腐蚀材料伤害自己，参与外加剂施工操作人员一定戴手套等保护自己，如水玻璃身体粘上水玻璃，立即用清水冲洗。