铁路施工中高压旋喷桩的技术应用探讨

艾江临 李玉双

（中铁八局集团第三工程有限公司，贵州 贵阳 550001）

1 工程概况

1.1 工程说明

六沾线新湾子寨二号隧道位于六盘水枢纽内，隧址属溶蚀峰丛地貌，洞身穿越地层为石炭系中统黄龙群（C2hn）灰岩夹白云（W2），岩溶强烈发育，拱顶以上最大埋深约52m。

施工过程中揭示隧道内岩溶强烈发育，洞身及隧底岩溶主要表现为溶蚀破碎带、充填溶洞、溶蚀裂隙及溶槽等，并结合溶洞发育特征，对隧底下部存在沉积粉砂土、溶蚀填充淤泥质粘土，设计采用高压旋喷桩加固隧底.为满足加固后的复合地基承载力fspk≥250KPa，确定旋喷桩参数为，桩径50cm，间距90cm。旋喷桩加固深度：5-20m。注浆压力不小于25Mpa，水灰比W：C=1:1～1：1.5，采用普通硅酸盐水泥，并掺加2%～3%速凝剂CaCl2。为保证旋喷质量，桩顶须复喷2m。隐伏溶洞上部基岩需开设φ90 钻孔。单桩长6～20m,呈正方形布置,桩间距0.9m。总根数设计为1292 根,旋喷长度为14860m,钻孔回灌水泥浆2912 m3。

1.2 地质情况

旋喷桩施工段内主要地质情况 (从地表向下)如下：<1>黏土（Q4dl+pl）：棕黄、褐黄色，硬塑状，<2>黏土（Q4dl+el）：棕黄、棕红色，硬塑状，<3>灰岩夹白云岩（C2hn）：浅灰、灰色，隐晶、致密结构，厚层～块状结构。

1.3 质量要求

达到铁道部现行的《铁路工程施工质量验收标准》、《铁路隧道施工规范》及设计要求。工程一次验收合格率达到100%。

2 旋喷桩施工方法

2.1 旋喷桩施工原理及材料设备选用

2.1.1 施工原理

高压旋喷法是把注浆管钻入或置入土层后,使喷嘴喷出不小于25Mpa的高压喷射流破坏地基土体,形成预定形状的空间,注入的浆液将冲下的土置换或部分混合凝成固结体,以达到改造土体的一种方法。

2.1.2 材料及设备

① 采用材料：采用PO42.5 普通硅酸盐水泥，并掺加2%～3%速凝剂CaCl2。②选用设备：旋喷桩施工选用的主要机具设备见表1。③选用设备说明：钻机根据需要附设调速装置,或增设慢速卷扬机,以调节其转速和提升速度。二重管由回旋器、连接管和喷头组成,用于向土体内压入气和浆液的2 根管互不相通,按直径大小在同一轴线上重合套在一起。喷嘴D=2毫米。二重管喷射流为高压浆液喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流,组成为复合式高压喷射流。

?

2.2 旋喷桩施工方法

2.2.1 浆液要求

浆液具有良好的可喷性；有足够的稳定性,浆液中含气少；能调整浆液的胶凝时间；有良好的力学性能；无毒、无臭；结石率高。

2.2.2 旋喷桩施工

①施工准备；②平整场地：隧底铺垫一层厚20 cm 小石块,摊铺整平、静压；③在开工之前根据设计放出旋喷桩的中心位置；④在施工现场取样按设计要求进行室内配合比试验,确定浆液最佳配合比；⑤工艺性试验根据《铁路工程地质原位测试规程》(TB10018-2003)、《建筑地基处理规范》（JGJ79-2002）的规程,于2009 年4 月22日～4月24日进行成桩试验（4根）。

?

从上述实测数据可以看出,选用水泥浆液压力28MPa、注浆管旋转速度为15r/min、注浆管提升速度为20cm/min、空气压力为0.7MPa的工艺参数施工的高压旋喷桩桩径符合设计要求。经检测桩体的无侧限抗压强度＞1.5MPa,符合设计要求。

2.2.3 高压旋喷桩施工方法与注意事项

① 采用二重管复喷法施工,首先用钻机钻成φ 90毫米的孔,然后将二重注浆管插入孔内,再一边提升一边进行喷射注浆。②在插入旋喷管之前,先检查高压水与空气的喷射情况,各部位密封圈是否封闭,插入后先做高压射水试验,合格后再喷射注浆。施工中,遇到塌孔插入困难时,用1～3MPa的低压水进行冲孔。③采用二重管法施工,先送高压水,在30 秒左右之后送水泥浆,再在桩底部边旋转边喷射1 分钟后,边旋转、边提升、边喷射。④ 二重管法的旋喷速度控制在15r/min,提升速度控制在20cm/min。钻杆应均匀旋转、提升,确保桩体连续、均匀。注浆管分段提升的搭接长度不小于10cm。⑤喷射时,在达到预定的喷射压力和喷浆量之后,再逐渐提升注浆管,中间发生故障时,停止提升和旋喷,并立即进行检查排障。⑥旋喷进程中,将冒浆量控制在10～20% 之间。⑦复喷至软土层顶后,应即时减小注浆压力,将压力控制3MPa左右进行回灌水泥浆（引孔内灌浆）,直至到达地表。施工完后迅速拔出注浆管,用清水冲洗管路,防止凝固堵塞。⑧水泥浆的水灰比为1:1。应按照室内配方配制,不得随意改变,并需严格过滤（三层滤网）防止堵塞管路；水泥浆随搅随用。浆液的搅拌时间：每罐搅拌时间不少于3 分钟,并在使用过程中进行不间断的轻微搅拌,避免浆液沉淀。水泥浆一次搅拌量根据搅拌机的容量来确定,施工中每搅拌一次需用水泥400kg、8Kg 速凝剂Ca－Cl2。⑨高压喷射产生的废浆抽排到储浆池中,然后用泥浆车运至指定地点。⑩高压旋喷桩施工流程见下图。

2.2.4 旋喷桩施工中的检验

①旋喷桩机配备符合计量规定的计量装置,且装置处于检定有效期内。②对所用水泥、外加剂等材料的进场检验按试验的有关规定进行。③通过放样和尺量的方法检查桩位的布置形式,保证满足设计要求。④通过计数的方法检查并确认桩的布置数量是否符合设计要求。⑤通过测量钻杆的长度刻线检查（必要时钻芯检查）单根桩的长度,确保桩长符合要求。

2.2.5 施工过程控制

2.2.5.1 机械就位时机座应平稳,立轴、转盘与孔位对正,倾角与设计误差一般不得大于0.5。

2.2.5.2 高压设备与管路系统应符合设计及安全要求,密封良好,防止管路堵塞。旋喷注浆应注意设备开动顺序。二重管的水、浆供应应有序进行,衔接紧密。

2.2.5.3 当在注浆过程中因拆卸钻杆或因故停喷后续喷时,应重复旋喷不小于10cm。旋喷过程中出现压力骤然下降、上升、孔口冒浆量超过20%或完全不冒浆时应查明原因及时处理。

2.2.5.4 冒浆的处理：在旋喷处理中,有一定数量的土粒,随着一部分浆液沿着注浆管壁冒出地面,冒浆量控制在10%～20% 者为正常。超过20%、冒浆量小于10% 或完全不冒浆时,应查明原因并采取相应的措施。① 出现不冒浆或断续冒浆时,若系土质松软则视为正常现象,可适当进行复喷；若系地层中有较大空隙引起的不冒浆,则可适当调整外加剂掺入量,缩短固结时间,使浆液在一定土层范围内凝固。另外,还可以在空隙地段增加注浆量,填充空隙后再继续正常旋喷施工。②流量不变而压力突然下降时,应检查衔接部位的密封情况,必要时拔出注浆管,检查封密性能。

2.2.5.5 减小冒浆的措施有三种：提高喷射压力(喷射量不变)；适当缩小喷嘴直径(喷射压力不变)；加快提升和旋转速度。

2.2.5.6 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。

2.2.5.7 高压旋喷桩的质量控制应贯穿在施工的全过程,施工过程中随时检查注浆压力、引孔长度及终孔长度和旋喷桩长、注浆管的转速及提速、空气压力等。

?

3 施工中出现的问题

3.1 施工中有些桩位出现不连续冒浆或完会不冒浆。

3.2 处理部位在距地表约8米以下,桩身垂直度不易控制。

4 高压旋喷桩工程质量保证措施

4.1 高压旋喷桩施工前严格按照设计和施工规范要求进行平整地表,设置回浆池,符合设计要求后再进行下一道工序施工,并进行成桩试验。

4.2 物资部门应对进场材料的品种、规格及质量进行检查。工区试验室按设计要求进行室内配比试验,确定浆液最佳配比；并随时抽查水泥浆液的搅拌质量。

4.3 喷射注浆时应注意设备开动顺序。水、气、浆供应有序进行,衔接紧密。

4.4 二重管法的旋喷转速控制在15r/min,提升速度控制在20cm/min。钻杆应均匀旋转、提升,确保桩体连续、均匀。注浆管分段提升的搭接长度不小于10cm。确保桩长符合设计要求。

4.5 施工过程中随时检查施工记录和计量记录。

4.6 旋喷施工中随时注意对压力和流量的控制,保证桩径。

5 总结

综上所述,以高压喷射流直接冲击破坏土体,浆液与土凝固为固结体的高压喷射注浆法,从施工方法、加固质量到适用范围,不但与静压注浆法的所不同,而且与其他地基处理方法相比,亦有独到之处。

[1]《铁路工程地质原位测试规程》

[2]《铁路隧道施工规范》

[3]GB 50021-2001 岩土工程勘察规范[S]