地下高水位流沙土条件下高压旋喷桩成桩效果影响分析

刘 兴 陈月新

（1.上海振华重工（集团）股份有限公司， 上海 200125；2.上海交通建设总承包有限公司， 上海 200136)

关键字：泥浆比重；泵浆压力；提升速度；自钻速度；水泥掺量

1 工程概况

江苏中关村科技产业园污水管网工程全长约 6km，污水收集后经一体化泵站提升，排入污水厂进行处理。其中W32-W55为大型钢筋砼结构沉井施工，井周分布高压旋喷桩，旋喷桩桩径为φ600，搭接 200，间距 400，采用双重管高压旋喷桩施工。本文选取钢筋砼结构矩形沉井周围高压旋喷桩施工为例，研究成桩效果的影响因素。

2 施工难点

2.1 工程主要分布于距离省道边15m范围内，且大型钢筋砼结构沉井需开挖下沉深度达9m，因此需确保旋喷桩体无侧限抗压强度不小于1.2MPa，以避免土体变形位移而导致的省道路基边坡稳定。

2.2 施工沿线土质差，大部分井位四周旋喷桩施工时，桩体深入流沙层，容易造成翻浆，影响成桩效果。

2.3 部分井位分布于河道两边，地下水位高，需严格保证成桩效果达到止水作用，确保顶管施工至管口处的防渗要求。

3 主要研究方法、过程

3.1 研究方法：

鉴于工程施工过程中，地下水位高、流沙土范围分布广，现场将选取一个有代表性的矩形检查井位的一侧共计 84根桩体作为生产性试验桩，桩径为φ600，采用双重管法施工。

3.2 研究过程：

（1）选取影响成桩施工效果的主要施工参数；（2）对选取的参数进行科学合理的研究取值分布；（3）参数调整对成桩效果的影响；（4）得出各施工主要参数对于地下高水位、流沙土条件下成桩效果影响的一般性结论；

4 参数选取及分布

4.1 选取主要影响参数

通过查询高压旋喷桩相关施工规范、论文资料等，结合设计图纸要求，对比筛选了几组影响成桩效果的主要施工控制参数，总结下来主要有泵浆压力（MPa）、泥浆比重（g/cm3）、提升速度（cm/min）、自钻速度（r/min）、水泥掺量（%）五个，逐一分析研究。

4.2 参数研究取值分布

项目配套图纸中，对这五个施工参数均有取值要求，且代表的是一般土质条件下的参考取值，由于本项目地下高水位、流沙土的特殊性，本次研究将以设计给出的各参数的参考取值要求作为基准，选取其上下一定幅度范围取值进行试桩施工，通过各参数的不断调整，探求其参数变化对于成桩效果变化的影响趋势及程度，并得到最合理的参数取值范围。主要参数研究取值分布如下表4-1：

表4-1 主要影响参数试桩取值分布表

5 参数调整对成桩效果的影响分析

本文研究分析在高水位流沙土中，施工参数对成桩效果的影响，并将选取最具代表性的桩径及 28d无侧限抗压强度两个指标作为高压旋喷桩成桩效果的参考指标。采取控制变量法，施工完成后做好标记，采取开挖实测的方法检查桩径，钻芯取样进行抗压试验来检测 28d无侧限抗压强，以此观察各个参数对成桩效果的影响。

图5-1 桩径测量

5.1 泵浆压力影响研究

施工时保证其余施工参数不变，泵浆压力以25MPa为基础，一个兆帕为一级，逐级增加进行桩体施工，最终数据统计图表如下：

表5-1 成桩效果（泵浆压力）

图5-2 桩径-泵浆压力曲线

图5-3 28d无侧限抗压强度-泵浆压力曲线

小结：根据数据分布曲线可以看出，保证其他四个基本参数不变的情况下，以1个MPa依次增加泵浆压力，桩径依次增大，28d无侧限抗压强度保持在1.2-1.22之间浮动。因此泵浆压力与桩径呈正相关，且影响较大；对桩体 28d无侧限抗压强度影响较小。

5.2 泥浆比重影响研究

设计要求水灰比为 1：1，泥浆比重即为 1.5，施工时选取其余四个参数不变，在1.51附近进行取值，观察泥浆比重的变化对成桩效果的影响，最终数据统计图表如下：

表5-2 成桩效果（泥浆比重）

图5-3 桩径-泥浆比重曲线

图5-4 28d无侧限抗压强度-泥浆比重曲线

小结：根据数据统计曲线可以看出，当泥浆比重依次增大，桩径依次减小，泥浆比重与桩径呈负相关，且影响较大；桩体28d无侧限抗压强度在1.20-1.24之间浮动，泥浆比重对28d无侧限抗压强度影响有限。

5.3 提升速度

选取提升速度在15cm/min附近进行取值，施工完成后，经开挖测量及现场检测，最终数据统计图表如下：

表5-3 成桩效果（提升速度）

图5-5 桩径-提升速度曲线

图5-6 28d无侧限抗压强度-提升速度曲线

小结：根据数据统计曲线可以看出，钻杆提升速度越快，桩径越来越小，呈负相关；28d无侧限抗压强度在1.20-1.24MPa之间浮动，且无明显趋势，度影响较小。

5.4 自转速度

自转速度在15r/min附近进行取值，施工完成后，经开挖测量及现场检测，最终数据统计图表如下：

表5-4 成桩效果（自转速度）

图5-7 桩径-自转速度曲线

图5-8 28d无侧限抗压强度-自转速度曲线

表5-5 成桩效果（水泥掺量）

小结：自转速度在14-16r/min之间时，桩径在600以上。当自转速度低于14r/min时，易形成螺旋桩，28d无侧限抗压强度降低，不能满足 28d无侧限抗压强度≥1.2MPa；当自转速度高于16r/min时，桩径越小， 28d无侧限抗压强度不变。在实际施工过程中，钻速在14-16r之间有较好的成桩效果。

5.5 水泥掺量

试桩时水泥掺量依次增加，施工完成后开挖测量及现场检测，最终数据统计图表如下：

桩径（m） 0.62 0.63 0.63 0.61 0.63 0.61 0.62 28d无侧限抗压强度（Mpa） 0.90 1.03 1.15 1.21 1.28 1.35 1.41

图5-9 桩径-水泥掺量曲线

图5-10 28d无侧限抗压强度-水泥掺量曲线

小结：水泥掺量越大，28d无侧限抗压强度越大，对桩径的影响不大。且当水泥掺量低于35%时，28d无侧限抗压强度低于1.2MPa，不符合设计要求，需进行桩体处理。

6 效果对比结论汇总

根据以上各参数连续调整变化对成桩效果（桩径、强度）影响的横向比较结果，现将其数据进行纵向比较，得到五个参数变化对于成桩效果影响的集中反应，如下斜率图：

通过对比折线图的斜率可知，在高水位流沙土中，影响旋喷桩桩径的主要施工参数为泵浆压力和泥浆比重，其中泵浆压力变化与桩径呈正相关，泥浆比重变化与桩径呈负相关，在桩径φ600允许误差范围内泵浆压力最佳取值为25～27MPa，泥浆比重最佳取值为1.4～1.5之间；影响桩体28d无侧限抗压强度的主要施工参数为水泥掺量，且呈现较为明显的正相关趋势，取值区间不得小于 34%，其他参数对强度影响变化不大。

因此在本项目高水位流沙土中施工高压旋喷桩时，在保证桩径及强度的前提下，应着重控制泵浆压力、泥浆比重，并严格保证水泥掺量，以保证旋喷桩成桩效果。

7 总结

施工过程中的参数调整并非一成不变，本文主要是以项目地下高水位、流沙土质条件下，以桩径φ600、强度≥1.2MPa为控制标准展开的研究，在施工过程中，应根据各种土质变化的实际情况，灵活调节施工参数，避免出现断桩，螺旋状，桩径不够、强度不均匀不达标等质量问题。且本次研究的成桩数据结果中，桩径范围覆盖了0.48～0.92m，28d无侧限抗压强度覆盖了0.9～1.41MPa区间，希望能够以此数据增强与同行业之间施工交流，并提供借鉴。