高压旋喷装在道路软基处理中的应用

谢琼 曹征

【摘要】：本文结合工程实例，分别从工作机理、施工流程、和质量检验三个方面对高压旋喷桩做了阐述。

【关键词】：软土地基；高压旋喷桩；质量控制

1、工程简介

津沽该线下穿通道工程全长440米，宽为30.5米，其中U型槽的JK3+493.302¬—

JK3+573.302的范围内，道路中心线两侧上方有110KV高压线干扰，所以此段由原来的深层水泥搅拌桩变更为高压旋喷桩。此段旋喷桩设计桩长10—15 米，设计桩径600mm，梅花形布置，桩距1.5米，总根数为668根，总米数为8095.4米，从2009年11月8日始到2009年11月19日止，历时12天，工后检验效果理想。

2、高压旋喷桩概述

2.1 概念：高压旋喷桩是高压喷射注浆法处理地基中的一种，是利用钻孔设备，把安

装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20Mpa左右的压力把预先制备好的水泥、水玻璃等材料作为主固化剂的浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液把从土体上崩落下来的土搅拌混合，经一定时间的凝固，便在土中形成圆柱状的具有一定强度和抗渗能力的固结体，从而使地基承载力得到加强的一种工程方法。

2.2 加固机理：高压喷射注浆是利用工程钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预

定位置，以高压设备使浆液成为20Mpa左右的高压流从喷嘴里喷射出来，冲击破坏土体，当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土料便从土体剥落下来，高压流切割搅碎的土层，呈颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体，当喷射流以360°旋转、自下而上喷射提升时，固结体的截面形状为圆形即称为旋喷。在钻机的钻杆最前端设置一个高压液体喷射装置，当钻机把该高压喷射装置送到土层预定深度时，通过高压泵向钻杆中心孔连续输送高压水泥浆液，高压水泥浆液即通过喷射装置中的喷嘴小孔喷入钻杆周围的砂层、土层及砂土层，与此同时钻机带动钻杆缓慢旋转并提升使喷嘴缓慢螺旋上升，从而使高压水泥浆不断切割搅拌土层，形成水泥、砂、土及速凝剂的混合搅拌浆体，通过固化剂和软土间所产生的一系列物理化学反应，生成水化物，然后水化物胶结形成凝胶体，将土颗粒凝结在一起形成具有整体性、水稳定性和较高强度的结构整体，从而提高其复合地基承载力及改变地基土物理化学性能，达到提高地基承载力、减少地基沉降、阻止水体流动、增强地基稳定性的目的。旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变性性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形。

3、施工流程

旋喷注浆施工流程可大致分为:施工准备，试桩、技术参数确定→测量放样，桩机就

位，钻孔，水泥浆制备，旋喷和复搅，提管冲洗，移动设备→桩基工后检测。

3.1 施工准备：钻机进场之前首先进行场地布置，清除施工区域的杂物，平整

场地施工段落要平整密实，做好排水工作，确保在较干净的环境中进行施工,其次，准备好施工用电和施工用水；施工用电使用沿线设置的变压器并配备发电机在施工现场，架设电缆接线到施工作业区。

3.2 试桩、技术参数确定：每个工点施工前必须先打不少于3根的工艺试验桩，以检

验机具性能及施工工艺中的各项技术参数，其中包括最佳的灰浆稠度、工作压力、钻进和提升速度等，还应根据被加固土的性质及单桩承载力要求，确定水泥掺入量。通过试验桩确定本工程高压旋喷桩施工技术参数为：水灰比为1：1；钻进、工作压力20～25Mpa；提升速度≤0.25m/min；桩顶1米范围提升速度≤0.2m/min；转速应控制在20～25r/min，水泥掺入量范围在180～220Kg/m之间。

3.3 测量放样：测量人员根据施工图纸提供的坐标、平面布置图，在施工段落进行布桩，

桩位用小木桩红色头醒目标注，桩间距误差不大于50mm，布桩完成自检合格后报监理工程师验收，验收合格后进行下一步工序。

3.4 钻机就位：搅拌机具运至现场后进行安装调试，待转速、压力及计量设备正常后就

位。钻机就位时先使钻头对准桩位标志中心，然后进行钻杆的双向调平，之后，再次调整对中，最后再精确调平。垂直度误差不超过1%，对中误差小于5cm。

3.5 钻孔：每台钻机在开钻前，技术人员对钻杆总长度进行尺量，根据桩长、设计桩顶

标高、原地面标高计算下钻节数，并在最后一节钻杆上标定出下钻结束位置。钻孔的目的是为了把注浆管置入到预定深度，钻孔方法采用单管法旋转钻机。在钻杆下钻时采用小10Mpa的水泥浆压力，一方面防止堵喷嘴，另一方面对土体进行第一次喷射，使土体成为混合液，减小喷浆时土体的阻力，以利于浆液充分搅拌，钻到设计的深度。成孔后，应校检孔位、孔深及垂直度，是否符合设计要求。

3.6 灰浆的制作：选用优质42.5#普硅水泥，根据搅拌桶的大小、水灰比、泥浆比重来

标定最大水位线，按水灰比1：1添加水泥，并经充分搅拌，测定泥浆比重是否达到试配时比重1.47，如达不到继续添加水泥直至达到试配水泥浆比重为止。搅拌时间少于4分钟的不得使用，超过初凝时间的浆液也不得使用；灰浆经过两道过滤网的过滤，以防喷嘴发生堵塞；抽入储浆桶内的灰浆要不停地搅拌。

3.7 旋喷和复搅：将注浆管下到预定深度后，调整回流阀门，使旋喷罐内的压强达到规

定值，水泥浆到达喷嘴后，检验喷射方向、摆动角度，一切合格后，调整工作台和油泵阀门，使旋转速度控制在20—25 r /min和提升速度达到20-25cm /min的范围时开始提杆、旋喷，由下往上成桩，在桩头以下1米范围复喷提钻时采用最慢的1档提钻上升，并复喷一次，增加桩体的密实度，因为桩顶以下1米范围将承受较大的荷载，加强此处桩体的质量对发挥桩体的承载力起关键作用。当喷浆结束后，要对注浆孔进行二次回灌，防止旋喷桩体因水泥浆固结出现顶部凹陷而达不到设计桩顶标高。在施工过程中，旋转速度、提升速度、旋喷压力、水泥用量参数的变化将直接影响桩的均匀程度和桩径，水灰比参数的变化将会影响桩身的强度，因此必须时刻注意检查浆液初凝时间、水泥浆流量及压力、提升速度、旋摆角度、喷射方法等参数是否符合设计要求，并随时作好记录，如遇故障应及时排除。

3.8 提管冲洗：喷射作业完成后，将注浆泵的吸浆管移到水箱内，在地面上喷射，以便

把泥浆泵、注浆管内的浆液全部排除，防止残存水泥浆将管路堵塞。

3.9 移动设备：移动钻机至下一孔位，为确保桩与桩之间能很好咬合，宜采用打一跳一

法，且间隔时间应大于36小时。

4、质量检验

高压旋喷桩完成28d后方能进行质量检验。

4.1 触探及抽芯检验

成桩7d内采用轻型触探进行N10检测，检测频率为工程桩数的2%。抽芯检验的总桩数不得少于工程桩数的3‰，单位工程桩数小于1000根时，至少做3根。桩芯无侧限抗压强度（28d）应满足如下要求：桩顶～2/3桩长范围：≥1.6MPa；2/3桩长～桩尖范围：≥1.4MPa。

4.2 高压旋喷桩单桩承载力要求，见表1；表2。

表1高压旋喷桩单桩承载力

表2 质量检验标准

5、注意事项

5.1 施工时应先施工内排桩，后施工外排桩。

5.2 水泥浆液应连续供应。如发生断浆现象，须复打，复打重叠长度必须大于1.0m。

5.3 浆液拌和应均匀，不得有结块；浆液不得离析或停滞时间过长，超过2小时应停

止使用。

5.4 构造物基底水泥搅拌桩桩顶高程应根据构造物底高程进行计算确定，同时应考虑

凿除50㎝桩头的影响。

5.5 旋喷废浆应予以充分利用，施工过长中可在相邻桩之间开挖一定深度的浆液存贮

沟（沟宽0.6～0.8米，深0.8～1.0米），待浆液凝固后形成具有一定强度的桩间横系梁，以增强各桩间共同作用，提高地基承载力。施工中控制冒浆量小于注浆量的20％，超过20％或完全不冒浆应查明原因，采取措施。

5.6 成桩28d后，可开始基槽开挖，凿除50㎝软桩头，桩头凿除后桩长不得小于设计

桩长。

5.7 提钻喷浆的速度控制，控制好旋喷速度，保证不大于25cm/min且稳定，灌浆管分

段搭接的长度不得小于10cm。底部时应适当加大压力保证底部桩头大于设计，顶部时应重复提钻喷浆一次保证桩头的完整。

5.8 提升旋喷过程中确保压力达到设计要求，不小于20Mpa，使足够的水泥浆压入土体，

钻杆旋转速度再规定范围内，20~25r/min，确保桩体的均匀性和整体性及强度。

6、结束语

实践表明，采用高压旋喷桩技术进行软土地基加固的效果是显著的，它具有加固体强度

高、加固质量均匀、施工操作简便、占地高度小等特点，可用于处理加固淤泥质土、粉土、粘土等软土地基，适用于场地狭窄、不宜进驻大型机械设备等场合，可有效地减少地基总沉降量和不均匀沉降，地基处理效果明显。

参考文献：

[1] 叶书麟. 地基处理工程实例应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1983，3

[2] 程云朋. 高压旋喷桩在地基加固中的应用探讨[J]. 山西建筑，2007

[3] 李兵. 高压旋喷桩施工技术[J]. 甘肃科技，2005

作者简介：

谢琼，男 ，1981年5 月，本科，工程师 。

曹征，女，1984年1月，本科，助理工程师。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。