高壓旋噴樁試樁工藝研究

姜學(xué)勇

摘要：通過試樁工藝確定旋噴樁每米水泥用量、外加劑用量、鉆孔射水壓力、噴漿壓力、水泥漿用量、水灰比、噴射管提升速度、噴漿旋轉(zhuǎn)速度等工藝參數(shù)，并通過取芯檢測和載荷試驗，判定成樁工藝能否滿足成樁質(zhì)量要求，優(yōu)選能滿足設(shè)計成樁質(zhì)量的施工工藝參數(shù)。

Abstract： The process parameters， such as cement content， admixture dosage， drilling water injection pressure， shotcreting pressure， cement slurry dosage， water-cement ratio， ejection tube lifting speed， shotcrete rotation speed， etc.， were determined by trial pile process. Through coring inspection and load test， it is determined whether the pile forming process can meet the pile quality requirements， and the construction process parameters that can meet the designed pile quality can be selected.

關(guān)鍵詞：高壓旋噴樁；試樁；工藝參數(shù)；取芯

Key words： high pressure jet grouting pile；trial pile；process parameters；coring

中圖分類號：U293.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）14-0139-02

1 工程簡介及施工原理

新建鐵路廣佛環(huán)線佛山西站至廣州南站段DK14+583.70～DK14+970.00路基屬于軟土地基，根據(jù)設(shè)計要求采用高壓旋噴樁加固措施。高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預(yù)定位置后，利用高壓注漿設(shè)備使?jié){液或水、（空氣）成為20～40MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切、擾動、破壞土體結(jié)構(gòu)，同時鉆桿以一定的速度逐漸提升，將漿液和土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后在土中形成一個圓柱狀固結(jié)體（即旋噴樁），以達(dá)到加固地基或止水防滲的目的。

高壓旋噴樁施工主要是工藝參數(shù)的確定，所以試樁的過程是一個非常重要且必不可少的環(huán)節(jié)。本次試樁地點選在具有代表性路基地段進(jìn)行，DK14+610距右側(cè)坡腳20m處，采用單管法施工。設(shè)計樁長23.4m，樁徑0.5m，樁距1.3m，按正方形布置，安排試樁9根，其中水泥用量140kg/延米（3根）、160kg/延米（3根）、240kg/延米（3根）。單樁承載力161.99kN，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（28d）：≥2.5MPa。

2 設(shè)計地質(zhì)情況

3 試驗內(nèi)容及參數(shù)

3.1 試樁目的 一是通過試樁調(diào)整旋噴樁施工參數(shù)，確定每米水泥用量、外加劑用量、鉆孔射水壓力、噴漿壓力、水泥漿用量、水灰比、噴射管提升速度、噴漿旋轉(zhuǎn)速度；二是通過取芯檢測和載荷試驗，判定成樁工藝能否滿足成樁質(zhì)量要求，優(yōu)選能滿足設(shè)計成樁質(zhì)量的施工工藝參數(shù)。

3.2 室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗 現(xiàn)場取各地層土樣，分別摻入對應(yīng)每延米（0.2m3）被加固土體水泥用量140kg、160kg、240kg，按表2中每個配合比分別做2d、7d、14d和28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，以便求出室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與試樁取芯無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系。

3.3 試樁配合比和工藝參數(shù)如表2

對上述三種工藝參數(shù)說明：①提鉆速度為18～20cm/min，相應(yīng)轉(zhuǎn)速控制為18～21r/min；②外加劑：采用氯化鈣（CaCl2），摻量為水泥用量的3%，氯化鈣屬于速凝-早強(qiáng)型外加劑，主要適于地下水位較高或要求早期承受較大荷載的工程，可提高樁體早期強(qiáng)度；③泵壓的范圍暫定為18～24MPa，根據(jù)地表變形監(jiān)測進(jìn)行調(diào)節(jié)；④采用Φ2-3mm單噴嘴（采用刻度放大鏡觀測）；⑤泵壓、提鉆速度、轉(zhuǎn)速、噴嘴直徑等施工參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件、實際噴漿量、冒漿等情況進(jìn)行調(diào)整，確保單位進(jìn)尺水泥用量的設(shè)計要求。

4 試驗準(zhǔn)備

4.1 室內(nèi)配比試驗 從試樁地點采取足量的（1）-2-1、（1）-2-2地層土樣分別進(jìn)行室內(nèi)配比試驗。

4.2 配備施工性能良好的施工機(jī)械

4.3 挖設(shè)排漿溝、回漿池、準(zhǔn)備漿液攪拌池和臨時泥漿存放池，同時必須挖設(shè)臨時排水溝，疏干地表水，使地表保持干燥狀態(tài)。漿液池開挖圓形，深度、大小滿足施工要求，池內(nèi)底部及四周用較厚塑料膜鋪一層，防止?jié){液外漏。冒出泥漿專人清理并計量記錄。根據(jù)試驗的參數(shù)計算每桶水泥用量對應(yīng)的水、外加劑的用量，用紅油漆標(biāo)注于攪拌桶內(nèi)側(cè)。

4.4 在水泥漿攪拌池處設(shè)置雨棚，以免下雨引起水灰比變化。作業(yè)現(xiàn)場要設(shè)置安全防護(hù)、防火、通風(fēng)措施，防止發(fā)生觸電、火災(zāi)、中毒燒傷等事故。

5 施工工藝及方法

5.1 施工工藝

整平原地面→鉆機(jī)就位→鉆桿下沉鉆進(jìn)→上提噴漿強(qiáng)制攪拌→樁頂復(fù)噴→提出鉆桿→鉆機(jī)移位。

5.2 設(shè)備安裝

鉆機(jī)就位后，將轉(zhuǎn)盤、鉆桿軸線對準(zhǔn)樁位，對準(zhǔn)誤差控制在2cm以內(nèi)，再調(diào)整樁機(jī)底座、鉆機(jī)架、鉆桿，使鉆桿垂直度控制在1%以內(nèi)（利用水平尺觀測），調(diào)平安穩(wěn)。安裝漿液攪拌機(jī)、高壓泥漿泵、輸注漿管路、水電接頭、閘閥、儀表等。盡量縮短高壓注漿管的長度，控制在50m以內(nèi)為宜。

5.3 設(shè)備試運轉(zhuǎn)

旋噴樁設(shè)備安裝完畢后，必須進(jìn)行試運轉(zhuǎn)，確保狀態(tài)良好、運轉(zhuǎn)正常。調(diào)試設(shè)備各項參數(shù)并做好相應(yīng)記錄。

5.4 鉆孔

采用旋噴管直接射水成孔法施工。鉆孔前，測量每根鉆桿長度，并按順序用紅油漆編號，并在最上一根鉆桿壁上用紅油漆標(biāo)出深度控制紅線。保證滿足設(shè)計樁長。

5.5 水泥漿液制備

水泥漿液制備在下旋噴管前1小時進(jìn)行，隨配隨用，原則上按“一桿一罐漿”。漿液的水泥、水必須按已定配合比嚴(yán)格計量。拌制好的水泥漿液必須經(jīng)過嚴(yán)格過濾，除去硬塊、砂石等，以免堵塞管路和噴嘴。制備好的水泥漿液在旋噴過程中必須連續(xù)不停地攪拌，防止沉淀。

5.6 旋噴成樁

5.6.1 樁底噴漿

鉆至下部樁底附近噴漿時，逐步增加泵壓至20～24MPa，坐底噴漿15～30s，邊噴射邊旋轉(zhuǎn)。

5.6.2 邊旋轉(zhuǎn)噴管、邊提升、邊噴射漿液成樁。轉(zhuǎn)速、提升速度、注漿泵泵壓按設(shè)定參數(shù)進(jìn)行控制。鉆桿旋轉(zhuǎn)和提升、噴漿必須連續(xù)不中斷，拆卸、接長鉆桿或者繼續(xù)旋噴時要保證鉆桿處有10～20cm的搭接長度，避免出現(xiàn)斷樁。

5.6.3 樁頭噴漿

樁頂以下1.0m開始慢速提升旋噴，旋噴數(shù)秒后再向上慢速提升0.5m，直至樁頂停漿面。

5.6.4 樁頭補(bǔ)漿

注漿完畢，應(yīng)迅速拔出噴射管。由于漿液析水作用，樁頭一般均有不同程度收縮，使樁頂固結(jié)體出現(xiàn)凹穴，必要時可在原孔位采用冒漿回灌或者二次注漿等措施。

5.7 噴射結(jié)束、拔管、移機(jī)。旋噴管離地表30～50cm時，停止注漿，同時拔出旋噴管。機(jī)具移位采用導(dǎo)軌法進(jìn)行。

5.8 施工過程觀測

在兩排試樁間設(shè)置五處觀測樁，進(jìn)行位移和沉降觀測。

5.9 注意事項

5.9.1 在旋噴成樁過程中，按設(shè)計要求經(jīng)常檢查量測設(shè)計泵壓、流量、轉(zhuǎn)速、提升速度和實際的漿液耗用量，并填寫相關(guān)記錄表。

5.9.2 鉆機(jī)鉆進(jìn)時，水壓不能太大，一般控制在3～5MPa（淺層1～2MPa），射水的目的一是防止堵塞噴嘴，二是下鉆時容易進(jìn)尺。

5.9.3 在注漿過程中，出現(xiàn)泵壓驟然上升或下降、大量冒漿等異常情況時，立即停止提升和注漿，分析原因采取措施處理完成后方繼續(xù)施工，再次施工時復(fù)噴1米，以防斷樁。當(dāng)發(fā)現(xiàn)噴漿量不足影響樁體固結(jié)質(zhì)量時，應(yīng)采取重復(fù)噴射進(jìn)行處理，確保成樁質(zhì)量。

5.9.4 冒漿

冒漿量小于注漿量20%為正?，F(xiàn)象，若超過20%或者完全不冒漿，應(yīng)查明原因，調(diào)整旋噴參數(shù)或改噴嘴直徑。冒漿量較大時，應(yīng)采用例如提鉆后向孔內(nèi)灌沙、泥球或者添加速凝劑等相應(yīng)措施。

5.9.5 施工時一般跳樁施打，避免串孔（串漿）

6 試樁檢驗

試樁的質(zhì)量檢測內(nèi)容包括樁身完整性、均勻性、樁身強(qiáng)度和單樁或者復(fù)合地基承載力等。根據(jù)目前試樁的情況，分別采用鉆孔取芯驗證、開挖樁頭，取樣試驗、靜載試驗等方法。

①成樁7天后，可采用淺部開挖樁頭（深度宜超過停漿面下0.5m），目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑。②成樁28天后，選取不同水泥用量的試樁進(jìn)行單樁承載力試驗。③取芯驗證。每種水泥用量試樁取芯2根，觀察其完整性、均勻性；取芯時間分別為成樁后7天和28天，并在試樁上中下段分別取樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。

7 結(jié)束語

根據(jù)上述質(zhì)量檢測結(jié)果和試樁施工過程中的實際采用的工藝控制參數(shù)，分析和總結(jié)試驗成果，提出經(jīng)優(yōu)化后的施工參數(shù)和質(zhì)量控制要點，確保成樁質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]《新建鐵路廣佛環(huán)線佛山西站至廣州南站段施工圖DK14+583.70～DK14+970.00》（廣佛環(huán)施A（路）-02-03）.

[2]《高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南》鐵建設(shè)[2010]241號.

[3]廣東珠三角城際軌道交通有限公司標(biāo)準(zhǔn)化管理文件.