高速公路路基施工高壓旋噴樁技術(shù)研究

羅妹美

（江西省交通工程集團(tuán)建設(shè)有限公司，江西南昌 330038）

0 引言

高壓旋噴樁技術(shù)作為一種高效、經(jīng)濟(jì)且可靠的樁基施工方法，正被廣泛應(yīng)用于各類土木工程項(xiàng)目中。高壓旋噴樁技術(shù)是指通過高速旋轉(zhuǎn)的噴射裝置，將水泥土漿噴射至地下地層中形成樁體的一種技術(shù)。該技術(shù)以施工速度快、質(zhì)量可控、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，成為許多工程項(xiàng)目中理想的樁基處理方法。其還具有強(qiáng)度高、噪聲小、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)勢，適宜應(yīng)用于狹小、陡峭的山區(qū)地帶。通過深入了解高壓旋噴樁技術(shù)，可以更好地應(yīng)對(duì)土質(zhì)條件復(fù)雜、承載力要求高的工程項(xiàng)目。這不僅有助于提高施工效率和工程質(zhì)量，還能降低工程風(fēng)險(xiǎn)和施工成本，為交通工程領(lǐng)域的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

1 高壓旋噴樁技術(shù)的應(yīng)用要求

1.1 布樁技術(shù)的要求

每個(gè)工程都有各自的特性，不能照搬照抄其他工程的施工方案，所以要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，確定最優(yōu)的布樁技術(shù)方案，才能保證旋噴樁施工具備科學(xué)性。通常而言，高壓旋噴樁施工階段，噴射注漿壓力、旋轉(zhuǎn)作用力是非常重要的參數(shù)，通過優(yōu)化相關(guān)參數(shù)可以提高旋噴樁結(jié)構(gòu)的使用性能。因此，在項(xiàng)目開展之前需要參考布樁技術(shù)要求做好參數(shù)優(yōu)化工作。一般而言，高壓旋噴樁的直徑在1.2m 左右，高度為9～10m，樁體間距為2.5m 左右[1]。

1.2 噴射注漿材料

材料對(duì)于整個(gè)工程項(xiàng)目的施工效果有著直接影響，所以選擇合適的施工材料，才能保證高壓旋噴樁施工效果合格。通常而言，選擇32.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥即可滿足施工要求。材料選擇完成以后，還要落實(shí)現(xiàn)場施工攪拌工作，以提升樁體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量[2]。

1.3 高壓旋噴樁技術(shù)的要求

在高壓旋噴樁注漿環(huán)節(jié)，要加強(qiáng)設(shè)備速度以及壓力的控制。在施工過程中，要從低速向高速逐步轉(zhuǎn)變，確保噴射壓力為0.65MPa±0.15MPa，使水泥漿液和土體顆粒充分融合，提升固結(jié)效果。

2 工程概況

某公路工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場為軟土地基形式，含水量在25%～34%之間，地基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對(duì)較低，壓縮性較強(qiáng)，飽和度在81%以上，且主要表現(xiàn)為軟塑和流塑的狀態(tài)。由此可見，該公路項(xiàng)目的地基性能比較差，必須進(jìn)行加固處理才能夠滿足施工的要求。此外，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行綜合調(diào)查發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性比較差，極易發(fā)生滑坡、泥石流等自然災(zāi)害。經(jīng)過施工單位多方面分析，選擇使用高壓旋噴樁技術(shù)進(jìn)行地基結(jié)構(gòu)的加固施工。該工程設(shè)置240 根樁體，具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

2.1 測量放線

2.1.1 控制網(wǎng)建設(shè)

第一，對(duì)甲方提供的基樁軸線控制點(diǎn)、高程基準(zhǔn)點(diǎn)等關(guān)鍵位置設(shè)置圍欄結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，并且做好現(xiàn)場施工記錄工作。按照甲方提供的基準(zhǔn)點(diǎn)及參考標(biāo)高設(shè)計(jì)測量控制網(wǎng)，控制點(diǎn)的數(shù)量至少在3 個(gè)以上，控制點(diǎn)要求堅(jiān)固穩(wěn)定。

第二，為了保證現(xiàn)場施工順利進(jìn)行，在施工區(qū)域內(nèi)應(yīng)設(shè)置臨時(shí)控制點(diǎn)，設(shè)置的密度要參考實(shí)際情況進(jìn)行確定，對(duì)臨時(shí)控制點(diǎn)要加強(qiáng)保護(hù)，防止機(jī)械或者人員對(duì)其造成損壞。并且定期進(jìn)行復(fù)檢，如果存在異常或者偏差，則及時(shí)進(jìn)行糾正處理。測量控制網(wǎng)應(yīng)在施工開始之前設(shè)置完成，并且經(jīng)監(jiān)理工程師復(fù)核檢測，達(dá)到要求后才能投入使用。

2.1.2 樁位測放

第一，使用全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場的樁位測放，所有儀器必須經(jīng)過專業(yè)部門檢驗(yàn)檢定，并且在規(guī)定的使用期限之內(nèi)。

第二，按照甲方提供的規(guī)劃導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行全站儀的測量，樁位測放工作開始之前，結(jié)合設(shè)計(jì)方案、廠區(qū)坐標(biāo)系以及各個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)等進(jìn)行檢測，確保每個(gè)點(diǎn)位的精度合格，為后續(xù)的測量放樣提供可靠基礎(chǔ)。

第三，現(xiàn)場測量過程中，使用木樁進(jìn)行標(biāo)識(shí)，確定振沖碎石樁位置。

2.2 漿液制備

第一，水泥材料需要由甲方提供，強(qiáng)度性能必須符合設(shè)計(jì)規(guī)范，以確保高壓旋噴樁施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

第二，需要按照設(shè)計(jì)方案要求進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)，并對(duì)膠凝材料進(jìn)行攪拌處理。首先，將水加入攪拌桶；其次，倒入水泥材料，開啟設(shè)備高速攪拌3～5min；再次，開啟底部的閥門，放入第一道篩網(wǎng)，經(jīng)過過濾之后進(jìn)入漿液池；最后，再經(jīng)過高壓泥漿泵進(jìn)行第二道過濾網(wǎng)處理，第二次過濾之后進(jìn)入漿液桶內(nèi)，存儲(chǔ)備用。

制作完成的漿液材料需保持低速攪拌，避免發(fā)生沉淀。漿液制作過程中，需將內(nèi)部的硬塊、砂石去除，防止發(fā)生堵塞管道和噴嘴的情況。如果漿液制作環(huán)境溫度在10℃以下，則應(yīng)在3h 內(nèi)使用完畢；如果漿液制作環(huán)境溫度超過10℃，則應(yīng)在2h 內(nèi)使用完畢。漿液存儲(chǔ)如果超出規(guī)定時(shí)間，則禁止投入工程中使用。

2.3 鉆機(jī)造孔

第一，現(xiàn)場施工開始之前，檢查旋噴樁的孔位是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

第二，鉆機(jī)就位。將鉆機(jī)移動(dòng)到規(guī)定的樁位之上，要使鉆頭樁尖對(duì)準(zhǔn)設(shè)定的位置，保證樁位的精準(zhǔn)性；鉆機(jī)底盤要求水平、穩(wěn)定，保持鉆桿的垂直度，確保鉆進(jìn)作業(yè)的穩(wěn)定；導(dǎo)向架垂直度合格，孔位偏差在±50mm 以內(nèi)，垂直度偏差控制在±1%以內(nèi)。

鉆機(jī)安裝到位之后，進(jìn)行0.5MPa 低壓射水試驗(yàn)，檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常，如果發(fā)現(xiàn)不符合要求，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。

第三，施工中使用旋噴注漿管進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，鉆孔和插管同時(shí)進(jìn)行。在第一段貫入施工之后，利用噴射管開展噴射施工，并進(jìn)行振動(dòng)貫入作業(yè)。在該環(huán)節(jié)，開啟鉆機(jī)設(shè)備，并利用高壓泥漿泵輸入水泥漿液，沿著鉆桿進(jìn)行振動(dòng)射流下沉作業(yè)。持續(xù)進(jìn)行施工作業(yè)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。此外，施工過程中應(yīng)確保工作電流超過額定參數(shù)值[3]。

2.4 噴漿

第一，噴漿管下入規(guī)定深度部位后，停止鉆進(jìn)施工，連通空壓管，并讓泥漿泵與鉆機(jī)同時(shí)旋轉(zhuǎn)，坐底噴漿30s 之后，利用儀表進(jìn)行壓力、流量、風(fēng)量等參數(shù)的控制，均符合設(shè)計(jì)要求后才能提升噴漿管。施工過程中，要求旋轉(zhuǎn)速度為20r/min，提升速度為0.1m/min。再通過旋轉(zhuǎn)提升的方式達(dá)到規(guī)定加固高度，然后停止作業(yè)。

第二，旋噴管提升到臨近樁頂部位時(shí)，應(yīng)從頂部以下1.0m 開始，緩慢提升并進(jìn)行旋噴，保持幾秒的時(shí)間，然后再提升0.5m 的高度，最終到達(dá)漿面部位，再關(guān)閉泥漿泵、空壓機(jī)設(shè)備，確保漿液輸送正常之后，將旋噴管提升到地面。

第三，噴射注漿作業(yè)要點(diǎn)如下：

一是利用橡膠管完成漿液的噴射施工，利用注漿管完成噴射注漿作業(yè)。噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于50m。

二是在注漿環(huán)節(jié)中，控制旋噴壓力為25MPa，流量為100L/min，旋轉(zhuǎn)速度為20r/min，提升速度為0.1m/min。

三是注漿流量為1～2m3/min[4]。

四是噴射注漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之后，根據(jù)旋噴工藝方案進(jìn)行施工作業(yè)，提升噴射管，從下到上逐步進(jìn)行噴射注漿。注漿管噴射施工如果不能一次完成，則需要分次卸管，卸管后搭接長度在100mm以上。

五是現(xiàn)場噴射注漿過程中，為了避免發(fā)生埋管事故，需要在卸管前做好各項(xiàng)工作，縮短施工時(shí)間。在連續(xù)噴射環(huán)節(jié)，應(yīng)合理地增大壓力，確保正常冒漿。

六是噴射環(huán)節(jié)應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力及噴漿量之后再進(jìn)行注漿管的提升。如果在施工過程中出現(xiàn)故障問題，則停止提升和旋噴，避免發(fā)生樁體中斷的情況，并且立即進(jìn)行檢查，排除故障問題。如果漿液的噴射量不足，將對(duì)樁體結(jié)構(gòu)注漿產(chǎn)生一定影響，對(duì)此，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場檢測[5]。

七是噴射環(huán)節(jié)如果出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿問題，或者噴射的通道受到影響，則應(yīng)加入速凝劑、細(xì)砂等材料，并對(duì)漏漿量進(jìn)行現(xiàn)場檢測。

八是高壓噴射環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)壓力突然下降、上升或者冒漿不正常等現(xiàn)象，則需要檢查形成的原因，并且采取合理的處理措施。

九是樁體直徑要符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于樁頂和樁底的部位，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行復(fù)噴處理，確保結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、性能合格。

2.5 清洗、移位、補(bǔ)漿

向漿液罐內(nèi)注入一定量的清水，開啟高壓泵，將管道內(nèi)以及噴漿管頭部清洗干凈，然后移動(dòng)到下一施工位置進(jìn)行噴射作業(yè)。旋噴工作結(jié)束之后，應(yīng)快速提升噴射管。如果由于漿液凝固、收縮造成樁頂高程不合格，則需要在原施工位置上進(jìn)行二次注漿施工。

3 旋噴樁施工效果

此次工程項(xiàng)目應(yīng)用旋噴樁施工技術(shù)進(jìn)行240 根樁體結(jié)構(gòu)施工。為了檢測旋噴樁施工效果，抽取其中的40 根進(jìn)行復(fù)合地基平板荷載試驗(yàn)、單樁凈荷載試驗(yàn)、抽芯檢測等。經(jīng)過抽樣檢測發(fā)現(xiàn)，樁體沉降量比較小，表示該樁體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、承載性、穩(wěn)定性都符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過抽芯檢測發(fā)現(xiàn)，該樁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性、均勻性皆達(dá)到要求，抗壓強(qiáng)度達(dá)到6MPa，完全符合工程的施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 高壓旋噴樁施工技術(shù)的質(zhì)量控制措施

4.1 鉆孔環(huán)節(jié)質(zhì)量控制

設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行全面勘查，掌握現(xiàn)場地質(zhì)條件以及施工的具體情況，根據(jù)測量人員獲得的測量數(shù)據(jù)信息確定設(shè)計(jì)方案，然后由施工人員根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行樁體結(jié)構(gòu)施工，確保施工效果和質(zhì)量達(dá)到要求。此次工程項(xiàng)目中，首先，進(jìn)行施工位置的標(biāo)記，并與設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，由監(jiān)理工程師進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核檢測，保證精度合格。其次，考慮到現(xiàn)場施工的具體情況，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行校正處理之后，確保機(jī)頭和孔洞的位置中心完全重合，垂直和水平方向的偏差在5cm 以內(nèi)。再次，施工人員進(jìn)行鉆孔操作時(shí)，應(yīng)保持鉆頭的穩(wěn)定性，并保證鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。最后，施工人員在鉆孔工作結(jié)束之后，應(yīng)準(zhǔn)確記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，便于監(jiān)理人員以此作為根據(jù)，對(duì)鉆孔的深度回水進(jìn)行檢驗(yàn)，確保鉆孔質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)[6]。

對(duì)于鉆孔質(zhì)量而言，與鉆孔設(shè)備、周圍環(huán)境存在直接的關(guān)系，所以施工人員要考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，分析地質(zhì)條件，選擇最佳的鉆孔設(shè)備，以確保鉆孔施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。鉆孔作業(yè)之前對(duì)周邊的自然環(huán)境、村落、居民狀況、生態(tài)環(huán)境等進(jìn)行全面調(diào)查，確保不會(huì)存在影響施工效果的因素，并且對(duì)樹木、池塘等進(jìn)行標(biāo)記，在鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離無法移動(dòng)的地上附屬物。此外，在現(xiàn)場鉆孔作業(yè)之前，要根據(jù)實(shí)際情況確定鉆孔安裝的位置，并且保證現(xiàn)場鉆孔設(shè)備可以穩(wěn)定地運(yùn)行，以免影響鉆孔作業(yè)的效果。在鉆機(jī)施工過程中，要求鉆機(jī)設(shè)備穩(wěn)定牢固，以免在鉆孔作業(yè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)移動(dòng)而影響鉆孔作業(yè)的質(zhì)量。如果在鉆孔環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量不合格的情況，則應(yīng)立即停止鉆孔作業(yè)，及時(shí)查明形成原因，合格之后才能繼續(xù)開展鉆孔作業(yè)。

4.2 噴射

對(duì)于高速公路路基旋噴樁施工而言，噴射作業(yè)是重要環(huán)節(jié)，對(duì)于整個(gè)整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能有著直接影響，所以在施工之前就要確定噴射作業(yè)的技術(shù)參數(shù)。一般會(huì)采取試驗(yàn)樁的方式來驗(yàn)證技術(shù)參數(shù)是否符合工程的施工標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于此次工程項(xiàng)目而言，選擇采用雙管旋噴的施工方式，漿液的壓力達(dá)到27MPa，流量為68L/min，提升速度為0.18m/min，水灰比設(shè)定為1.2。鉆機(jī)進(jìn)入白巖層之后，轉(zhuǎn)變?yōu)閺南碌缴系男龂娮{施工方式。此次工程項(xiàng)目試驗(yàn)樁數(shù)量為4 根，在樁體結(jié)構(gòu)固化8d 之后，對(duì)樁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)檢測，發(fā)現(xiàn)樁體外形完整；30d 之后，采取鉆孔取芯的方式進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能參數(shù)全部合格，均勻性也達(dá)到要求。由此可見，此次旋噴樁施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，滿足高速公路路基結(jié)構(gòu)施工要求。

5 結(jié)語

高速公路路基施工過程中，往往遇到一些軟土路基，影響施工效果。就目前而言，應(yīng)用高壓旋噴樁技術(shù)進(jìn)行路基結(jié)構(gòu)處理，可以保證路基結(jié)構(gòu)性能合格，滿足施工的要求。因此，在路基工程施工環(huán)節(jié)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件，選擇最佳的樁體形式，通過加強(qiáng)施工材料的選擇和施工工藝的控制，確保充分發(fā)揮高壓旋噴樁技術(shù)的優(yōu)勢，為高速公路建設(shè)水平的提升奠定基礎(chǔ)。