浅谈高压旋喷桩施工技术
2020-07-26
来源:步旅网
No.3 Sep.2017 GEZHOUBA GROUP SCIENCE&TECHNOLOGY SefialNo.123 浅谈高压旋喷桩施工技术 张摘恒 要:在地基由淤泥质土、粘性土、粉质土、沙土或人工填土组成的地质环境下,在 地基处理过程中运用高压旋喷桩,具有良好的施工效果。本文结合旋喷桩为加固涵洞基 底施工经验,探讨高压旋喷桩施工技术。 关键词:高压旋喷桩;施工技术 1 工程概况 涵洞基底因处于软弱土层,地表第四系全新统 坡洪积层粉质粘土;地下水主要为孔隙潜水,沟谷 较发育。为防止地基不稳,造成不均匀沉降,采用 的目的。 3 试桩目的 高压旋喷桩正式施工前先作试桩试验,以确定 适合的施工参数;选择3根桩进行试桩,采用 高压旋喷桩处理基底技术。 涵洞旋喷桩共计280根,设计桩径0.5m,单根 P.042.5普通硅酸盐水泥,水灰比1:l,在喷嘴直 桩长6m,桩距1.2m,桩底位于碎石土层,承载力 径、转速一定条件下,调整旋喷杆提升速度和高压 400kPa,单桩28天无侧限抗压强度不小于 泵泵压完成试桩。试桩完成后N2s天龄期无侧限抗 压强度,确定最优参数组合。见表l、表2。 2.5MPa。 2 高压旋喷桩原理 4施工工艺及施工方法 旋喷桩是利用钻杆钻至设计孔底高程,高压设 4.1施工工艺流程(见图1)备将配制好的浆液形成高压射流从钻头特制喷嘴高 4.2施工方法 速喷射出来,借助液体冲击力,切割、置换、搅 4.2.1场地平整 拌、搀和土体,同时钻杆以低速向上逐步提升,使 测量放样地基处理范围,清除地表土,压实机 浆液与土体充分搅拌混合,待浆液凝固后,在土中 械设备工作面地基,设置排水系统,保证地面无积 形成钻孔直径的圆柱状固结体,从而达到加固地基 水。合理布置施工机械、输送管路和电力线路位 表1 序号 l 2 3 4 5 6 项目 水泥浆水灰比 桩长 桩径 喷嘴直径 转速 提升速度 20cm/mi n 试桩施工参数表 控制参数 1:1 6m 0.5m 2.8mm 20r/min 25cm/min 30cm/mi n 备 注 7 高压泵泵压 20Mpa 23Mpa 25Mpa 2017年9月第3期 葛洲坝集团科技 总第123期 表2 序号 1 设备名称 钻机 试桩施工机具 规格、型号 工程地质钻振动钻 单位 厶 口 数量 1 备注 动力13KW 2 3 4 高压泵机 灰浆搅拌机 高压胶管 20MPa~50 MPa 200L/min 19 ̄22mm 厶 口 厶 口 m l 1 若干 动力90KW 动力3KW 原 测 量 钻 机 地 面 处 理 钻 进 至 插 入 放 就 位 设 计 深 注 浆 管 至 设 计 样 度 深 度 边 旋 喷 边 提 升 喷 射 结 束 冲 钻 机 移 位 洗 注 浆 成 桩 管 泥浆排泄处 图1 置。 施工工艺流程图 具找平一次。做到孔位偏差≤5cm,孔斜率≤1%。 (4)钻进过程中,出现严重漏失泥浆,孔口不 漏材料或对漏失段灌浆等措施,直至孔口正常返浆 后再钻进。 4.2.2桩位放样 位,保证桩孔中心移位偏差小于20mm。 (3)修建排污和灰浆拌制系统 旋喷桩施工过程中将会产生返浆量,将废浆液 全站仪测定桩位,并用钢筋桩标记现场测量桩 返浆时,采取增加泥浆浓度、泥浆中掺砂、充填堵 (5)护壁泥浆:制浆主要材料采用优质粘土, 引入沉淀池中,沉淀的泥土则在开挖基坑时一并运 钻孔时返出的冒浆经沉淀可重新利用,当泥浆中的 走。沉淀池在加固地基处理5m范围外布置。 灰浆 含砂量超过要求时,废弃处理 拌制系统主要设置在水泥附近,便于作业。 4.2.3钻机就位 钻进暂停或终孔待喷时,孔内应充满泥浆,以 防止塌孔,并保护孔口。 钻机就位后,对桩机垂直度调平、对中,保证 于1.0%。就位后,首先低压(0.5MPa)射水试验,用 以检查喷嘴畅通、压力是否正常。校验钻杆长度, 保证满足设计深度。 4.2.4弓I孑L钻进 (6)钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化 本工程高压旋喷桩设计单根长6m,钻孔至设计 深度后插入注浆管。在插管过程中,防止泥砂堵塞 钻杆与桩位偏差在±10mm以内,钻杆垂直度误差小 和漏浆、掉钻等特殊情况及相应处理措施。喷嘴,要边射水边插管,水压不得超过1Mpa,压力 过高,将孔壁射穿。用塑料布包裹高压喷嘴,防止 试运转正常后,开始引孔钻进。钻孔过程中要 泥土进入管内。4.2.6旋喷提升 详细记录好钻杆节数,保证钻孔深度的准确。 (1)钻孔方法:采用泥浆护壁、回转钻进的方 法。 (1)开喷:喷射管至设计深度后,拌制水泥浆 液,供浆开喷。为保证桩底质量,坐底喷浆10s左 (2)钻孔直径:钻孔直径一般为80rru,大于喷 右,待孔口冒浆正常后再旋喷提升。 射管外径20n ̄n以上。 放平稳牢固,岩芯管加长长度,钻进中每加一次钻 (2)高喷灌浆应保持全孔连续作业,作业中拆 0.5m。 47 (3)钻孔施工时采取预防孔斜的措施:钻机安 卸喷射管等停顿后,重复喷射灌浆深度不小于 No.3 Sep.2017 GEZHOUBA GROUP SCIENCE&TECHNOLOGY Serial No.123 (3)在高喷灌浆过程中,出现压力突降或骤 合理。冒浆量小于注浆量的20%时,仍为正常现 增,孔口回浆浓度和回浆量异常,甚至不返浆等情 象,如超过20%或完全不冒浆时,则要查明原因, 况时,查明原因后及时处理。 (4)当孔内出现严重漏浆,应停止提升,向孔 采取相应措施。 (8)施工中要如实记录高喷灌浆的各项参数、 内冲填粗砂、粘土等堵漏材料,并降低水压力、流 浆液材料用量、异常情况及处理措施等。 量,在喷射流中掺加速凝剂,加大浆液密度或进行 4.2.7钻机移位 原地灌水泥砂浆、水泥粘土浆。孔口冒浆正常后, 继续提升。 旋喷管提升至停浆面后,关闭高压泵,停止水 泥浆的输送,将旋喷管旋转提升出地面,关闭钻 (5)供浆正常情况下,孔口回浆密度变小,不 机,清洗全部管路中残存的水泥浆,并将粘附在喷 能满足设计要求时,拟采取加大进浆密度的措施予 浆管及喷嘴上的土清洗干净,然后将钻机移到下一 以处理。 桩位。 (6)如灌浆过程中发生串浆,则首先填堵被串 孔,后继续串浆孔的高喷灌浆,待其结束后,尽快 进行被串孔的扫孔,喷射。 (7)在旋喷注浆过程中,要观察冒浆情况,以 5施工参数总结 5.1试桩结果对比 通过施工记录、现场检测以及对3根桩进行的 及时了解土层性质和旋喷效果,验证喷射参数是否 无侧限抗压强度检测,检测结果比较如表3: 表3 试桩检测结果比较表 序号 桩号 水灰比 提钻速度 旋喷压 桩径((cm) cm/min) 力( ) 1:1 2o 20 57 无侧限抗压强度 ( ) 3.4 1 1 2 3 2g 3 1:1 1:1 25 30 23 25 54 56 3.4 3.2 5.2参数总结 场施工要求,试桩的施工顺序未对桩与桩之间成桩 (1)在转速一定、水灰比均为1:1,提钻速度为 过程造成显著影响,施工方便,质量可靠。20~30cm/min、旋喷压力为20~25MPa时,l#、 2#、3#桩的桩径均大于50cm,28天无侧限抗压强度 均大于2.5MPa,桩径、28天无侧限抗压强度均能满 6 施工要点 6.1水泥用量的控制 在喷浆提升过程中,控制水泥用量是关键。水 足设计要求。1#桩桩径57cm,3#桩桩径56cm,超出 设计桩径较多,水泥用量过大,2#桩桩径54cm,从 泥的用量与喷浆压力、喷嘴直径、提升速度及水灰 比等有直接关系,具体控制方法: 成本、效益考虑,宜选用2#桩的施工参数。 (2)从施工现场记录比较3根桩的成桩时间, (1)若水泥量剩余,措施如下: ①适当增加喷浆压力; 1#桩成桩时间32min,2#桩成桩时间28min,3#桩成 桩时间22min,成桩时间随提升速度、旋喷压力的 增大而减少,但当提升速度、旋喷压力增大时, 28天无侧限抗压强度呈下降趋势。考虑施工中多种 因素,以及保证质量的原则,故选择提钻速度 25cm/min、旋喷压力23MPa的参数组合用于施工。 综上所述,试桩方案确定的施工工艺能满足现 48 ②加大喷嘴直径; ③减慢提升速度。 (2)若水泥量不够,措施如下: ①保证桩径的情况下适当减少压力: ②喷嘴直径适当减少; ③保证桩体强度的情况下适当加(转第45页) 2017年9月第3期 葛洲坝集团科技 总第123期 经现场使用验证,该模板结构布局科学、合理、安 适合大体积混凝土施工。 全、可靠,操作简单、方便、快捷、快速,混凝土 了模板研发的预期目标。 (7)与传统施工工艺相比,总工程成本较低。 工,该工程施工可节约钢材约lOOt,节约工期约两 个月。 表面光滑、平整,曲线表面过渡平滑、美观,达到 据测算,集团公司国内某工程项目如用该模板施 对于以往普通模板,该模板的特点为: (1)适用于大跨度承重模板、喇叭口形隧洞混 凝土结构,解决钢筋密集、横向跨度较大、垂直高 度大的难题。 5 结语 因此,该模板的成功研发与应用,充分体现其 (2)该顶模结构布局型式模拟了喇叭口隧洞圆 适用性较强,能显著缩短施工工期,加快施工进 渐变断面的布局形态,满足隧洞曲面平滑过渡,保 度,保证质量,降低总投资,其市场前景广阔,经 证混凝土表观质量。 济效益、社会效益显著,为水利水电工程导流隧洞 (3)适用于喇叭口形隧洞混凝土快速施工模 喇叭形出口混凝土快速施工提供了全新的概念和全 式。 套的模板技术,引起业内专家及相关单位的密切关 (4)顶模模板的机械丝杆易于操作、伸缩灵 注,赢得了高度评价。 活,动作简单、效果显著、安全性强。 (5)桁架两端支撑在钢牛腿上,底部空间非常 大,可以满足25T吊车作业空间需求,立体作业程 [作者简介] 度高、安全性强。 刘 超 男 中国葛洲坝集团第五工程有限公司 工 (6)模板系统整体性强、钢度大、稳定牢固, 程师湖北宜昌443002 (接第48页)快提升速度; 能。 ④加大水灰比值。 (2)附近有空洞、暗道,则应不提升注浆管, 针对本工程具体情况,每根试桩分次进行搅 继续注浆直至冒浆为止。或拨出注浆管待浆液凝固 拌,施工用水精确量取,确保定量的水和水泥比例 后,重新注浆直至冒浆为止。必要时采用速凝浆 进行拌制水泥浆,水泥的使用数量可按下式计算: 液,便于浆液在注浆管附近凝固。 喷量法:Q:q(1+B) (3)减少冒浆的措施:冒浆量过大的主要原 式中 一需要的喷浆量 ) 因,一般是有效喷射范围与注浆不相适应,注浆量 V一提升速度(m/rain) 大大超过旋喷固结所需的浆量所致。 H_一喷射长度(m) ①提高旋喷压力(喷浆量不变); q--一单位喷浆量 /m) ②适当减小喷嘴直径(旋喷压力不变); 一一损失系数,0.1~0.2 ③加快提升和旋转速度。 根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比, 即可 6.3确保桩顶强度 确定水泥的使用数量。 喷射注浆施工完成后,由于浆液的析水作用, 6.2冒浆处理 一般有不同程度的收缩,使固结体顶部出现凹穴, 在旋喷过程中,一定数量的土颗粒伴随部分浆 要及时用水灰比为1:1的水泥浆补灌。补灌采用静 液沿着注浆管管壁冒出地面,通过对冒浆的观察, 压灌注,直至孔内混合液凝固不再下沉。 可及时了解土层状况,判断旋喷的大致效果和参数 合理性等。 [作者简介] (1)流量不变而压力突然下降时,应检查注浆 张 恒 男 中国葛洲坝集团第五工程有限公司 助 管的泄漏情况,必要时拨出注浆管,检查其封密性 理工程师湖北宜昌443002 45