1、高压旋喷桩施工工艺高压旋喷桩施工技术是70年代日本首先提出，它是在静压灌浆基础上，引进水力采煤技术而发展起来，是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体，借以达成加固地基和防渗目标。1工艺特点（1）施工机具设备简单，施工简便。（2）含有很好耐久性，且料源宽广，价格低廉。（3）噪声小，无污染。2适用范围（1）受土层、土粒度、土密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时间影响小，可广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、（亚粘土）、粉土（亚砂土）、砂土、黄土及人工填土中素填土甚至碎石土等多个土层。（2）可作为现有建筑和新建建筑地基加固之用，也可作为基础防渗之用；可作2、为施工中临时方法（如深基坑侧壁挡土或挡水、防水帷幕等），也可作为永久建筑物地基加固、防渗处理。（3）当用于处理泥炭土或地下水含有侵蚀性、地下水流速过大和已涌水地基工程时，宜经过试验确定其适用性。3工艺原理及设计要求3.1加固原理高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴注浆管钻进土层预定位置后，以高压设备使浆液（可伴空气）或水成为2040MPa高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐步提升，将浆液和土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达成加固地基或止水防渗目标。依据喷射方法不一样，喷射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。单管法：单层喷射3、管，仅喷射水泥浆。二重管法：又称浆液气体喷射法，是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈围绕气流共同作用下，破坏土体能量显著增大，最终在土中形成较大固结体。三重管法：是一个浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流周围围绕一股圆筒状气流，进行高压水流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆和土混合，在土中凝固，形成较大固结体，其加固体直径可达2m。喷射注浆法加固半径和很多原因相关，其中包含喷射压力P、提4、升速度S、被加固土抗剪强度、喷嘴直径d和浆液稠度B。加固范围和喷射压力P、喷嘴直径d成正比，和提升速度S、土抗剪强度和浆液稠度B成反比。加固体强度和单位加固体中水泥掺入量和土质相关。单管、二重管、三重管旋喷桩机注浆施工示意参见图1、图2、图3。高压泥浆泵浆桶水箱搅拌机水泥仓旋喷固结体注浆管钻机喷头图1 单管旋喷注浆示意图浆桶水箱搅拌机水泥仓旋喷固结体注浆管钻机喷头图2 二重管旋喷注浆示意图空压机高压泥浆泵浆桶水箱搅拌机水泥仓旋喷固结体注浆管钻机喷头 图3 三重管旋喷注浆示意图空压机高压泥浆泵高压清水泵3.2成桩机理高压喷射注浆成桩机理包含以下五种作用：（1）高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动5、压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。（2）混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着和喷嘴移动方向相反方向（即阻力小方向）移动位置，和浆液搅拌混合形成新结构。（3）升扬置换作用（三重管法）。高速水射流切割土体同时，因为通入压缩气体而把一部分切下土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥浆液补充。（4）充填、渗透固结作用。高压水泥浆快速充填冲开沟槽和土粒空隙，析水固结，还可渗透砂层一定厚度而形成固结体。（5）压密作用。高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位边缘还有剩下压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边缘部分抗压强度高于中心部6、分。旋喷桩固结体情况图4所表示。渗透部分搅拌混合部分硬化剂主体部分图4 旋喷桩体固结情况图压缩部分3.3工艺设计要求3.3.1 加固体直径确实定旋喷桩直径和现场土质、土体强度、喷射压力、流量、提升速度和浆液稠度等很多原因相关，应经过现场试验确定。当无试验资料时可参考表1选择。3.3.2 部署形式桩平面部署形式需依据加固目标给考虑，分离部署单桩可用于基础承重，排桩、板墙可用作防水帷幕，整体加固则常见于预防基坑底部涌土或提升土体稳定性，水平封闭桩可用于形成地基中水平隔水层。图5为通常桩平面部署形式。铁路、公路路基基底通常采取梅花形加固地基分离桩形式。桩间距通常采取1.21.5m。公路设计规范要求，7、相邻桩净距不应大于4倍桩径。表1 旋喷桩直径参考值（m） 喷注种类土类别单管法二重管法三重管法粘性土0N51.20.21.60.32.50.310N200.80.21.20.31.80.320N300.60.20.80.31.20.3砂土0N101.00.21.40.32.00.310N200.80.21.20.31.50.320N300.60.21.00.31.20.3砂砾20N300.60.21.00.31.20.3注：表中N为标准贯入实测锤击数。图5 通常桩平面部署形式图3.3.3设计承载力图（1）按桩身强度计算许可承载力。P= aA式中 P桩许可承载力（kN）；a 桩体材料强度折减系数8、，a=0.40.5；桩体材料7cm7cm7cm试件室内平均抗压强度（kPa）；A 桩横断面积。（2）按土体强度计算桩身许可承载力。P= fi li + AR式中 P桩许可承载力（kN）；桩身截面周长，按桩直径计算（m）；fi各土层许可摩阻力（kPa）；li 各土层厚度（m）；A桩底支承面积，按桩直径计算（m）；R桩尖处地基许可承载力（kPa）。（3）复合地基承载力。 式中 复合地基许可承载力（kPa）；P 单桩承载力（kPa）；R 桩间土天然地基承载力（kPa）；Ae 一根桩分担荷载面积； Ap 一根桩断面积；A 天然地基承载力折减系数，当不考虑桩间土作用时为0。3.3.4浆量计算浆量计算有两9、种方法，即体积法和喷量法，取大者作为设计喷射浆量。体积法：喷量法：式中 Q 需要喷浆量（m3）； De旋喷固结体直径（m）； D0注浆管直径（m）； K1填充率，0.750.9；h1旋喷长度（m）；K2未旋喷范围土填充率，0.50.75；h2未旋喷长度（m）；损失系数，0.10.2；提升速度（m/min）；H喷射长度（m）；q单位喷浆量（m3/m）。依据计算所需喷浆量和设计水灰比，即可确定水泥使用数量。3.3.5强度要求旋喷桩设计要求，成桩28天后抽芯取样进行无侧限抗压强度试验，抽检数为2%，并大于2根，其无侧限抗压强度不得小于设计要求；地基加固后，复合地基承载力不得小于设计要求。4工艺步骤高10、压旋喷桩施工工艺步骤图见图6。泥浆排放处理钻机就位调整钻架角度钻 孔插 管试 喷高压喷射注浆作业喷射结束拔 管桩机移位机具清理准备工作制 浆一级过滤二级过滤高压泵对浆液加压开启高压清水泵、空压机，供水、风图6 施工工艺步骤图5操作关键点5.1施工前准备工作（1）在设计文件提供多种技术资料基础上作补充工程地质勘探，深入了解各施工工点地基土性质、埋藏条件。（2）准备充足水泥加固料和水。水泥品种、规格、出厂时间经试验室检验符合国家规范及设计要求，并有质量合格证。严禁使用过期、受潮、结板、变质加固料。通常水泥为425号一般硅酸盐水泥。水要洁净，酸碱度适中，pH值在510之间。（3）依据补充勘探资料，在11、选择试验工点加固范围内各代表性地层用薄壁取土器采取必需数量原状土送试验室，对取得土样在进行试验之前应妥善保留，使土样物理和化学性能尽可能保持不变。（4）室内配合比试验。依据设计要求喷浆量或现场土样情况，按不一样含水量设计并调整多个配合比，经过在室内将现场采取土样进行风（烘）干、碾碎，过25mm筛粉状土样，按设计喷浆量、水灰比搅拌、养护、力学试验，确定施工喷浆量、水灰比。通常水灰比可取1.01.5。为改善水泥土性能、防沉淀性能和提升强度，可合适掺入木质素磺硫钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠、氯化钙、硫酸钠、陶土、碱等外掺剂。若试验之前土样含水量发生了改变，应调整为天然含水量。（5）试桩试验。依据室内试12、验确定施工喷浆量、水灰比制备水泥浆液在试验工点打设数根试桩，并依据试桩结果，调整加固料喷浆量，确定搅拌桩搅拌机提升速度、搅拌轴回转速度、喷入压力、停浆面等施工工艺参数。（6）推土机、挖掘机配合自卸汽车清除地表0.3m厚种植土，杂物，并将原地面按设计要求整平，填出路拱。依据施工现场实际情况，施作临时排、截水设施，并在施工范围以外开挖废泥浆池和施工孔位至泥浆池间排浆沟。（7）按设计要求完成施工放样，用木桩定出桩位，用白石灰作出显著标识。5.2施工工艺（1）钻机定位。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆垂直度偏差小于1%1.5%。就位后，首优异行低压（0.513、MPa）射水试验，用以检验喷嘴是否通畅，压力是否正常。（2）制备水泥浆。桩机移位时，即开始按设计确定配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌1020分钟，以后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后经过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。（3）钻孔（三重管法）。当采取地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设计标高（预钻孔孔径为15cm）。（4）插管（单重管法、二重管法）。当采取旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。当第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身喷射或振动14、贯入。其过程为：开启钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。三重管法钻机钻孔后，拔出钻杆，再插入旋喷管。在插管过程中，为预防泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力（0.51.0MPa）边下管边射水。（5）提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉抵达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值（2040MPa），坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格根据设计和试桩确定提升速度提升钻杆。若为二重管法或三重管法施工，在达成设计深度后，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量15、和风量，分别达成预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达成预期加固高度后停止。（6）桩头部分处理。当旋喷管提升靠近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。（7）若遇砾石地层，为确保桩径，可反复喷浆、搅拌：按上述46步骤反复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵（清水泵、空压机），停止水泥浆（水、风）输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。（8）清洗。向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残余水泥浆，直至基础洁净。并将粘附在喷浆管头上土清洗洁净。（9）移位。移动桩机进行下一根桩施工。（10）补浆。喷射注浆作业完16、成后，因为浆液析水作用，通常全部有不一样程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，要立即用水灰比为1.0水泥浆补灌。5.3推荐关键施工技术参数（1）单重管法。浆液压力2040MPa，浆液比重1.301.49，旋喷速度20r/min，提升速度0.20.25m/min，喷嘴直径23mm，浆液流量80100L/min（视桩径流量可加大）。（2）二重管法。浆液压力2040MPa，压缩空气压力0.70.8MPa。（3）三重管法。浆液压力0.20.8MPa，浆液比重1.601.80，压缩空气压力0.50.8MPa，高压水压力3050MPa。6推荐使用关键机具设备关键机具设备见表2。表2 关键机具设备表设备名称型号规17、格所用机具单管法二重管法三重管法高压泥浆泵SNS-H300水流Y-2型液压泵20MPa50MPa高压水泵3XB型 3W6B50MPa3XB型 3W7B20MPa钻机工程地质钻振动钻泥浆泵BW-150型7MPa空气压缩机0.8MPa，3m3/min泥浆搅拌罐200L/min注浆管高压胶管1922mm工作压力7劳动力组织单机作业每班人员组织分工见表3。表3 单机作业每班人员组织分工表序号职务人数职 责1班长1全方面掌握施工进度、质量和安全2钻机司机1操作钻机，卸接钻杆，维修保养和排除故障3泵工1操作泥浆泵、清水泵及维修保养4空压机司机1操作空压机及维修保养（单重管法不需要）5电工1负责钻机、电源、18、电路、工地照明及电气故障排除6钳工1全方面维修保养机具设备7普工2倒运水泥，操作泥浆搅拌罐及倒灰和过滤8普工2帮助钻机工作（卸接钻杆、冲洗等）9技术员1掌握施工技术、质量，填写工程日志和统计合 计118质量要求及质量控制关键点8.1旋喷桩施工质量要求旋喷桩施工质量要求应满足表4要求。表4 旋喷桩施工质量标准表序号项目许可偏差检验数量检验方法及说明1固结体位置（纵横方向）50mm抽检2%，但不少于2根用经纬仪检验（或钢尺丈量）2固结体垂直度1.5%用经纬仪检验喷浆管3固结体有效直径50mm开挖0.51m深后尺量4桩体无侧限抗压强度大于设计要求钻芯取样，做无侧限抗压强度试验5复合地基承载力大于设计19、要求抽检2，但不少于1处平板荷载试验6渗透系数大于设计要求按设计要求数量加固体内或围井钻孔注（压）水试验注：钻芯取样做桩体无侧限抗压强度试验、复合地基平板荷载试验和渗透系数试验应在成桩28天后进行，若设计有其它要求，按设计要求时间进行检验。8.2质量控制关键点（1）正式开工前应认真作好试桩工作，确定合理施工技术参数和浆液配比。（2）旋喷过程中，冒浆量小于注浆量20%为正常现象，若超出20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。（3）钻杆旋转和提升必需连续不中止，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有1020cm搭接长度，避免出现断桩。（4）在旋喷过程中，如因机械出现故障中止旋喷20、，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。（5）制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。在旋喷过程中，应预防泥浆沉淀，浓度降低。不得使用受潮或过期水泥。浆液搅拌完成后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。（6）在旋喷过程中，若碰到孤石或大漂石，桩可合适移动位置（依据受力情况，必需时可加桩），避免畸形桩或断桩。（7）旋喷过程中，应按表4要求作好施工统计。表4 旋喷注浆统计表工程名称钻孔机具高压泵型号空压机型号水泵型号注浆管直径喷嘴孔径喷嘴个数设计提升速度设计旋转速度设计注浆量浆液配比水泥标号注浆孔编号旋喷深度（m）实际有效长度（m）旋喷时间（时分）旋转速度（r/21、s）提升速度（m/s）旋喷压力（MPa）注浆量（m3）冒浆量及残液状态供水压力（MPa）供风压力（MPa）旋喷日期开始结束现场责任人： 统计人：8.3质量通病处理（1）不冒浆或冒浆量少。通常原因是加固土层粒径过大，孔隙较多，可采取以下方法：1）加大浆液浓度，能够从1.1加大到1.3左右继续喷射。2）灌注粘土浆或加细砂、中砂，待孔隙填满后再继续正常喷射。3）在浆液中掺加骨料。4）加泥球封闭后继续正常喷射。5）灌注水泥砂浆后，再将孔内水泥浆置换成粘土浆，待孔隙填满后继续正常喷射。（2）冒浆量过大。通常是有效喷射范围和喷浆量不适应相关，可采取以下方法：1）提升喷射压力。2）合适缩小喷嘴直径。3）合适22、加紧提升速度。因为冒浆量中含有地层颗粒和浆液混合体，现在对冒浆中水泥分离回收尚无适宜方法，在施工中多采取过滤、沉淀、回收调整浓度后再利用。（3）凹穴处理。1）在喷射灌浆完成时，即连续或间断地向喷射孔内静压灌注浆液，直至孔内混合液凝固不在下沉。2）在喷射灌浆完成后，向凝固体和其上部结构之间空隙进行第二次静压灌浆，浆液配比应为不收缩且含有膨胀性材料，如采取水泥水铝粉配比为9.86.90.3浆液。9施工安全注意事项9.1安全方法（1）高压泥浆泵、空压机、高压清水泵必需指定专员操作，压力表应定时检修检定，以确保正常工作。（2）钻机操作人员应含有熟练操作技能。（3）施工前应检验高压设备和管路系统，其压力23、和流量（风量）需满足设计要求，应检验管道耐久性和管道连接是否可靠，泵体、注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必需良好，无渗漏现象，不然接头断开、软管破裂，将会造成浆液、高压水流飞散、软管甩出等安全事故。安全阀中安全销要进行试压检验（试压检验到当地压力容器检验所检验），必需确保在达成要求压力时能断销卸压，绝不能轻易安装未经试压检验自制安全销。（4）喷射浆自喷嘴喷出时，含有很高能量，所以人体和喷嘴之间距离不应小于60cm。（5）喷射注浆浆液现在通常以水泥浆为主，但有时也加入其它化学填加剂，通常说浆液硬化后对人畜均无害，但硬化前液体进到眼睛里时，必需立即进行充足清洗，并立即到医院诊疗。（6）吊、24、放喷射管路时，严禁管下站人。不得将电缆浸泡在水和泥浆中，预防漏电伤人。9.2环境保护（1）水泥、石灰细颗粒散体材料，应遮盖存放；运输时必需必需封闭覆盖，不得沿途撒落。（2）制订洒水防尘方法，指定专员负责现场洒水降尘。（3）采取有效降噪方法。（4）不得随意排放废弃加固料。10应用实例高压旋喷桩在秦沈客运专线应用：本局承建A12、A13标段工程，在锦州市所辖凌海市、北宁市及盘锦市所辖盘山县境内，起迄里程：DK218+500DK263+400，全长35.367km。DK218+500DK230+200段，为第四系冲洪积平原，且冲洪积层较厚，地表为旱地种植土，岩性从上到下分别为砂粘土、粘砂土、中砂、细25、砂、砾砂、圆砾土，层厚不等；细砂、中砂为间或夹层，层厚较薄，下部为花岗岩。DK230+200DK241+700段，为第四系滨海平原，地表多为旱地种植土，岩性从上到下分别为淤泥、砂粘土、细砂、中砂、粗砂、圆砾土；细、中粗砂为间或夹层，层厚较薄，砂粘土、圆砾土层厚较厚，以下为花岗岩石。DK241+700DK263+400段，为第四系滨海平原，地层依次为淤泥、砂粘土、细砂、中砂、粗砂及圆砾土。线路路基全长23.5km，其中软土或软弱地基路基长21.156km，地基承载力约为0=80140Pa，相对较低，基岩埋藏较深，路基基底均需经过地基加固处理以提升基底承载力。（1）旋喷桩工程设计情况。旋喷桩工点126、4个，其中路基地基加固10个，涵洞基底地基加固4个。其中4个涵洞工点设计桩径0.6m，采取间距1.3m等边三角形部署，桩长均为7.0m，累计桩长4228m。剩下10个工点设计桩径0.8m，桩长分别为6.0、15.0、16.5、20.0、25.0m，采取间距2.0m等边三角形部署，累计桩长26022.5m。（2）施工机械选型。因设计桩径为0.6 m、0.8m，依据同类工程施工经验，用单管法施工能满足设计要求，故依据同类工程施工经验选定以下配套机械：武汉力学岩土工程机械厂生产PH-5B型旋喷桩钻机1台，电机额定功率37kW；天津高压聚能泵厂生产SNS-H300型高压泵一台，额定功率90kW，额定压27、力35MPa；沈阳水泵厂生产BW-150型泥浆泵，电机额定功率3kW；高压管路内径19mm，外径34mm；主机钻杆内径53mm，外径76mm；钻头上设一2.8mm喷嘴；主塔高度18.5m；主机是靠液压撑腿调平，支撑导轨式行走，依据设备性能及地面至桩底深度，可一次性成孔。（3）施工参数。1）固化剂：锦西牌一般硅酸盐425#水泥。外掺剂：改性高效减水剂和早强剂。每米桩长水泥喷浆量为241kg，水泥浆液水灰比W/C=1.0，2）钻杆转速控制在50r/min左右，提升速度为0.220.24m/min，高压泵压力控制在2830MPa，高压泵流量为80L/min，成桩60m/台班。（4）施工效果。旋喷桩工点14个，其中路基10个，涵洞4个，检测14个，合格14个，一次检测合格率100%。静载荷试验检测工点14个，依据复合地基平板载荷试验检测结果，旋喷桩复合地基承载力均大于设计要求标准值150kPa。取芯48根，其中I类桩47根，II类桩1根，均为合格桩；桩身均完整、桩径均超出设计桩身直径；依据钻探取芯检测结果，28天无侧限抗压强度在2.697.18MPa，均满足秦沈客运专线设计要求路基大于1.2MPa和涵洞大于2.5MPa要求。施工照片见图7、图8。图7 单重管法旋喷桩施工照片图8 旋喷桩施工效果照片