旋喷桩施工技术在软土路基中的应用-建筑设计职称论文
旋喷桩施工技术在软土路基中的应用
苗雷
摘 要：软土地基极易变形，如果在修建公路的过程中不采取有效措施进行处理，那么整个路基会随着交通量的增大而加速沉降，从而导致整个路基因失去稳定性而遭到破坏，出现路面沉陷、桥头跳车等病害，直接影响到交工后公路的使用。旋喷桩技术对软基进行加固是处理软基的方法之一。本文详细介绍了旋喷桩技术施工前的准备及施工工艺并对施工中容易出现的问题进行了分析。
关键词：软土基 旋喷桩 工艺
桥头跳车问题是公路界普遍观注的问题，而旋喷桩是处理软基的方法之一。旋喷桩就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管，钻入土层的预定位置，然后将浆液已高压流的形式从喷里射出，冲击破坏土体，高压流切割搅碎的土层，呈颗粒分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液搅拌混合，喷浆管不断以360°回转提升，随着浆液的凝固，组成具有一定的强度和抗渗能力的结构。
1前期准备
1.1原材料准备
旋喷桩用水泥必须为普通硅酸盐或矿渣水泥，使用前进行严格检测，防止过期、受潮、结块、变质等，以免影响成桩质量；配制水泥浆液时，用水采用饮用水，污水、地下水不得采用；水灰比控制在1：1，水泥用量为208Kg/m。
1.2机具设备准备
(1)高压喷射注浆法主要机具设备包括：高压泵、钻机、浆液搅拌器等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门、接头安全设施等。
(2)浆液搅拌可采用污水泵自循环式的搅拌罐或水力混合器。
(3)辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存、运输系统以及各种管件、阀门、接头、压力流量仪表、安全设施等。
1.3施工准备
施工前作好场地清理、桩机测试、灰罐电子称标定、水泥质量检验、水泥土配比设计及布点放样等准备工作。布置材料储存棚和机具设备安装地点以及水电供应和排水沟位置。技术人员现场按桩径洒出白灰轮廊线，以便搅拌机就位。正式施工前，先进行试验桩施工，不少于三排九根。通过试验桩掌握机械性能及人员机械配合情况及钻进速度、提升速度、搅拌速度、空气压力、单位时间喷灰量等技术参数；确定搅拌的均匀性；掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。现根据工程经验提出试桩用工艺参数如下：
(1)注浆管：提升速度12～18cm；旋转速度10～20r/min。
(2)水：压力20～25Mpa；流量85L/min。
(3)浆液压力：≥20Mpa；流量＞60Lmin。
(4)空气：压力0. 5～0. 9Mpa；流量0.7m3/min。
(5)水灰比：1：1。
2 工序流程及施工工艺
2.1场地平整
先进行场地平整，清除桩位处地上、地下的一切障碍物，场地低洼处用粘性土料回填夯实，并做好排浆沟。
2.2测量定位
首先采用全站仪根据高压旋喷桩的里程桩号放出试验区域的控制桩，然后使用钢卷尺和麻线根据桩距传递放出旋喷桩的桩位位置，用小竹签做好标记，并撒白灰标识，确保桩机准确就位。
2.3机具就位
人力缓慢移动至施工部位，由专人指挥，用水平尺和定位测锤校准桩机，使桩机水平，导向架和钻杆应与地面垂直，倾斜率小于1.5%。对不符和垂直度要求的钻杆进行调整，直到钻杆的垂直度达到要求。为了保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位对中误差不大于5cm。
2.4钻孔
单管旋喷常使用76型旋转振动钻机，钻进深度可达30m以上，适用于标准贯入度小于40的砂土和粘性土层，当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm.
2.5插管
插管是将喷管插入地层预定的深度。使用76型振动钻机钻孔时，插管与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。如使用地质钻机钻孔完毕，必须拔出岩芯管并换上旋喷管插入到预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1 MPa，若压力过高，则易将孔壁射塌。
2.6浆液配置
高压旋喷桩的浆液，采用抗腐蚀的矿渣水泥，水泥浆液配制严格按设计要求控制为水灰比1∶1，水泥浆比重1.49。搅拌灰浆时，先加水，然后加水泥，每次灰浆搅拌时间不得少于2分钟，水泥浆应在使用前一小时制备，浆液在灰浆拌和机中要不断搅拌，直到喷浆前。喷浆时，水泥浆从灰浆拌和机倒入集料斗时，过滤筛，把水泥硬块剔出。水泥浆通过胶管送到旋转振动钻机的喷管内，最后射出。
2.7喷射注浆
在插入旋喷管前先检查高压设备和管路系统，设备的压力和排量必须满足设计要求。各部位密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物，并做高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。旋喷作业系统的各项工艺参数都必须按照预先设定的要求加以控制，并随时做好关于旋喷时间、用浆量，冒浆情况、压力变化等的记录。喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆旋转30秒，水泥浆与桩端土充分搅拌后，再边喷浆边反向匀速旋转提升注浆管，提升速度为260mm/min，直至距桩顶1米时，放慢搅拌速度和提升速度，保证桩顶密实均匀。
2.8冲洗
喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。
2.9移动机具
将钻机等机具设备移到新孔位上。
3 施工常见问题
3.1冒浆的处理
在旋喷过程中往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沿注浆管壁冒出地面，如冒浆量小于注浆量20%，可视为正常现象，超过者划出现不冒浆时，应查明原因，采取相应的措施。通常冒浆量过大一般因为有效喷射范围与注浆量不相应，注浆量大大的超过旋喷固结所需的浆量所致，减少冒浆的措施有三种：提高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径，加快提高和旋转速度。不冒浆大多是地层中有较大空隙所致，可采取在浆液中掺加适量的速凝剂，缩智固结时间或增大注浆量，填满空隙，再继续正常旋喷。
3.2旋喷点位的对中问题
因采用孔内旋喷，钻杆悬空段过长，钻杆易于歪斜，造成拍击，旋喷钻杆置入钻头时，钻杆接头容易拍松或拍断，造成旋喷施工中漏浆事故频繁，影响施工质量和进度。前面的旋喷点发生事故，因在桩孔内漏浆，对后续的旋喷点施工造成障碍。同时悬空段过长，钻头不宜对准孔底的旋喷点位，即施工精度达不到旋喷桩平面布置的精度要求，宜造成桩体空隙过大，达不到止水防沙的要求。根据现场的实际情况，在桩孔内搭设井字形钢管框架，在每个旋喷点的位置安设导向环，导向环竖向间距1m，导向环内衬橡胶软垫。导向环与框架之间环与环之间也采用刚性连接以形成整体，保证旋喷点位的准确性。
3.3喷嘴堵塞
喷注中途发生机械故障时，应停止提升和喷射以防桩体中断，同时立即排除故障。如泵压增高也不出浆，则是喷嘴堵塞，泵压达不到要求值则可能是高压部分密封性能不好，连接处或旋转处漏浆、漏水。在插管旋喷过程中，要防止喷嘴被泥砂堵截塞，水、气、浆、压力和流量必须符合设计值，一旦堵塞，要拔管清洗干净，再重新插管和旋喷。插管时应采取边射水边压力控制在1Mpa，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以防泥土进入管内。
3.4其他问题
(1)由于浆液析水、收缩，固接体顶部有可能出现凹穴，一般深0.3m-1.0m，必须采取措施予以消除。对于新建地基可以直接再次注入浆液填满凹穴。
(2)钻机就位后，应进行水平和垂直校正，钻杆应与桩位一致， 偏差应10mm以内，以保证桩垂直度正确。
(3)钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断；下拆卸钻杆伸入下节有100mm 以上的搭设长度，以免桩体脱节。为提高桩的承截力，在桩底部1m 范围内应适当增加旋喷时间。作为端承桩应深入持力层2m 为宜。
(4)相邻桩施工间距宜大于4m，相邻两桩间距较小（<D）， 施工间隔时间表，应不小于48h。
(5)当处理既有建筑地基时，应采取速度凝浆液或大间距离孔旋喷和冒浆回灌等措施，以防旋喷过程中在基产生附加变形和地基与基础间出现脱空现象，影响被加固建筑及邻近建筑；同时应对建筑物进行沉降观测。
(6)桩的质量检验应在旋喷施工结束4 周后进行。
4 施工注意事项
4.1安全生产
(1)建立健全安全生产规章制度和安全生产责任制度，贯彻管生产必须管安全的原则，牢固树立安全第一的观念，把安全生产责任落实到人。使安全生产有章可循，有法可依，形成制度。
(2)经常组织学习有关安全生产法规和安全生产操作规程，施工前进行安全技术交底，抓好安全教育，增强安全意识。
(3)机械操作员等特殊工种人员必须经专门培训，经考试合格取得操作证，方可上岗作业。
(4)高压旋喷桩等在进行作业时，严格按照机械技术操作规程进行作业；做到管理人员不违章指挥，作业人员不违章操作。
4.2文明施工
(1)施工现场作业区道路必须平整且要设置路标，在施工沿线的施工车辆集中出入口处应有醒目标牌。涉及水、火、电、机械等可能危及人身安全的作业区作业点，必须设置醒目的警戒线、防护标志。
(2)机械设备应科学统筹及时调配，并保持良好状况，摆放整齐有序。大型设备应在机具旁边竖牌，标明名称、规格、操作规定、配套动力、主要技术性能指标、操作人员资格要求、安全员、安全要求、负责人等。
(3)科学统筹，适时组织材料进场，合理存储，整齐堆放。大批量材料应竖牌标明：名称、规格、数量、用途、技术指标、材料等级、规格、责任人等；施工现场残留物应及时清理，做到工完料净场地清。
(4)油料及易燃品应按消防部门要求及安全的规定妥善保管，竖立鲜明的“严禁烟火”标志。严格禁止边吸烟边干活。
5 结束语
实践证明，利用旋喷桩技术进行地基加固的效果是显著的，大大提高了地基的承载力。同时，此法适用于各种复杂的地质条件，具备质量好、承载力高等优点，对于中、小型结构地基和既有建筑物结构地基加固造价底，较为经济合理。同时我们应该认识到技术性较强的特点，对于不同的地质情况一定要进行合理的参数设置，并且加强各项工作的管理，提高操作者的素质，施工中调动各种因素参与管理，是工程成功的保证条件，而技术参数的设置和严格的工序管理，是保证桩基质量的关键。
参考文献：
1. 中华人民共和国冶金工业部标准：《高压旋喷注浆技术规程》， 西安：西安交通大学出版，1993版。
2. 吴京宝：《浅谈高压旋喷桩施工技术》，《山西建筑》，2005年第13期。
3. 何文华：《小议高压旋喷桩的施工工艺及控制措施》，《中小企业管理与科技•中旬版》，2009年第1期。
4. 陈嘉福：《高压旋喷桩技术及其质量控制指标探讨》，现代商贸工业 ，2007年第9期。
