软土地区城际铁路高压旋喷桩处理技术应用

詹祥元 孟祥伟

（1陕西铁路工程职业技术学院， 陕西 渭南 714000）（2山东济铁工程建设监理有限责任公司， 山东 济南 250000）

1 高压旋喷桩加固机理

高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射水泥浆液，或同时喷射水与空气，同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体[1]。

根据高压旋喷桩在施工中设备的不同，其加固机理主要体现在：重构作用，高压旋喷桩的高压喷射流切割破坏土体， 喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏进而与喷嘴喷出的泥浆重构形成胶结物；混合搅拌作用，钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形成固结体；同时，由于高速水射流切割土体的同时，压缩空气把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入，产生置换作用；高压浆液.充填渗入原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体；另外，喷嘴产生的压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分[2～4]。

2 工程地质及设备情况

2.1 工程地质情况

山东青岛至荣城城际铁路引入青岛枢纽铁路工程，工程沿线广泛分布第四系全新统人工堆积（Q4ml）填筑土、杂填土及素填土，厚度4m左右；冲洪积（Q4al+pl）黏性土、粉土、砂类土及碎石类土，局部夹淤泥质土7～9m；第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）黏性土、砂类土，厚度1.3～10.6m。

2.2 主要设备及的施工参数

施工过程中采用MGJ-50旋喷锚杆钻机，配备75kw发电机，XPC-90高压泵，试桩过程中分别用三组不同喷浆压力，提升速度和转速的组合施工了 3根桩，经过对试桩质量的检查对比，采用1：1水灰比，水泥用量113 kg/m，转速采用20 r/min，水泥浆流量80～120 L/min，提升速度0.2m/min，喷浆压力20Mpa。

3 施工工艺要点及质量控制措施

3.1 制备水泥浆

泥浆制备按照水灰比 1：1进行配制，在制备过程中，先向桶中加计量好的水，然后再将水泥和外掺剂一起倒入桶中，先搅拌 10～20分钟后让水泥浆过第一道筛网（孔径为0.8mm），从搅拌桶底部阀门流出到浆液池中，然后通过泥浆泵将泥浆池中的泥浆抽进含有第二道过滤网（孔径为0.8mm）的泥浆桶中，待压浆时备用。水泥浆不得有离析现象，停置时间不得超过2小时，若停置时间过长，不得使用。

3.2 钻孔插管

钻机按照预先放样的点位就位，确保就位位置与设计位置的偏差小于50mm，然后调整钻机平整、机架和钻杆的垂直度，确保机架和钻杆垂直度偏差不大于1.0%。插管钻孔过程中宜采用边射水边钻孔的方式进行，以防止泥砂堵塞喷嘴，射水压力不宜超过1Mpa，同时钻孔过程中要密切注意钻杆垂直度，确保钻机不移动，钻杆不发生倾斜，并详细作好成孔过程中的钻进记录。

3.3 喷射注浆

当喷嘴达到设计高程后，先送高压水，再送浆液和压缩空气，当灰浆到达出口后应原位喷射搅拌1min，当达到喷射压力后再按照提升参数边旋转边提升，以防底部注浆不足或浆管扭断；当喷浆压力突然剧烈变化时要暂停提升，如因故暂停时应将搅拌头下沉到停浆点0.5m以下，待恢复供浆后再喷浆搅拌。当钻孔深度较大，注浆管不能一次提升完成而需分次拆卸时，应控制注浆管拆卸时间并将喷头下沉50cm以保障搭接长度。喷浆过程如中断40分钟以上，则必须全面清洗输浆管路，消除输浆管路中凝结的水泥浆，管道疏通后搭接喷射；施工过程中应注意密切注意地面冒浆情况，当地面未见冒浆或冒浆量超过注浆量的 20%时，应查明原因并采取相应补救措施。

3.4 桩体加固强度和均匀性控制

桩体压浆前要确保输浆管道畅通，避免压浆阶段因管道堵塞而发生断浆现象，保证压浆连续进行，压浆过程中国按照试桩参数确定的提升速度均匀提升喷头，同时保持输浆泵压力稳定，压浆完成后检查桩体用浆量符合设计要求，从而确保桩体强度和均匀性。若压浆因故中断，恢复压浆时在断浆面上下重复搭接不小于0.5m，中断时间超过3小时时应在原桩位旁边重新补桩。

3.5 桩体垂直度控制

钻机就位时将钻机位置与桩位的偏差控制在2cm以内，同时要注意旋喷桩钻机底盘的水平和导向架对地面的垂直度，保证导向架的垂直偏差控制在1.0%以内，施工过程中不定时用吊锤观测钻杆的垂直度，如发现偏差过大时须及时调整。

3.6 桩顶强度控制

高压旋喷桩在浆液与土粒搅拌混合后的凝固过程中，桩顶部分容易因为水泥浆的析水作用而导致一定程度收缩，造成桩体顶部出现凹穴现象，从而影响桩体顶部质量，凹穴的深度受地层性质、浆液的析水性、固结体的直径和成孔深度等因素的影响。单管旋喷的凹穴深度一般为设计桩径的 1-1.5 倍。施工过程中为防止凹穴现象的出现，达到地基加固理想的效果，在装订部分采取超高旋喷、返浆回灌等措施控制桩顶质量。同时，当喷嘴接近桩顶设计标高时，应自地面以下1m提升出地面时采用慢速以保证桩头施工质量。并使实际桩顶标高高于设计标高0.3～0.5m。喷射注浆至设计顶面后，需待水泥浆从孔口返出后方可停止送浆。

4 质量检验

旋喷桩施工完毕28天后，根据地质勘察资料和施工过程中的记录资料，选取了有代表性的桩位，施工中出现异常情况的部位，按照桩总数1%的比例确定了质量检验点，按照全长抽芯取样进行无侧限坑压强度试验，经过独立第三方机构对旋喷桩进行钻心法检测15根桩，其无侧限抗压强度试验值在4.7MPa～13.0 MPa之间，同时采用平板载荷试验检测复合地基承载力，试验 3根桩，单桩复合地基承载力特征值均为180kPa，施工质量安全复合设计要求。

5 结束语

高压旋喷桩施工过程中，每米水泥浆的用量、喷嘴旋转速度，钻杆提升速度和水泥浆的流量控制等参数需要相互匹配，才能取得好的加固效果；桩孔位置，钻孔过程中钻杆的垂直度也会对成桩质量产生影响。同时，施工过程中作业人员要严格执行成桩参数，密切关注并记录成桩过程中的各种数据。保障施工质量和地基处理效果。