浅析高压旋喷桩在工程中的应用

张大伟

（山西三建集团有限公司，山西 长治 046000）

0 引言

本工程为综合办公楼地下一层地上6 层、地下车库地下二层的某市公交首末站项目，基坑开挖深度为9.58m，地下水位埋深为4.6m。工程建设场地极为狭小，土质类型为中软场地的类型。在勘探深度范围内的拟建场地，地层由以下工程地质层组成：素填土、湿陷性粉质黏土及粉质黏土。

由于本工程地下水位较高，地下水位埋深为4.6m，而开挖深度为9.58m，施工时必须进行降水，但是不能对周围居民楼和交通干道造成影响，这是现场技术人员必须快速有效解决的难题。同时，该场地狭小，对施工的能力水平提出了更高的要求，也使基坑支护体系的选择受到了很大的局限。为了改善基坑的抗渗性能及承载能力，依据本工程的地质情况，科学采取了封闭止水帷幕。

1 高压旋喷桩技术概述

高压旋喷桩技术是指运用钻机把套塞入到土层相应的位置之后，利用灌浆机进行浆液的注入[1]。通过高压喷射流对土层的冲切方法，使得基坑土壁与浆液相结合，使软土硬结成具有整体性、稳定性和一定的强度，从而使得基坑壁土壤的充分改善。高压旋喷桩对土壤的改善主要采用两个方法，一个是通过对地基土进行加固，使基坑周边土壤的承载力量加大，充分减少由外荷载影响引起基坑变形的情况；第二种是通过增强土壤的渗透性的方法。

高压喷射注浆法可用于土层加固或防水，适宜淤泥、流塑、软塑和素填土、碎石土等多种土质。高压喷射注浆作业操作便捷，占地少、振动小、噪音较低，尤其适用于狭窄区域或临近已有基础区域的施工。

结合本工程地质情况，及地下水位较高、场地的狭小等实际情况，我们基坑降水采取深井降水方式、运用高压旋喷桩形成封闭的防水帷幕。采取双排布置高压旋喷桩，桩径是φ600mm，桩径两方向搭接为150mm。

1.1 技术流程

在工程施工中，为了提高基坑的支护效果，对整个技术流程最好计划，保证基础施工的顺利完成。作为基坑开挖支护的常用方法之一，多为施工方借鉴使用。施工流程如图1 所示。

首先，进场后，对现场平整场地后，钻机就位后，准备钻孔，辅助注浆管，最终实现钻孔内的水泥浆液的注入。其次，当水泥浆液注入孔内后，拔管处理注浆管，并移位处理注浆管管路。最后，不断重复上述步骤，直至整根桩浇筑完毕为止。

1.2 施工步骤

1.2.1 施工准备

（1）作业条件。①注浆前，需准备该工程的地质勘察报告及现场附近的管线、建筑物、公共设施等的布局情况，当地下水流动速度较快时，应按照专项水文地质勘察报告组织实施。②正式施工前，旋喷注浆施工工艺应根据工程的施工参数、特点、土质情况来确定。本工程采用三管法高压水的压力不得小于20MPa[2]。流量不得小于30L/min，气流压力不得小于0.7MPa，提升速度为0.1～0.2m/min。③施工前应具备完整的施工组织设计和方案，并签字审批手续齐全。并进行技术交底。④清除地下障碍物及墓（洞）穴，采取措施处理后方可进行下一道工序施工。⑤作业前，现场应做到“三通一平”，确保机械行走范围内无障碍物。同时，按要求布设各种管线。⑥基础底面以上宜留500～1000mm 厚的土层，以保证桩头质量。⑦经现场测放的轴线，通过复核校准后妥善保护，并根据图纸要求测放处桩位点，进行补桩。⑧机具设备配齐进场后，应进行安装、检修及调试运转。施工前，应检查机具设备的状态，及输浆管的畅通情况，标定灰浆泵输浆量，控制输浆速度。

（2）材料及机具。①水泥。采用P.O 42.5 级水泥，水泥进场应有合格证，并有现场复验报告。②外加剂。根据工程需要及土质条件，选用早强、减水等作用的外加剂。③水。宜用干净的饮用水。

（3）高压喷射注浆设备。①钻孔系统包括钻机、钻杆、喷射管、喷射头。②供水系统包括高压管、供水泵、叶轮、阀门。③供气系统包括空气压缩机、风量计、输气管。④制浆系统包括浆液池、浆液搅拌机、上料机、浆液存储器。⑤喷射系统包括垂直架、卷扬机、高压注浆泵、喷射注浆管。

1.2.2 操作过程

（1）定位钻机位置。①将移动钻机挪至设计孔位，将钻头对准孔位中心点。调整钻杆与地面的夹角，使钻孔的垂直偏差≤1%。②钻机就位后，首先采用0.5MPa的压力进行射水试验，检查浆液管路是否通畅。

（2）制浆工作。首先浆水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20min，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网，过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网，第二次过滤后流入浆液池桶中，待压浆时备用。水泥浆的水灰比宜为0.8～1.2。

（3）钻机钻进、贯入喷射管。钻孔下管工作是成孔后的首要工作，按规定位置布放好注浆管，保证周围环境的清洁度，使整个管口处于干净整洁的状态，无任何泥沙等阻碍物的堵塞，以便通管。同时，在下管操作时，保证压缩压力气流的输送，确保喷头进入恰当位置。

钻机开始钻进后，射水压力由0.5MPa 增加至1.0MPa，作用为减少摩擦力，防止堵塞。

当第一根钻杆钻进时，暂停射水，此时压力变为零，接长钻杆，再继续射水钻进，直至钻到设计标高。

注浆液压力不低于20MPa，旋转速度为20r/min，喷嘴直径2.9～3.2mm，浆液流量为90～120L/min。

当喷射注浆管植入土内，喷嘴达到设计标高后，暂停射水，更换掉上部钻杆后，放入一枚试验球，堵塞射水孔，将钻杆就位，方可正常输送水泥浆。待压力、流量、机械设备等所有相关影响因素均达到规范标准后，方可按照桩施工工艺要求，开始旋转和提升钻杆喷射管，由下向上喷射注浆，喷射管分段提升的搭接长度大于等于100mm。在砾石土层中，为保证桩径在旋喷参数不变[3]的情况下复喷一次。

喷射孔与高压注浆泵的距离宜≤50m，钻孔位置和垂直度偏差应满足要求。

对局部有强度要求的部位或对局部展开面积要求的部位，可采取复喷的措施。

在旋喷注浆过程中出现异常现象时，应查明原因并及时采取措施。

为防止浆液在桩顶回径收缩凹陷，影响桩的桩顶标高，可使用压浆回灌、二次补浆等措施。

（4）试管工作。试管工作对整个旋喷桩的工艺有重要的影响作用，其中安装并检查各部位密封圈的工作是技术难点。技术人员采取干净水注浆，保证整条管道通畅，避免其他垃圾等的堵塞。根据管内注水的流动情况以及流出管外情况，判断整个注浆管的严密性以及安装过程中有没有出现失误。如果出现失误，则进行拆管处理，重新安装并检查各部位密封圈是否封闭，重新作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。

（5）注浆工作。注浆工作为高压旋喷桩的技术中核心部分之一。进行注水试压，试压合格后，利用管路内高压，将水泥浆由下而上灌入。注浆作业的进程中吗，派专人时刻登记注浆压力值及电机的转速值。

（6）拔管工作。拔管工作的顺序紧跟注浆工作之后，当泥浆达到原先设定的标高后，暂停喷浆作业，将管道从泥浆中拔出，泥浆将沿着拔出的圆孔直径位置流入注浆孔，拔管流程中，要把控拔管速度，保持快速，否则，泥浆极易凝结，从而造成管道堵塞，难以拔出。

具体做法：当上面第一根钻杆完全提出地面后停止压浆，待压力下降后迅速拆卸第一节钻杆，并将钻杆整体下沉，搭接不小于100mm，然后继续压浆，等压力上升至设计压力时，重新开始旋喷。当喷头缓缓提升至预先设计位置时，为减少混凝土的离析现象发生，从而造成桩顶缩颈塌陷，需采用低压补浆处理，时间为1～2min[4]。

（7）设备清洗及移位。设备清洗是高压旋喷桩的技术的收尾工作，尽量采用清水清洗，采用反复灌入流出的方法，将水布满管道内，包括高压水泵、喷头等的各部位，处于将整个高压的水泵以及管道，喷头等用清水反复清洗工作，当清洗不干净时，利用相关化学溶剂进行清理。

补浆结束后，从泥浆内提出钻杆、钻头，进行射水，必须采用低压水进行，冲洗时，要覆盖所有作业部位，不得遗漏。

旋喷作业完成后，将该套设施挪至下一桩位，循环往复周而复始地完成以上工作。施工中应叮嘱专人进行检查，并记录提升速度及拔管速度、旋转速度等施工相关参数。

1.3 压顶施工

帷幕宜设置混凝土连接面板，面板厚度150mm，宽度1500mm，混凝土强度等级C15。

1.4 操作要点

旋喷帷幕的工艺参数确定，通过施工试验桩的方法，并按水泥固结体的设计有效半径与现场土的性状，确定喷射压力、注浆流量、上提速度、旋转速度等施工相关参数[5]。

2 高压旋喷桩施工检查

高压旋喷桩的完整性检查是该技术施工作业的重要基础，包括3 个阶段的检查：作业前检查、作业中检查以及作业后检查。具体的工作步骤如下。

2.1 作业前检查

在进行作业前，检查整个基坑周边情况，包括基坑的挖深、降水、支护、地下管线、道路等施工作业条件、安全性、实用性是否符合作业条件，使得整体环境符合该技术的大面积作业展开。同时，确保施工前的各种设备的质量保证。

保证施工用的水泥的级别、型号、高压旋喷桩水灰比及各项检验项目等均符合标准要求，方可投入使用，正式施工前钻机、泥浆泵进行试运行。

2.2 作业中检查

在进行作业中，技术人员主要检查，钻杆的倾斜度及放置的水平面，能否精确定位钻孔及注浆浆液的配合比的配置，过程中保持钻机运作转速。观察地面是否返浆，当返浆量大于注浆量的20%，应提高喷射压力。因故中途停喷后，继续注浆与停喷前的注浆体搭接不小于500mm。喷射管分段提升的搭接长度不得小于100mm。

2.3 作业后检查

作业后检查主要是指注浆完成后的现场相关因素物理性能的检查，包括加固后的土体承载力、强度、均匀性等进行排查，桩体的强度了、平均直径、桩身中心位置，28d 后桩体质量及承载力等。

2.3.1 基坑开挖前质量检验

宜在压顶混凝土施工浇筑之前进行，检验内容包括桩身强度、数量等。28d 后桩体承载力，采用钻孔取芯的方法，将样本送检进行强度检测。采用将桩顶挖开的方法，测量桩体的有效直径和搭接宽度。

2.3.2 基坑开挖中及施工后的监测

随时观察帷幕有无漏水部位，监测顶部的水平位移和竖向位移，超过监测报警值，应立即发出危险报警，通知各单位相关人员和部门，从而及时采取措施，保证整个作业面的安全。

3 结语

本工程采用高压旋喷桩止水帷幕施工结合深井降水法的截水降水方法，未发现有溢水、渗水等现象。它的应用不仅拥有良好的止水效果，还具备强大的基坑四周支撑能力，同时，土壤的牢固性明显改善；它更适合一种场地受限、且地下土质复杂和有石块土层的基坑的降水、支护。

以上的施工方法在基坑支护中得到应用，优势明显，取得的实效巨大；同时也为同类工程积累了丰富的施工经验。值得大面积推广应用。