提高高压旋喷桩在砂、圆砾地层的成桩效果

　　一、工程概况

　　长沙大道站布置于长沙大道与沙湾路的道路交叉口南侧，沿沙湾路南北向一字形布置。工程基坑周边紧邻居民区，尤其是东侧为新修的别墅群，北侧为长沙大道高架桥，周边市政管线繁多，且距离基坑较近。

　　标准段总宽18.7m，车站总长268m，标准段基坑深约16.21m，端头井部分基坑深约17.91m。

　　本站基坑围护结构采用Φ1000@1150钻孔灌注桩+内支撑的支护形式。在桩顶设置钢筋混凝土冠梁兼压顶梁，桩间设Φ900三重管旋喷桩旋喷桩止水(实桩长11m)。

　　二、工程地质及水文地质

　　长沙大道站旋喷桩由上至下地层为：素填土、粉质粘土、圆砾(部分为砾砂、卵石)、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。

　　本站场地地下水主要为第四系砂卵石层中的孔隙潜水，稳定水位埋深1.2～6.1m。地层渗透系数详细见下表：

　　岩土层渗透系数表(K)

　　地层

　　名称 素填

　　土 粉质

　　粘土 细砂 砾砂 圆砾 卵石 强风化泥质砂岩 中风化泥质砂岩

　　K(10-4cm/S) 5.79 0.0579 11.58 23.15 115.74 231.48 2.31 2.31

　　三、旋喷桩施工原理

　　旋喷桩的原理是利用振动成桩机或其它桩机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预订位置后，通过钻杆徐徐上升旋转，将预先配制好的浆液，以一定的压力从喷嘴喷出，冲击土体，使土和浆液搅拌成混合体，形成具有一定强度的人工地基及止水幕墙。

　　三重管是以三根互不相通的管子，按直径大小在同一轴线上重合套在一起，用于向土体内分别压入水、气、浆液。内管由泥浆泵压送2MPa左右的浆液;中管由高压泵压送20MPa左右的高压水;外管由空压机压送0.5MPa以上的压缩空气。由于高压水射流的作用，使地基中一部分土粒随着水、气排出地面，高压浆流随之填充空隙。

　　四、试桩及成果分析

　　基坑围护的质量直接与作为止水帷幕的高压旋喷桩成桩质量相关，为保证高压旋喷桩的施工质量，本工程通过试桩，找出适合地质条件的施工参数，以指导施工。

　　1、初次试桩情况

　　我项目部新驻长沙地区，对该地区的地层缺乏深层的认识，且不具有三重管旋喷桩的施工经验。我项目部按照原有的设计参数进行5根试桩，原设计参数如下：

　　(1)注浆管：提升速度15cm/min;旋转速度12r/min。

　　(2)高压泵(注水)：压力25Mpa;流量85L/min。

　　(3)浆液压力：5Mpa;流量90L/min。

　　(4)空气压力：0.5Mpa;流量2m3/min。

　　(5)水灰比：1：1。

　　(6)泥浆比重：1.48～1.50。

　　通过对每根试桩进行了动力触探、垂直度等指标检测，发现5根均不合格，出现以下问题：

　　(1)成桩垂直偏差过大;

　　(2)成桩直径达不到900mm;

　　(3)成桩不连续，有断桩现象，水泥量较少;

　　2、原因分析

　　(1)工人因操作不熟练、质量意识不强，未严格控制机位垂直度，造成成桩偏斜率较大;

　　(2)施工参数不合理，对地层缺乏针对性，使成桩直径、效果达不到设计要求;

　　(3)机械存在故障，遇突发状况处理不当，存在中途停机、断浆的现象，造成成桩不连续、短桩、水泥含量少的现象。

　　五、制定对策

　　1、提高认识，加强质量意识教育

　　结合本工程地质条件复杂，地下水位较高等特点加强对所有作业人员的教育培训频次，形成制度，定期或不定期进行培训，重点在提高作业人员的质量意识和机械操作技能，旋喷桩机的施工工艺以及安全知识。明确了现场技术负责人、操作人员、实验员、领工员等的质量责任制度，并通过组织现场考试的方式对参训人员学习情况进行了测试，达到加深记忆、巩固效果的良好作用。

　　2、合理的施工参数

　　对原有试桩抽芯进行详细剖析，根据地层变化制定相应的施工参数，进行二次试桩，找出合理的施工参数，以确保成桩质量。

　　(1)剖析试桩芯样

　　(2)初次试桩结论

　　①-4.9m以上芯样较完整，强度较高，透水性较小，总体能满足止水要求;

　　②但-4.9m以上从开挖直观检查看出成桩直径未达到900mm，气、水压力过小，未能完全切割土体，水泥浆液未能充分置换土体;

　　③-4.9m～-10m砂、圆砾层中成桩质量差，不能达到止水效果;

　　④-4.9m～-10m砂、圆砾层的渗透系数大，土体的透水性较强，深度越深，水头压力越大，水泥浆易流失，造成桩身质量差;

　　⑤-4.9m～-10m砂、圆砾层的透水性较强，地下水对早期还未凝结的桩身水泥的侵蚀造成桩身质量降低;

　　(3)参数的确定

　　根据初次试桩取芯的情况及结论分析，二次试桩将重点解决砂、圆砾层中桩身质量的问题，对原有的施工参数做以下调整：

　　①注浆管：提升速度12cm/min(砂、圆砾层8cm/min);旋转速度11r/min。

　　②高压泵(注水)：压力30Mpa;流量85L/min。

　　③浆液压力：5Mpa;流量90L/min。

　　④空气压力：0.7Mpa;流量2m3/min。

　　⑤水灰比：1：1。(砂、圆砾层掺入水泥量2%的速凝剂)

　　⑥泥浆比重：1.48～1.50。

　　3、制定施工预案，保障旋喷桩正常施做

　　成立专门的机械维护小组，定期检查机械的使用、维修、保养情况，以降低机械的故障率，并增强各个操作人员的协调与配合;制定旋喷桩施工预案，在施工过程中能及时解决因机械、人员造成的各种问题。施工预案如下：

　　(1)压力不正常

　　①产生原因

　　A、安全阀和管路安接头处密封圈不严而有泄漏现象。

　　B、泵阀损坏，油管破裂漏油。

　　C、安全阀的安全压力过低，或吸浆管内留有空气或密封圈泄漏。

　　D、塞油泵调压过低。

　　②预防办法及处理

　　应停机检查，经检查后压力自然上升，并以清水进行调压试验，以达到所要求的压力为止。

　　(2)钻孔沉管困难偏斜、冒浆

　　①产生原因

　　A、遇有地下埋设物，地面不平不实，钻杆倾斜度超标。

　　B、注浆量与实际需要量相差较多。

　　C、地层中有较大空隙不冒浆或冒浆量过大则是因为有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆液所致。

　　②预防办法及处理

　　A、放桩位点时应钎探，遇有地下埋设物应清除或移动桩钻孔点。

　　B、喷射注浆前应先平整场地，钻杆应垂直倾斜度探制在0.3%以内。

　　C、利用侧口式喷头，减小出浆口孔径并提高喷射能力，使浆液量与实际需要量相当，减少冒浆。

　　D、控制水泥浆液配合比。

　　E、针对冒浆的现象则采取在浆液中参加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固，还可在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续旋喷。

　　F、针对冒浆量过大的现象则采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和旋转速度。

　　(3)固结体顶部下凹

　　①产生原因

　　在水泥浆液与土搅拌混合后，由于浆液的析水特性，会产生一定的收缩作用，因而造成在固结体顶部出现凹穴。其深度随土质浆液的析水性、固结体的直径和长度等因素的不同而异。

　　②预防办法及处理

　　旋喷长度比设计长0.3～1.0米，或在旋喷桩施工完毕，将固结体顶部凿去部分，在凹穴部位用混凝土填满或直接在旋喷孔中再次注入浆液，或在旋喷注浆完成后，在固体的顶部0.5～1.0m范围内再钻进0.5～1.0m，在原位提杆再注浆复喷一次加强。

　　六、二次试桩及效果检查

　　二次试桩按照上述对策措施实施后，通过检测发现二次试桩的成桩效果得到了良好的成桩效果，随即按照此方案进行旋喷桩施工。该工程在后续基坑开挖过程中，止水帷幕没有出现大的质量缺陷，起到了良好的止水、挡水效果，保证了土方工程的顺利实施，证明该方案的施工参数是适合本工程地质条件的。

　　七、总结

　　从以上结果可以看出：旋喷桩施工质量得到了有效控制。这说明对策措施是行之有效的，现场实施也是十分有力的。通过本次试桩及对策设施，对旋喷桩施工有如下认识：

　　1、高压旋喷桩的施工受地质影响较大，尤其作为止水帷幕时，高压旋喷桩的施工质量将直接关系基坑的安全和后续土方施工的正常进行，在正式施工前有必要进行试桩，通过试桩及取芯检测，能够比较准确的找出合适的施工参数，指导施工;

　　2、在实际施工过程中，除了各种施工参数的控制外，人、机械的因素也是影响施工质量的关键环节，在施工过程中必须制定详细的、保证性的质量控制程序，减少人为因素对工程质量的影响。

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