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1、高压旋喷桩施工工法新22020年4月19日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。高压旋喷桩施工工法高压旋喷法是20世纪70年代初期最先由日本开发的地基加固技术，它是在静压灌浆的基础上，引进水力采煤技术而发展起来的，是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。第一章 工法特点（1） 施工机具设备简单，振动小，施工速度快，机械化程度高，使用成本低。（2） 水泥浆与原地基软土就地搅拌混合，可最大限度地利用原土。（2）桩体固结强度高，单桩承载力较高，软土地基加固效果好；且料源广阔。（3）噪声小，无污染。第二章 适用范围（1）受土层、
2、土的粒度、土的密度、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、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层。（2）可作为既有建筑和新建建筑的地基加固之用，也可作为基础防渗之用；可作为施工中的临时措施（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的地基加固、防渗处理。（3）当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、地下水流速过大和已涌水的地基工程时，宜经过试验确定其适用性。第三章 工法原理及设计要求第一节 加固原理高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为2040
3、MPa的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渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。根据喷射方法的不同，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环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成较大的固结体。三重管法：是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高
4、压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m。喷射注浆法的加固半径和许多因素有关，其中包括喷射压力P、提升速度S、被加固土的抗剪强度、喷咀直径d和浆液稠度B。加固范围与喷射压力P、喷咀直径d成正比，与提升速度S、土的抗剪强度和浆液稠度B成反比。加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。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
5、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第二节 成桩机理高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用：（1）高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动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，迫使土粒向着与喷咀移动方向相反的方向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构。（3）升扬置换作用（三重管法）。高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩
6、气体而把一部分切下的土粒排出地上，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。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入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余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。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第三节 工法设计要求3.3.1 加固体直径的确定旋喷桩直径与现场土质、土体强度和喷射压力、流量、提升速度和浆液稠度等诸多因素有关，应经过现场试验确定。当无试验资料时可参考表1选用。3.3.2 布置形式桩的平面
7、布置形式需根据加固的目的给予考虑，分离布置的单桩可用于基础的承重，排桩、板墙可用作防水帷幕，整体加固则常见于防止基坑底部的涌土或提高土体的稳定性，水平封闭桩可用于形成地基中的水平隔水层。图5为一般桩的平面布置形式。铁路、公路路基基底一般采用梅花形加固地基的分离桩形式。桩间距一般采用1.21.5m。公路设计规范规定，相邻桩的净距不应大于4倍桩径。表1 旋喷桩直径参考值（m） 喷注种类土的类别单管法二重管法三重管法粘性土0N50.50.80.81.21.21.86N100.40.70.71.11.01.6砂土0N100.61.01.01.40.52.011N200.50.90.91.31.21.8
8、21N300.40.80.81.20.91.5注：表中N为标准贯入实测锤击数。图5 一般桩的平面布置形式图3.3.3设计承载力图（1）按桩身强度计算容许承载力。P= aA式中 P桩的容许承载力（kN）；a 桩体材料的强度折减系数，a=0.40.5；桩体材料7cm7cm7cm试件的室内平均抗压强度（kPa）；A 桩的横断面积。（2）按土体强度计算桩身容许承载力。P= fi li + AR式中 P桩的容许承载力（kN）；桩身截面周长，按桩的直径计算（m）；fi各土层的容许摩阻力（kPa）； li 各土层的厚度（m）；A桩底支承面积，按桩的直径计算（m）；R桩尖处的地基容许承载力（kPa）。（3）复
9、合地基承载力。 式中 复合地基的容许承载力（kPa）；P 单桩承载力（kPa）；R 桩间土天然地基承载力（kPa）；Ae 一根桩分担的荷载面积； Ap 一根桩的断面积； 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 需要的喷浆量（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未旋喷范围土的填充率，0.50.75；h2未旋喷长度（m）；损失系数，0.10.2；V提升速度（m/min）；H喷射长度（m）；q单位喷浆量（
10、m3/m）。根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比，即可确定水泥的使用数量。3.3.5质量检验旋喷桩可采用开挖检查、钻孔取芯、标准贯入试验、动力触探和静载荷试验等方法进行检验。检测点布置应符合下列规定：1） 有代表性的桩位；2） 施工中出现异常情况的部位；3） 地基情况复杂，可能对旋喷桩质量产生影响的部位。成桩质量检验点的数量不小于施工孔数的2%，并不应少于6点；复合地基承载力检验应采用复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验。检验数量不得少于总桩数的1%，且每个单体工程复合地基静载荷试验的数量不得小于3台。第四章 工法流程高压旋喷桩施工工法流程图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
11、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启动高压清水泵、空压机供水、风 图6 施工工法流程图高压旋喷桩施工工法示意图图7 高压旋喷桩施工方法示意图第五章 操作要点第四节 施工前准备工作（1）在设计文件提供的各种技术资料的基础上作补充工程地质勘探，进一步了解各施工工点地基土的性质、埋藏条件。（2）准备充分的水泥加固料和水。水泥的品种、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、变质的加固料。一般水泥为425号普通硅酸盐水泥。水要干净，酸碱度适中，pH值在510之间。（3）根据补充勘探资料，在选择的试验工
12、点加固范围内的各代表性地层用薄壁取土器采取必须数量的原状土送试验室，对取得的土样在进行试验之前应妥善保存，使土样的物理和化学性能尽可能保持不变。（4）室内配合比试验。根据设计要求的喷浆量或现场土样的情况，按不同含水量设计并调整几种配合比，经过在室内将现场采取的土样进行风（烘）干、碾碎，过25mm筛的粉状土样，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。一般水灰比可取1.01.5。为改进水泥土的性能、防沉淀性能和提高强度，可适当掺入木质素磺硫钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠、氯化钙、硫酸钠、陶土、碱等外掺剂。若试验之前土样的含水量发生了变化，应调整为天然含水量。（5）试桩试验。根
13、据室内试验确定的施工喷浆量、水灰比制备水泥浆液在试验工点打设数根试桩，并根据试桩结果，调整加固料的喷浆量，确定搅拌桩搅拌机提升速度、搅拌轴回转速度、喷入压力、停浆面等施工工法参数。（6）推土机、挖掘机配合自卸汽车清除地表0.3m厚的种植土，杂物，并将原地面按设计要求整平，填出路拱。根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以及施工孔位至泥浆池间的排浆沟。（7）按设计要求完成施工放样，用木桩定出桩位，用白石灰作出明显标识。第五节 施工工法（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，钻杆的垂直度偏差不大于1%1.5%。就位
14、后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。（2）制备水泥浆。桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。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，而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。当采用地质钻机钻孔时，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）。当采用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，可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥
