软土地层旋喷注浆路基施工工法(高压旋喷桩,软土地基处理)

'软土地层旋喷注浆路基施工工法1．前言随着我国交通基础设施建设的迅速发展，旋喷注浆作为一种基础形式以其多用途，加固地基的质量可靠，可以不影响既有建筑物正常使用功能，能在狭窄和较低矮的现场贴近建筑物施工，逐渐成为我国常用的地基处理方法之一。南京xx建设有限公司承建的xxx路，XD0+400~XD0+481.9段软土地基处理施工区域由xxx东侧开始施工。结合现场实际情况与以往基地加固的经验，我们对高压旋喷桩的施工工艺进行了一定的探索和改进，满足了施工质量的要求，取得了很好的社会效益和经济效益。2．工程特点2.1高压喷射注浆法可适用多种地质，如填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、以及含有部分卵石、碎石的地层。2.2旋喷钻机拥有自行底盘，可以自主移动机位，施工连贯性好。2.3施工作业范围小，可多台机械在工作面狭窄地域同时施工。2.4可通过调整设备施工参数来满足不同施工区域、不同施工要求的目的。3．适用范围地质复杂，作业面狭窄的地域。适用于公路、铁路、及房建结构物的基础施工，是处理软土地基的一种行之有效的方法。4．工艺原理高压喷射注浆法又称旋喷法，是利用钻机把带有喷嘴的注浆管置入预定土层深度，通过高压设备使浆液或水成为20～40Mpa的高压流从喷嘴中喷射出来， 冲击破坏土体。当能量大，速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土颗粒被切开，一部分细小的土颗粒随着浆液冒出地面，其余土颗粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体（如图4.1）。其成桩机理包括射流的冲动掺搅、升扬置换、充填挤压和渗透凝结四个过程。该方法主要用于加固地基，提高地基承载力和抗剪强度，改善土体的变形性质，使其在上构荷载直接作用下不产生破坏或过大的变形。图4.1复合地基示意图5．施工工艺流程及操作要点施工准备桩位放样钻机就位开启高压泵高压水泵钻进开启送浆泵旋转提升喷浆清洗、移位浆液拌制5.1施工工艺流程(见图5.1)图5.1旋喷桩施工工艺流程图 5.2操作要点5.2.1高压旋喷桩施工方法1.施工准备⑴.技术准备:按照施工设计图纸的要求，核算工程量，编制施工方案。对参与施工的人员进行安全教育及施工技术交底。对施工区域进行技术摸底，包括：原地面标高；邻近建筑物、线路与施工区域的位置关系。⑵.场地平整和施工便道：平整施工场地，清除杂草、浮土。合理布置施工便道，可及时的供应物资和保持场地平整干净。⑶.试验检验：完成原材料的检验和泥浆配比的实验，初步确定施工设备参数。2.桩位放样首先结合图纸及现场情况进行布桩，分区，编号。然后测量放样出旋喷桩施工区域边界桩，根据边界桩以及图纸放出其他桩位，并用短竹棍和白灰标示。3.钻机就位钻机就位后，钻头对准桩位中心，用水平尺校正钻机使钻杆垂直；然后将钻机调整稳定，防止钻机移位，偏离桩位中心。4.开启高压水泵钻进钻机校正固定，钻头对中后，开启空压机，低压水泵，高压水泵，待正常运转后，向孔内送气送水，同时缓缓下沉钻杆钻进成孔，直至设计深度。钻杆长度需提前确定，以保证桩顶标和桩底标高。5.制备水泥浆液 水泥浆液制备与钻孔同时进行，随配随用，浆液的水泥、水及掺加剂必须按室内试验和现场试桩确定的配合比严格计量，采用制浆机均匀拌制。浆液在搅拌机内搅拌时间不小于五分钟。单桩水泥浆液用量按下面两个公式计算：⑴.按体积法计算：(式5.2.1-1)⑵.按喷量法计算：(式5.2.1-2)式中:—旋喷浆液用量(m3)；—桩体直径(m)；—填充率，取0.75～0.90；—桩长(m)，从地面计算；—损失系数，可选用0.1～0.3；—提升速度(m/min)；—单位时间喷射浆液量(m3/min)；拌制好的水泥浆液必须经过严格过滤，除去硬块、砂石等，以免堵塞管路和喷嘴。制备好的浆液在旋喷过程中必须连续不停的搅拌，防止沉淀。6.提升钻杆、旋转喷浆待成孔到设计深度，浆拌制好水泥浆液倾入集料斗，将低压泵由送水改为送浆开启送浆泵送浆，为保证桩低有足够的水泥浆量，应停喷30秒种，然后边旋转边提升，旋转速度和提升速度都按照设计规范要求进行，直至设计桩顶标高为止。7.清洗、移位喷浆成桩结束后，提出钻杆，同时用清水清洗送浆泵，钻杆及输浆管道等，然后移位至新孔位作业。8.泥浆处理：现场砌筑或开挖泥浆池，泥浆外运。 5.2.2技术参数的确定通过试验桩的施工，在各施工参数设计范围内进行调试，最终确定在现场土质情况下的正式施工参数。通常各主要技术参数范围如下：1.旋喷桩注浆压力一般软土地基加固按注浆管类型分为单管法、二重管法、三管管法及多重管法。其压力常用20～40Mpa。2.喷射提升速度⑴对软土地基进行加固处理，采用20～25cm·min-1。⑵在既有建筑物地基加固注浆时采用20cm·min-1。⑶在对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用10～15cm·min-1。3.喷射旋转速度：20～30r·min-1。4.浆液水灰比：旋喷注浆时采用1：1～1.5:1。5.2.3施工异常处理1.钻入过程中，由于钻杆遇到地下硬物而导致机身有明显的移位，需停止施工，重新调整机身确保钻杆垂直，位置准确，然后恢复施工。2.成桩过程中因故停止，应将注浆管下沉至断浆面以下0.5m处，待恢复喷浆时再喷浆提升。若停机超过3小时，应拆卸输浆管路，清洗干净，在原桩位旁边补桩。3.再注浆过程中出现压力骤然上升或下降、大量冒浆等异常情况时，应及时停止提升和注浆，以防段桩。4.提升过程中，如出现钻杆或钻头脱落，应及时将剩于部分提出，再旁边进行补桩。5.2.4施工中难点问题的分析和解决 1.浆液质量控制与成桩质量的相关性1）．质量控制要因分析①.高压旋喷桩质量指标主要有2项，一是桩体无侧限抗压强度，二是桩径保证设计要求值。要想确保两项主要指标合格，对于不同的桩体强度值和桩径，根据地层松散度采用相适应的操作参数是必要的，而水泥浆液的浓度与旋喷桩地层力学性质对成桩桩体强度相关密切，只有选择与不同地层相适应的浆液浓度才能确保桩体强度。2）.施工要点①.对于单管旋喷小直径桩和双管旋喷（气、浆）中等桩径的旋喷而言，一般来说水泥浆液的水灰比为0.8~1.5范围即可，旋喷土层含砂率愈低，浆液水灰比愈小，并通过室内水泥试块试验和试桩试验确定不同地层用水泥浆液的水灰比为宜。②.对于三管（水、浆、气）喷较大旋喷桩而言，要考虑到高压水流对浆液的稀释作用，现场制作的原浆水灰比应比单、双管喷桩用浆水灰比小的多，原则是经高压水稀释后的水泥浆的水灰比相同于同样地层单、双管喷桩采用的水泥浆的水灰比。其计算过程为：n1=Gw1/Gc1(1)n2=Gw1+Gw2/Gc1(2)得：n1=n2-Gw2/Gc1(3)Gc1=QL1ρL1/(n1+1)（4）ρL1=(n1+1)/(n1/ρw+1/ρc)（5）由（3）、（4）、（5）式得： n1=（n2+Gw2/ρc）/（QL1+Gw2/ρw）（6）式中：n1—制浆用水灰比；n2—经高压水稀释后的水泥浆水灰比即设计用水灰比；Gw2—单位时间高压水注入孔内质量，kg/min；ρc—水泥密度，kg/dm3；QL1—单位时间浆管注入原浆体积，dm3/min；ρw—水的密度，kg/dm3；Gw1—原浆用水量，kg；Gc1—原浆用水泥量，kg；ρL1—原浆密度，kg/dm3。显然在不同地层下，确定使用的水泥浆水灰比n2，并校准了高压泵在工作压力下的流量Gw2和注浆泵流量QL1，即可得出制浆用水灰比n1。5.2.5劳动力组织(见表5.2.5)表5.2.5劳动力组织表工种所需人数工作内容项目管理1全面工作的控制和把握。作业领班2负责协调指挥各工序的操作，控制加固质量，排除施工中的各种故障。技术人员5包括测量人员与记录人员，负责施工记录，操纵电器控制仪表，并进行质量检查。安全防护员4负责施工现场的人员、机械的安全生产司泵及操作10按设计施工工艺，正确操纵钻机和提升检查维修机械。普工20负责水泥浆的制作，保证施工的连续性。电工后勤2负责电力设备的安装和安全使用。共计44 6．材料与设备本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见表6.1。表6.1施工主要机具设备表设备名称型号功率数量单位旋喷钻机XP-20型系列30KW5台高压注浆泵BWT-100/3075KW5台浆液搅拌机ZJ-4005.5KW5台电焊机BX-30030KW2台排污泵立式7.5KW3台备用发电机组200KW1台配套设备若干7．质量控制7.1质量保证措施7.1.1材料控制：主剂以水泥浆为主剂，对既有建筑物地基加固或软土地基加固注浆时水泥一般采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。如地质有特殊要求，可适当掺入外加剂，如石膏、三乙醇胺、木质素磺酸钙等。7.1.2施工实际使用的水泥和外掺剂的掺入量必须通过加固土室内配合比实验，确定合理的水泥配合比。制作浆液时要求做到干灰过筛，浆液过滤。准确掌握水灰，严格控制喷射浆液泵量，以保证桩体的内在质量。制备好的水泥浆不得停止时间过长，浆液在搅拌机中要不断搅拌，直到送浆前。室内加固土试块的平均无侧限抗压强度不小于2.0mpa（龄期90天）。7.1.3在施工过程中除严格按设计平面尺寸要求外,对钻杆长度以及因施工所引起的地表标高变化认真核测，并做记录分析，必要时适当调整钻杆长度以保证有效桩长。 7.1.4严格按设计配合比例率拌制水泥浆液，拌制好的水泥浆液开启送浆泵旋转提升喷浆,超过2小时不能使用；7.1.5旋喷桩施工中，严格控制空压机、高压水泵、送浆泵的压力和提升喷浆速度,高压喷射注浆压力不得小于20mpa。7.1.6提升过程中，拆卸钻杆后，继续旋喷施工时，保持钻杆有不小于10cm的搭接长度；7.1.7经常检查高压系统、管道系统、使压力、流量能够达到规范要求以保证桩径达到设计要求；7.1.8在旋喷过程中，若遇到孤石或大的漂石，桩位可适当调整，避免畸行桩和断桩。每次可向不同方向调整30cm，两次之后仍然无法下探，进行下一个桩位的施工。如果连续数颗桩位因此而无法施工，需开挖基坑后进行补桩。7.1.9旋喷过程中，冒浆量略小于注浆液量的20%为正常，若超过20%或者完全不冒浆时应查明原因及时处理。若出现不返浆或返浆较少时，可采取添加速凝剂或增大注浆量，待正常返浆时再继续作业；若返浆过多，宜适当提高喷射压力，适当加快提升和旋转速度。7.1.10做好信息化施工，边喷浆边观测记录，根据观测结果，及时调整有关施工参数，抓好信息化施工，保证旋喷桩质量。旋喷桩施工记录见表7.1.10。表7.1.10旋喷桩施工记录表工程名称　高压泵型号　钻孔机具　注浆管直径　喷嘴个数　喷嘴孔径　设计提升速度　设计注浆量　设计旋转速度　浆液配方　水泥强度等级　注浆孔编号旋喷深度（m）实际有效长度（m）旋喷时间（时分）旋转速度（r/min）提升速度（m/min）旋喷压力（MPa）注浆量（m3）冒浆量（m3）日期开始结束　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　工地负责人：记录人：7.2工程质量控制标准成桩28天后抽芯取样进行无侧限抗压强度实验，抽检数为2‰，并少于3根，其无侧限抗压强度不得小于2.2MPa。并采取平板荷载试验检验复合地基承载力，按总桩数2‰抽检且每批次不少于3根，要求处理后的复合地基承载力：一般填方地段，σ0≥0.15MPa；支挡结构地段，需满足支挡结构设计基地承载力要求。复合地基承载力不得小于150Kpa。检测由专业检测机构进行。7.2.1检验内容1.施工前应检查水泥的质量、桩位的准确性、压力表、流量表的精度和灵敏度，设备的性能等。2.施工中应检查施工参数（压力、水泥浆量、提升速度、旋转速度等）的应用情况、施工程序。3.施工结束后4个星期，对施工质量进行检查，内容为桩体强度，平均桩径，桩体均匀性等。7.2.1检验方法高压喷射注浆可采用开挖检验、钻孔取芯等方法进行检测。1.开挖检测施工完毕，待凝固具有一定的强度后，即可进行直接检验。由于固结体完全暴露出来，因此能全面检验固结体的垂直度和固结体的形状。2.钻孔取芯在已施工好的固结体中钻取岩芯，并将其做成标准的试件进行室内物理力学性能试验，检查内部桩体的均匀程度，是否符合设计要求。 旋喷桩桩身完整性、均匀性、无侧限抗压强度满足设计要求。旋喷桩完工后28d，每根检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性、均匀性、拍摄取出芯样的照片，取不同深度的3个试样做无侧限抗压强度试验。钻芯后的孔洞采用砂浆灌注封闭。7.2.3检验标准高压旋喷桩施工允许偏差、检验数量及检验方法按表7.2.3执行:表7.2.3高压旋喷桩施工允许偏差表序号检查项目允许偏差检查方法检验数量1桩位放样≤50mm钢尺量按成桩总数的10﹪抽样检验，不少于5根。2钻杆倾斜度≤1.5﹪吊垂球3桩径不小于设计值钢尺量8．安全保证措施8.1参加施工的所有人员，必须熟悉并认真执行旋喷桩安全技术操作规程、有关的旋喷桩施工安全防护知识及安全交底。8.2施工前应对操作员工进行岗前培训，使上岗员工熟知该分项分部工程的应急预案，并组织演练，验证应急准备工作和预案实施效果，提高实战中自防自救能力。8.3项目开工前各必须编制施工（含施工过渡）方案和制订安全措施，并严格执行审批程序。8.4安全员、防护员、施工员必须经培训考试合格后持证上岗。使用的民工经过培训合格后由具有带班资格的正式职工带领上岗。8.5施工中必须保证排水系统的畅通。8.6 制定劳动安全防范措施，施工作业场地、了望条件、防护及警示标志设立要符合《劳动安全作业标准》要求，同时配齐配全符合国家标准的劳动安全防护用品。作业人员要严格遵守安全生产制度和操作规程，正确佩戴和使用劳动防护用品。8.7施工前应在两端车站、双线应在来车方向的车站设驻站联络员，施工现场设工地防护员。8.8xxx桥东侧高压旋喷桩路基施工时需注意与xx基地西侧道路真空堆载预压路基的施工协调，若本道路先与真空堆载施工，路基分界处需设置止水帷幕，避免真空堆载施工时对旋喷桩周土基的破坏。8.9当挖沟、坑影响行人妨碍交通或站内作业时，应在施工地点3～5m处加设防护，并应当天回填夯实。如需过夜时，应采取防止人员坠落的安全措施，在有危及行车安全或房屋时对其临时加固。8.10严禁在影响路基稳定的范围内挖沟、坑，在高压铁塔附近施工时，应做好相应的检测与防护措施，以保证施工安全。9．环保措施9.1将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标示醒目，施工场地整洁文明。9.2废弃材料或施工过程中的浆液，立即运出现场并按规定进行处理。对施工中废弃的零碎配件、边角料、包装箱等及时进行收集清理。9.3进出现场的便道应经常撒水，防止扬尘，污染施工与周边环境。9.4加强环保教育，宣传有关环保政策、知识，强化员工的环保意识，使环境保护成为参建员工的自觉行为。 10．效益分析10.1社会效益该施工技术为软土地基加固施工积累了丰富的经验，为工程保证工期创造了条件，促进了地基加固施工适应复杂施工环境的技术进步，取得了良好的社会效益。10.2经济效益严格控制喷浆过程中的返浆量，减轻了返浆对现场施工环境的破坏，增强了桩体的完整性，节省了水泥的不必要浪费。科学合理的安排各台钻机的施工顺序，保证了施工的连续性，以最小的成本投入达到了质量与工期的要求。11．应用实例分析xxx路XD0+400~XD0+481.9段软土地基处理11.1工程概况根据xxx地区控规调整，整个环形路线位相应调整。环形路线位移至xx基地的西侧、xxx的东侧，本工程为其北侧的中东西向道路，位于xx街以东，为xx路的东延伸，路线全长约0.48KM。根据地质报告反映，本道路沿线表层多为近期回填土，其下分布有较为均匀的②2层、②3层淤泥粉质粘土层，土层较厚，承载力低，压缩性高，未经过处理不能直接利用。在路幅距离高压线较近路段，采用高压旋喷桩加固处理，高压旋喷桩桩顶标高1.3米及整平横坡2%，设计桩长19m，复合地基承载力≥90KPa。旋喷桩桩径为50cm，一般路段桩距1.5米，呈梅花形布置，施工时桩尖要求穿透软土层，进入持力层100cm以上，旋喷桩布置原则为与井或桩冒间距大于0.8m。岩土特征见表11.1。 表11.1岩土特征表序号地层名称地层描述厚度(米)1素填土黄灰色，松软，以粘性土为主，表层土为施工中的填土，含碎石砖块，欠固结。0.4～3.22淤泥质素填土灰色，松软，以淤泥质粉质粘土为主，含腐殖质。0.4～2.13粉质黏土灰色，软塑，中等韧性，中等干强度。0.6～2.14淤泥质粉质粘土灰色，，流塑，高压缩性，高含水量，含有机质，稍有光泽，中等韧性，中等干强度。6.0～8.55粉土灰色，饱和，松散，中压缩性，呈透镜体状。1.2～1.26淤泥质粉质黏土灰色，流塑，高压缩性，夹粉砂、粉土，含有机质，稍有光泽，中等韧性，中等干强度。6.8～9.68粉土灰色，饱和，稍密，中偏低压缩性，含云母碎屑，低韧性，低干强度。0.8～0.811.2施工情况为保证旋喷桩的施工质量，根据施工条件、设计要求和相关行业规范，拟采取如下质量保证措施达到施工质量目标。⑴放注浆管前，先在地表进行射水实验，待气、浆压正常后，才能下注浆管施工。⑵高喷施工时隔两孔施工，防止相邻高喷孔施工时串浆。相邻的旋喷桩施工时间间隔不少于48小时。⑶采用32.5R普通硅酸盐水泥作加固材料，每批水泥进场必须出具合格证明，并按每批次现场抽样外检，合格后才能投入使用。施工中所有计量工具均应进行鉴定,水泥进场后，应垫高水泥台，覆防雨彩布，防止水泥受潮结块。⑷浆液水灰比、浆液比重、每米桩体掺入水泥重量等参数均以现场试桩情况为准。施工现场配备比重计，每天量测浆液比重，严格控制水泥用量。运灰小车及搅拌桶均做明显标记,以确保浆液配比的正确性.灰浆搅拌应均匀，并进行过滤。喷浆过程中浆液应连续搅动，防止水泥沉淀。⑸ 施工前进行成桩试验，由设计、业主、监理、施工单位共同确定旋喷桩施工参数，保证成桩直径不小于设计桩径。⑹严格控制喷浆提升速度，其提升速度应小于0.14m/min。喷浆过程应连续均匀，若喷浆过程中出压力骤然上升或下降，大量冒浆、串浆等异常情况时，应及时提钻出地表排除故障后，复喷接桩时应加深0.4米重复喷射接桩，防止出现断桩。⑺高喷孔喷射成桩结束后，应采用含水泥浆较多的孔口返浆回灌，防止因浆液凝固后体积收缩，桩顶面下降，以保证桩顶标高满足设计要求。⑻因地下孔隙等原因造成返浆不正常，漏浆时，应停止提升，用水泥浆灌注，直至返浆正常后才能提升。⑼引孔钻孔施工时应及时调整桩机水平，防止因机械振动或地面湿陷造成钻孔垂直度偏差过大。为保证顺利安放注浆管，引孔直径采用Φ150mm成孔，岩芯管长不小于2.0米。穿过砂层时，采用浓泥浆护壁成孔，必要时可下套管护壁，以防垮孔。⑽实行技术人员随班作业制，技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间，注浆流量，风量，压力，旋转提升速度等参数是否满足设计要求，及时发现和处理施工中的质量隐患。当实际孔位孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与工程地质报告不符等情况时，应详细记录，认真如实填写施工报表，客观反映施工实际情况。⑾根据地质条件的变化情况及时调整施工工艺参数，以确保桩的施工质量。调整参数前应及时向业主、监理、设计部门报告，经同意后调整。⑿配备一台备用发电机组。旋喷桩施工，进入旋喷作业则应连续施工。若施工过程中停电时间过长，则启用备用发电机，保证施工正常进行。⒀施工现场配备常用机械设备配件，保证机械设备发生故障时，能够及时抢修。 11.3工程监测和结果评价通过采取相应措施，在施工过程中严格控制各质量要点，目前的施工质量得到了很好的保证，为xxx路工程的全面完工奠定了坚实的基础，为今后在软基处理方面积累了丰富的经验。'