旋喷桩加固机理方案选择施工工艺

1、工程概述

通让线K100+276.23新建1-7.0m顶进框构桥，桥址地质：自上而下依次为素填土、粉质粘土、粉土、细砂、粉砂，地基承载力[δ]=100-120kPa，设计为高压旋喷桩进行加固，加固体直径为600mm,桩长5m，孔位间距为1.2m，共计300根。既有线下路基设计为路基边坡斜向钻孔，与水平线交角10.8°-34.2°，桩长为4.84-4.24m。桩体设计强度为2.5MPa，加固后复合地基试验承载力[δ]≥150kPa，桩体单桩竖向承载力特征值Ra=282KN。

2、旋喷桩加固机理

所谓高压旋喷桩，就是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使水泥浆液以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，土粒从土体剥离下来，除部分土粒随水泥浆冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与水泥浆搅拌混合并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列。水泥浆凝固后在土中形成一个固结体，从而使地基得到加固。

旋喷时喷嘴以20MPa左右的压力喷射，同时以一定速度（20-22r/min）旋转和（15-30cm/min）徐徐提升，形成圆柱状固结体提高地基的抗剪强度及改善土的变形性质。使其在上部结构荷载直接作用下，不会产生破坏或较大变形；并可形成封闭的帷幕。

3、施工方案选择

3.1方案选择

高压旋喷桩注浆法分为单管法、二重管法、三重管法。从施工过程中来看，单管法施工时，是以水泥浆高速喷射冲击破坏土体，从单管喷射高压水泥浆为喷射流；二重管法、三重管法施工时，是以水泥浆、水或压缩空气等介质高速喷射冲击破坏土体，形成喷射流。本框构地基为软弱泥沙质土层且含水量较大，如在施工过程中排水量较大时，对软弱土层的物理力学性质起到软化和泥化的不良作用。本框构桥采用单管法进行地基加固处理。

3.2机具人员配置

机具：MJG-50型锚杆钻机2台，GPB-90型高压注浆泵2台，WJG-80型制浆机4台，一千升浆桶1个。

人员：施工负责人1名、技术员1名、机长2名、电工及灌浆工等技术工人8名。

3.3 施工参数确定

1、施工技术参数

2、浆液用量计算公式：Q=Hq（1+α）/V

式中Q为浆液用量（m3），V为提升速度（m/min），H为旋喷桩长度（m），q为单位时间压浆量（m3/min），α为损失系数，一般为0.1-0.2。

3、施工配合比：水、水泥、速凝剂、膨胀剂掺入比例为1:1:0.1:0.01。

4、施工工艺

4.1施工准备

在既有线路基边坡测量放样，钉木桩标出每个旋喷桩的位置，在路堤坡脚外挖沉淀池和排污池。

4.2钻机就位

垂直旋喷桩施工：钻机安放在设计的孔位上并保持垂直，施工时旋喷管倾斜小于1.5%。

斜向旋喷桩施工：在路基边坡上用钢脚手杆搭设层高2.0m的作业排架，排架间距为1.0m，在排架上满布跳板作为施工平台外侧设防护栏杆。因钻机斜向钻进产生的反作用力易造成平台倾斜。在排架每个节点处，垂直既有线坡面打入钢管桩，深2.0m,并用锁扣锁住，外侧设置支撑柱对作业平台进行加固。

钻机就位调整：将钻机用汽车吊吊在作业平台上，调整钻杆和导向架达到设计角度，固定钻机并钻进。

4.3钻机成孔

旋喷桩平面布孔形式为矩形，沿框构桥向平行对称布孔。采用间隔跳打方式进行施工，提升速度20cm/min，转速20r/min，钻孔位置与设计位置允许偏差不得大于50mm。

4.4插管喷射

钻机对位后将喷管插入地层预定的深度，插管与钻孔同时完成。插管过程中为防止泥沙堵塞喷嘴，采用边射水、边插管，水压力不超过1MPa。压力过大时发生过孔壁射塌现象。

喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业。实验员时刻注意检查水泥浆初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升随度等参数，与设计要求进行比照，随时做好记录，并绘制作业过程曲线。当水泥浆初凝时间超过20小时后，及时停止使用该水泥浆液并查找原因，调整后方可继续施工。

喷射施工完毕后，把注浆管等机具设备冲洗干净，采用水泥浆换成水，在地面喷射，清除泥浆泵、注浆管内、软管内残存水泥浆。

4.5 工艺流程图

5、施工措施

5.1钻机就位时机座平稳，立轴或转盘与孔位对正，倾角与设计误差不大于0.5°。

5.2喷射注浆前，先检查高压设备管路系统，设备的压力和排量满足设计要求，管路系统密封圈良好，各通道和喷嘴无杂物；喷射注浆时，注意开动注浆泵，待估算水泥浆的前锋流出喷头后，开始提升注浆管，喷射注浆的孔段与前段搭接0.1m，防止固结体脱节；喷射注浆作业后，由于水泥浆析水会出现收缩固结体顶面出现凹穴，所以及时用水泥浆进行补灌，防止钻孔排出的泥浆杂物流入。

5.3 在相邻两个孔间开挖排浆沟，形成桩与桩之间的系梁，以提高复核地基总体的承载力。

5.4冒浆处理：在旋喷处理中，有一定数量的土粒，随着一部分水泥浆沿着注浆管管壁冒出地面。通过现场试验员观察，及时了解土层状况，喷射的大致效果和喷射参数的合理性等。冒浆量小于注浆量的20%者为正常现象，超过20%或完全补冒浆，技术查明原因，并采取如下措施：

1、若系地基中空隙过大引起不冒浆，采用在水泥浆中添加速凝剂，缩短固结时间，使水泥浆在一定土层范围内凝固另外在空隙地段增加注浆量，填充完空隙后在继续正常施工。

2、冒浆量过大时，一般为有效喷射范围与水泥浆不相适应，注浆量超过旋喷固结所需的浆量造成的。减少的方法根据现场的实际情况采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴直径、控制固结体形状。

6、质量检验

6.1检查内容

旋喷桩检验分为施工前检查和施工后的检查，施工前先进行旋喷试验固结体，主要通过检查确定旋喷参数、水泥浆配件、外加剂材料，旋喷质量等，施工后检查为旋喷固结体在土层形成后进行，检验时间为喷射施工结束后4周进行，检查数量为旋喷固结体数量的2%～5%，每个加固工程至少2个，检查对象为地质条件复杂地区及旋喷时异常现象的固结体。

质量检查内容：固结体的整体性和均匀性；有效直径；垂直度、强度特征（包括桩的横向压力、水平推力、抗酸碱性、抗冻性、抗渗性等）、溶蚀和耐久性能。

6.2检验方法

本工程旋喷桩施工完成后采用室内试验及荷载试验两种方法进行质量检验。

室内试验：共制作3组标准试件进行无侧限抗压强度试验，强度大于设计的2.5MPa为满足要求。

荷载试验：有平板静荷试验和载荷板试验两种，本工程采用静荷载试验，试验结果为单桩承载力300-320KN，大于设计值282KPa。桩间土的承载力为155～170KPa，大于设计值150MPa，满足设计要求。

7、结束语

该框构桥经过地基旋喷桩加固后，预制框构桥主体顶进施工作业及养护维修线路期间，框构桥施工影响区段的线路未发生明显沉降，保证了铁路营业线安全，软土地基加固取得较好的施工效果，为类同项目提供借鉴。