軟土地區城際鐵路高壓旋噴樁處理技術應用

詹祥元 孟祥偉

（1陜西鐵路工程職業技術學院， 陜西 渭南 714000）（2山東濟鐵工程建設監理有限責任公司， 山東 濟南 250000）

1 高壓旋噴樁加固機理

高壓噴射法就是利用工程鉆機鉆孔至設計深度后，用高壓泥漿泵，通過安裝在鉆桿（噴桿）桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周圍土體高壓噴射水泥漿液，或同時噴射水與空氣，同時鉆桿（噴桿）以一定的速度邊旋轉邊提升，高壓射流使一定范圍內的土體結構破壞，并強制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結體[1]。

根據高壓旋噴樁在施工中設備的不同，其加固機理主要體現在：重構作用，高壓旋噴樁的高壓噴射流切割破壞土體， 噴流動壓以脈沖形式沖擊土體，使土體結構破壞進而與噴嘴噴出的泥漿重構形成膠結物；混合攪拌作用，鉆桿在旋轉和提升的過程中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒向與噴嘴移動相反的方向(即阻力小的方向)移動，與漿液攪拌混合后形成固結體；同時，由于高速水射流切割土體的同時，壓縮空氣把一部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補入，產生置換作用；高壓漿液.充填滲入原有的土體空隙，析水固結，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結體；另外，噴嘴產生的壓力對土層可產生一定的壓密作用，使高噴樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分[2～4]。

2 工程地質及設備情況

2.1 工程地質情況

山東青島至榮城城際鐵路引入青島樞紐鐵路工程，工程沿線廣泛分布第四系全新統人工堆積（Q4ml）填筑土、雜填土及素填土，厚度4m左右；沖洪積（Q4al+pl）黏性土、粉土、砂類土及碎石類土，局部夾淤泥質土7～9m；第四系上更新統沖洪積（Q3al+pl）黏性土、砂類土，厚度1.3～10.6m。

2.2 主要設備及的施工參數

施工過程中采用MGJ-50旋噴錨桿鉆機，配備75kw發電機，XPC-90高壓泵，試樁過程中分別用三組不同噴漿壓力，提升速度和轉速的組合施工了 3根樁，經過對試樁質量的檢查對比，采用1：1水灰比，水泥用量113 kg/m，轉速采用20 r/min，水泥漿流量80～120 L/min，提升速度0.2m/min，噴漿壓力20Mpa。

3 施工工藝要點及質量控制措施

3.1 制備水泥漿

泥漿制備按照水灰比 1：1進行配制，在制備過程中，先向桶中加計量好的水，然后再將水泥和外摻劑一起倒入桶中，先攪拌 10～20分鐘后讓水泥漿過第一道篩網（孔徑為0.8mm），從攪拌桶底部閥門流出到漿液池中，然后通過泥漿泵將泥漿池中的泥漿抽進含有第二道過濾網（孔徑為0.8mm）的泥漿桶中，待壓漿時備用。水泥漿不得有離析現象，停置時間不得超過2小時，若停置時間過長，不得使用。

3.2 鉆孔插管

鉆機按照預先放樣的點位就位，確保就位位置與設計位置的偏差小于50mm，然后調整鉆機平整、機架和鉆桿的垂直度，確保機架和鉆桿垂直度偏差不大于1.0%。插管鉆孔過程中宜采用邊射水邊鉆孔的方式進行，以防止泥砂堵塞噴嘴，射水壓力不宜超過1Mpa，同時鉆孔過程中要密切注意鉆桿垂直度，確保鉆機不移動，鉆桿不發生傾斜，并詳細作好成孔過程中的鉆進記錄。

3.3 噴射注漿

當噴嘴達到設計高程后，先送高壓水，再送漿液和壓縮空氣，當灰漿到達出口后應原位噴射攪拌1min，當達到噴射壓力后再按照提升參數邊旋轉邊提升，以防底部注漿不足或漿管扭斷；當噴漿壓力突然劇烈變化時要暫停提升，如因故暫停時應將攪拌頭下沉到停漿點0.5m以下，待恢復供漿后再噴漿攪拌。當鉆孔深度較大，注漿管不能一次提升完成而需分次拆卸時，應控制注漿管拆卸時間并將噴頭下沉50cm以保障搭接長度。噴漿過程如中斷40分鐘以上，則必須全面清洗輸漿管路，消除輸漿管路中凝結的水泥漿，管道疏通后搭接噴射；施工過程中應注意密切注意地面冒漿情況，當地面未見冒漿或冒漿量超過注漿量的 20%時，應查明原因并采取相應補救措施。

3.4 樁體加固強度和均勻性控制

樁體壓漿前要確保輸漿管道暢通，避免壓漿階段因管道堵塞而發生斷漿現象，保證壓漿連續進行，壓漿過程中國按照試樁參數確定的提升速度均勻提升噴頭，同時保持輸漿泵壓力穩定，壓漿完成后檢查樁體用漿量符合設計要求，從而確保樁體強度和均勻性。若壓漿因故中斷，恢復壓漿時在斷漿面上下重復搭接不小于0.5m，中斷時間超過3小時時應在原樁位旁邊重新補樁。

3.5 樁體垂直度控制

鉆機就位時將鉆機位置與樁位的偏差控制在2cm以內，同時要注意旋噴樁鉆機底盤的水平和導向架對地面的垂直度，保證導向架的垂直偏差控制在1.0%以內，施工過程中不定時用吊錘觀測鉆桿的垂直度，如發現偏差過大時須及時調整。

3.6 樁頂強度控制

高壓旋噴樁在漿液與土粒攪拌混合后的凝固過程中，樁頂部分容易因為水泥漿的析水作用而導致一定程度收縮，造成樁體頂部出現凹穴現象，從而影響樁體頂部質量，凹穴的深度受地層性質、漿液的析水性、固結體的直徑和成孔深度等因素的影響。單管旋噴的凹穴深度一般為設計樁徑的 1-1.5 倍。施工過程中為防止凹穴現象的出現，達到地基加固理想的效果，在裝訂部分采取超高旋噴、返漿回灌等措施控制樁頂質量。同時，當噴嘴接近樁頂設計標高時，應自地面以下1m提升出地面時采用慢速以保證樁頭施工質量。并使實際樁頂標高高于設計標高0.3～0.5m。噴射注漿至設計頂面后，需待水泥漿從孔口返出后方可停止送漿。

4 質量檢驗

旋噴樁施工完畢28天后，根據地質勘察資料和施工過程中的記錄資料，選取了有代表性的樁位，施工中出現異常情況的部位，按照樁總數1%的比例確定了質量檢驗點，按照全長抽芯取樣進行無側限坑壓強度試驗，經過獨立第三方機構對旋噴樁進行鉆心法檢測15根樁，其無側限抗壓強度試驗值在4.7MPa～13.0 MPa之間，同時采用平板載荷試驗檢測復合地基承載力，試驗 3根樁，單樁復合地基承載力特征值均為180kPa，施工質量安全復合設計要求。

5 結束語

高壓旋噴樁施工過程中，每米水泥漿的用量、噴嘴旋轉速度，鉆桿提升速度和水泥漿的流量控制等參數需要相互匹配，才能取得好的加固效果；樁孔位置，鉆孔過程中鉆桿的垂直度也會對成樁質量產生影響。同時，施工過程中作業人員要嚴格執行成樁參數，密切關注并記錄成樁過程中的各種數據。保障施工質量和地基處理效果。