浅析高压旋喷桩的施工原理及路基处理的应用

浅析高压旋喷桩的施工原理及路基处理的应用

摘要:本文主要阐述了高压旋喷桩的基本原理、特点及施工工艺，并针对其在路基处理中的应用进行论述，仅供参考。

关键词: 旋喷桩、施工原理、公路软基

1 高压旋喷桩的基本原理及特点

1. 1 高压旋喷成桩原理

高压喷射注浆是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定深度后,以20～40MPa 压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来,形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度快呈脉动状的射流,其动压大于土层结构强度时,土颗粒便从土层中剥落下来,一部分细颗粒随浆液或水冒出地面,其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下,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,便在土层中形成一个一定强度的固结体,这就是旋喷桩。

1. 2 高压旋喷桩优点与用途

高压旋喷桩适用范围广,施工简便固结体形状可以控制,设备简单、管理方便、无公害,料源充裕并有较好的耐久性,广泛运用于永久性工程。高压喷射注浆主要用途是加固与防渗,在各类工程建设中,因其简单的设备及独特的施工方法,可以解决其他法无法解决的难题。目前普遍应用于:提高地基承载力,减小沉降变形;已有建筑地基补强、基础托换及扶正纠偏;土层旋喷锚杆;支挡与防渗;固化流砂防止砂土液化;射水松土拔钢板桩等各类工程项目中。

2 高压旋喷桩的工艺流程

高压旋喷桩所使用的喷射流共有四种:

(1) 单管喷射流:为单一的高压水泥浆液喷射流;

(2) 二重管喷射流:为高压浆液喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流,组成为复合式高压喷射流;

(3) 三重管喷射流:由高压水喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流组成,亦为复合式高压喷射流;

(4) 多重管喷射流为高压水喷射流。本项目中所采用的是单管喷射注浆。

2. 1 施工工艺顺序

工程总体施工顺序为:平整场地、工艺试桩、清除地下及空中障碍→测量放线、放桩位→施工旋喷桩(先施工靠近主线路基的三排桩,再施工远离主线路基的其余部分) →检查、补漏、完成。

2. 2 工艺流程

根据设计要求,采用单管法施工。施工工艺流程为:场地平整→机具就位、调整→钻孔、插管→试喷、喷射注浆→旋喷成桩→拔管及冲洗等。

3 高压旋喷桩在路基处理上的应用

3. 1 工程地质条件

在建工程为某高速公路上的一段匝道路基, 高速公路四村互通立交E 匝道EK0 + 218～ EK0 + 280 路段,根据钻孔揭露及现场调查结果,第四系覆盖层:主要为冲洪积层(Qal + pl ) 、残积土层(Qel ) 。详述如下:

(1) 冲洪积层(Qal + pl ) :该层主要分布广泛,土质以亚粘土、淤泥等为主,局部夹砂土。冲洪积层(Qal + pl ) 分四个亚层: ②- 1 、②- 2 、②- 3 , ②- 4 。

②- 1 淤泥质亚粘土:深灰色,饱和,软塑状,土质具粘性,含有机质。平均厚度6. 8m;层底标高- 5. 1m。标贯试验N = 3 击。②- 2 亚粘土:灰黄色为主,含较多粉细砂,软塑- 可塑,饱和;平均厚度12. 0m;层底标高- 14. 88m。标贯试验N = 3～7击②- 3 粗砂:灰黄色,饱和,稍密,上部含粉细砂及少量粘性土,下部含少量小角砾。平均层厚2. 2m ,层底标高- 17. 52m。②- 4 亚粘土:灰白、灰红色,硬塑状,含较多粉细砂;局部细砂含量达40 %而呈亚砂土状,中密。平均层厚3. 2m ,层底标高- 20. 75m。(2) 残积层(Qel ) : ③亚粘土:灰黄色、饱和,硬塑,土质均匀,局部含少量砾砂和岩屑。场地均有揭露,平均厚度为3. 8m ,层底标高为- 23. 95m。标贯N = 12～22 击。

3. 2 设计处理方案

该工程地层较差,淤泥层较厚、较深、地下水位相对较高,需进行软基处理。在本项目中,由于情况比较特殊,沿匝道路基方向上方,有一条平行于路基的高压线。这种条件的限制决定了工程工艺的选择。原设计方案采用塑料排水板和袋装砂井排水固结法,由于高压线无法拆迁,工期要求紧,采用塑料排水板和袋装砂井排水固结法施工不符合安全要求,因此设计单位变更了方案,采用高压旋喷桩。本项目使用旋喷的旋喷桩机是用MD - 50 锚杆钻机改装的,垂直高度只有2. 0m ,符合高压电施工安全的要求,有效地避免了安全事故的发生,同时地基沉降合工期也能满足设计要求。

因此,处理方法为旋喷桩法:旋喷桩桩径为600m ,桩间距为1300mm ,呈正三角形布置。单桩长根据各桩位实际情况而定约22m ,根据设计要求应穿过淤泥层,且进入下部粘土层不小于0. 6m。处理范围从道路主线相交处延长62m , 宽17m , 大至与主线平行。范围约有1054m2 ,布置719 条旋喷桩,工作量共15800 延米。

施工主要控制参数如下:浆液: 使用32. 5 级普通硅酸盐水泥作为固化剂, 桩径600mm ,水泥用量180kg/ m ,水灰比1 ∶1 ,相对密度1. 53 。浆液压力:20～40MPa ;浆液流量:80～100L/ min ;喷嘴孔径: Á2～3mm ,数量2 个;提升速度:0. 15～0. 20m/ min ;旋转速度:18～23r/ min ;复合地基承载力设计值200kPa 。

3. 3 施工方法

工程采用单管旋喷法施工。考虑到打桩时相邻两根桩相互干扰的问题,所有的桩应至少间隔一条桩,即跳跃式地施工,以保证尽可能小地影响相邻的桩基。

(1) 施工前先进行场地平整,清除地下障碍,挖好排浆沟,做好钻机定位。要求钻机安放必须保持水平,钻杆保持垂直,其倾斜度不得大于1. 5 %。

(2) 成孔。成孔时应根据现场地质条件的实际情况,确定成孔工艺。在标准贯入N 值小于40 的土层中进行单管喷射作业时,可采用旋喷钻机直接将注浆管插入;在深部有地下障碍时,采用地质钻机开孔。

(3) 插管。将注浆管插入钻孔预定深度,注浆管连接接头应密封良好。

(4) 喷射作业。喷射作业前应检查喷嘴是否堵塞,输浆(水)是否存在泄漏现象。确认无异常情况后,方可开始按设计要求进行喷射作业。施工过程中,应随时检查各压力表所示压力是否正常,出现异常情况,应立即停止喷射作业,待一切恢复正常后,再继续施工。

(5) 完成喷射作业,拔出注浆管。

(6) 拔出注浆管后,立即使用清水清洗注浆泵及注浆管道。

(7) 移位至下一根桩。移位至下一准确的桩位,重复以上工序,完成下一根桩的施工。

3. 4 质量检测

工程施工历时32d ,共完成旋喷桩719 根。为评价与检测加固效果,业主特委托有关单位分别进行了抽芯检测、桩头开挖、单桩静载荷试验和复合地基平板载荷试验。开挖检测10 个桩头,开挖深度1. 5～2. 0m。经测量和观察,旋喷体垂直度良好,桩径最小处大于0. 6m ,桩体外缘不平,桩土咬合密实,有利于桩体承载。

各抽芯检测孔所取得的桩芯均成长柱状,完整性较好,水泥土体胶结良好,取12 桩48 组样品室内试验,测得试样抗压强度为3～4. 5MPa 。

单桩静荷试验,采用快速荷载法,最大荷载为设计值的2 倍。在加固区进行复合地基平板载荷实验,采用慢速维持荷载法加载,大部分试桩的总沉降量不大,卸载后都有一定的回升,且有的实验回升较大,这表明桩的弹性模量、刚度和强度都较大,单桩及复合地基承载力均达到设计要求。

4 结束语

在本项目中,因场地高空条件限制和地基条件限制,灵活地采用改装旋喷桩机,是本项目中的一个鲜明的例子也是值得我们借鉴的。 但是也存在不足之处在于场地面积小,打桩时相邻桩基的扰动比较大,最好的方法是间隔跳打,尽量减少相邻桩基之间的影响。