水泥旋噴樁加固軟地基工法

一、前言
旋噴樁全稱高壓旋噴注漿法，最早于20世紀(jì)60年代末期應(yīng)用于日本大阪市地鐵施工中，我國是繼日本后，研究開發(fā)高壓旋噴注漿較早的國家，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、公路等工程的地基處理中，使軟基處理更快捷，更加徹底，具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
二、工法特點(diǎn)

1. 設(shè)備簡單，施工方便。旋噴法全套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，機(jī)動性強(qiáng)，占地少，能在狹窄的現(xiàn)場施工。
2. 適用范圍廣，處理效果好。由于旋噴法使用的壓力大，因而噴射流的能量大，速度快。無論細(xì)粒還是碎石，卵石土等各種土質(zhì)，均有巨大的沖擊，破碎和攪動作用，使注入的漿液和土均勻凝固成為固結(jié)體。
3. 施工安全無公害。各種高壓泵和泥漿泵等均勻后安全閥和超壓自停自泄裝置，有安全保障。施工機(jī)具的振動小，不會對周圍建筑帶來振動影響和噪聲公害。
4. 工期短、效益高。由于沉降時間短，沉降量小，處理后軟基上部填方及反槽施工的結(jié)構(gòu)物施工不受制約，從而提高工效。

三、使用范圍

1.  適用于處理淤泥土，粉質(zhì)粘土和低強(qiáng)度的粘性土地基。
2. 加固深度達(dá)30M以上單樁承載力可達(dá)380KM以上，加固強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取90天齡期的無側(cè)限強(qiáng)度，一般達(dá)到2。0—4。0MPA。

四、施工工藝
旋噴樁就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使水泥漿或水成為20MPA左右的高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體.當(dāng)能量大，速度快和呈脈動狀后噴射流的動壓超過土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時，土粒便從土體剝落下來。一部分細(xì)小的土粒隨著漿液冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下與漿液攪拌混合，并按一定比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后，使在土中形成一個固結(jié)體。固結(jié)體的形態(tài)和噴射流的方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射（簡稱旋噴）和定向噴射（簡稱定噴）兩種形式。旋噴時噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)和提升，固結(jié)體是圓柱狀，主要用于加固地基，提高地基的抗剪強(qiáng)度、改善土的變形性質(zhì)，使其在上部結(jié)構(gòu)荷栽直接作用下，不產(chǎn)生破壞或過大的變形；定噴時，噴嘴一面提升，噴射方向固定不變，固體體形如劈狀，通常用于基礎(chǔ)防滲，改善地基土的性質(zhì)和穩(wěn)定邊坡等工程。
作為地基加固，通常采用旋噴注漿形式，使加固土體在土形成均勻的圓柱體或異形圓柱體。高壓旋噴法基本分為單管法、二重管法、三重管法和多重管法等四種。
高壓旋噴法通過在軟土層中形成水泥固結(jié)體等樁間土一起形成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力，減少地基的沉降變形，達(dá)到地基加固的目的，加固后的地基的承栽力旋噴樁的強(qiáng)度，樁間土的性質(zhì)和面積置換率等因素有關(guān)，通常采用下式來計復(fù)合地基的承栽力：
∫_spk=［R^d_k+β∫_sk(A_e-A_P)］/A_e
式中：∫_spk——復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)
      ∫_s.k——樁間土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)
A_{e————}根樁承擔(dān)的處理面積（m²）
A_{P————}樁的平均截面積（m²）
β——樁間地基承載力折減系數(shù)；一般取0-1；
R^d_{k————}單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）。通過現(xiàn)場載荷試驗確定，也可按有關(guān)公式計算。
旋噴樁對地基的作用機(jī)理有以下幾個方面：

1. 因旋噴樁的存在，使得軟弱土層在荷載作用下由原來的無側(cè)限狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǖ倪吔鐥l件的應(yīng)力狀態(tài)，從而提高了樁間土的強(qiáng)度；
2. 由于旋噴樁在自重作用下對樁周圍有一定的擠密壓實作用，即樁的側(cè)壁摩陰力，也使得樁周圍的軟弱土層承載力提高；
3. 旋噴結(jié)束后，當(dāng)水泥土混合漿液尚未凝結(jié)時，這種漿液將產(chǎn)生擠壓力，對周圍土有壓密作用，并使部分漿液進(jìn)入土粒之間的空隙中，形成“脈”狀、“板”狀水泥結(jié)石體，這種情況在開挖檢查比較明顯。

五、工藝流程（見圖1）
 
 
 

旋噴樁施工工藝流程圖 旋噴樁采用單管旋噴施工工藝   測量定位     樁機(jī)就位并調(diào)平機(jī)身     啟動主鉆機(jī)鉆進(jìn)     在設(shè)計深度停鉆     啟動噴漿機(jī)   水泥漿制作   檢查噴料是否正常     提鉆到停噴標(biāo)高時停止噴     在設(shè)計標(biāo)高處停提鉆，鉆頭轉(zhuǎn)動     提鉆到地表以上     樁機(jī)移位

六、施工要點(diǎn)：
下面結(jié)合丹拉高速公路天津南段13標(biāo)軟基處理的施工介紹旋噴樁工法的施工要點(diǎn)：

1. 鉆機(jī)就位：鉆機(jī)安放在設(shè)計的孔位上并保持垂直，施工時旋噴后的應(yīng)許傾斜不得大于1.5%。鉆機(jī)口位置與設(shè)計位置的偏差不得大于50mm。
2. 下管前必須檢查管路是否暢通，按頭密封是否良好。
3. 插管：插管是將噴管插入地層預(yù)定的深度，在插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，可邊射水邊插管，水壓一般不超過1MPa。
4. 當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后，由上而下進(jìn)行噴射作業(yè)，噴射注漿時要注意，待估算水泥漿的前峰已流水噴頭后（一般2-4秒）方可開始提升注漿管。值班人員必須時刻注意檢查漿液初凝時間，注漿流量等技術(shù)參數(shù)，一般漿的壓力為35MPA轉(zhuǎn)速25-30r/秒 。提速控制在20~25cm/秒。
5. 施工時，加強(qiáng)前臺與后場供漿配合密切，后場停止供應(yīng)時，應(yīng)及時通知前臺，防止斷樁和缺漿。再次供漿時，攪拌機(jī)需下次停漿點(diǎn)0.5M以下，待恢復(fù)供漿時在提升。如停止時間超過3小時，需將輸漿卸下進(jìn)行清洗。
6. 所用水泥漿，水灰比要按設(shè)計規(guī)定，不得隨意更改，要保證水泥質(zhì)量，水泥要過篩，其細(xì)度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)篩上的篩余量不大于15%，禁止使用受潮，過期的水泥。
7. 噴射注漿孔與高壓泵距離不能過長，防止高壓軟管過長，沿程壓力損失增大，造成實際噴射壓力降低。
8. 當(dāng)樁頂接近標(biāo)高時，為保證樁頭的施工質(zhì)量鉆井自設(shè)計標(biāo)高以下1M噴漿提升時，采用慢速，控制在15厘米/秒。
9. 噴射結(jié)束后，若發(fā)現(xiàn)漿面下降應(yīng)立即在噴射孔內(nèi)進(jìn)行靜壓充填，直至漿液面不再下流為止。
10. 施工中出現(xiàn)冒漿，一般是因為注漿量超過所需漿量所致，可采取如下措施：①

提高噴射壓力②適當(dāng)縮小噴嘴直徑③加快提高和轉(zhuǎn)速。

1. 一般說來，重復(fù)噴射有增經(jīng)效果，由于其難以控制和影響進(jìn)度，因此在實際施工中不把它作為增經(jīng)的主要措施，通常在漿液噴射不足或工程要求有較大直徑時才進(jìn)行復(fù)噴。

七、主要機(jī)具
丹拉高速公路天津南段旋噴樁采用單管法，每套設(shè)備主要配備機(jī)具見表1
表1 主要機(jī)具設(shè)備
 

序號	名稱	型號	單位	數(shù)量
1	高噴臺車	XY—2	臺	1
2	高壓旋噴泵	XPB—90	臺	1
3	水泥攪拌機(jī)	SF—200	臺	1

八、勞動力組織
本工法的勞動力組織見表2
表2勞動力組織
 

序號	工種	人數(shù)	工作內(nèi)容
1	班長	1	負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)指揮各工序的操作，控制加固質(zhì)量排除施工中的各種故障
2	操作員	3	按設(shè)計施工工藝，正確操縱鉆頭的鉆進(jìn)和提升檢查維修機(jī)械負(fù)責(zé)使用聯(lián)絡(luò)信號
3	制漿員	3	負(fù)責(zé)水泥漿的制作，保證施工的連續(xù)性
4	司漿	1	統(tǒng)計材料用量，記錄泵送時間，清洗輸料管
5	電工后勤	2	負(fù)責(zé)設(shè)備的安裝和安全使用
6	記錄員	1	負(fù)責(zé)施工記錄，操縱電器控制儀表，使用聯(lián)絡(luò)信號，并質(zhì)量檢查員工作

九、質(zhì)量控制

• 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)偏差≤55CM
樁經(jīng)  不小于設(shè)計
有效樁長  不小于設(shè)計
垂直度  ≤1。5%
樁頂標(biāo)高偏差≤±5CM
（二）檢測技術(shù)

1. 室內(nèi)灰比實驗

現(xiàn)場采集要加固的土樣及施工用的水泥送至試驗室，按設(shè)計提供水泥參考用量分組選用不同水泥用量試塊，試塊成形后送入標(biāo)養(yǎng)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，達(dá)到規(guī)定齡期后，作無限抗壓強(qiáng)度試驗，選定最優(yōu)的灰比。

1. 試樁

施工前先打一組試樁（3顆），從而確定施工的各項參數(shù)，如鉆進(jìn)速度，提升速度和旋轉(zhuǎn)速度等，確定機(jī)械需配備的人員。在試樁成樁28天后，做抽芯檢測和單樁載力和復(fù)合地基承載力試驗，最后確定合理的施工技術(shù)措施和方案。
（三）質(zhì)量控制措施

1. 開工前組織施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，施工中根據(jù)質(zhì)量工程要求召開質(zhì)量專題會，不得使用不合格的施工機(jī)具及不合格或失效的水泥。
2. 鉆機(jī)開孔前必須復(fù)核孔位、孔距，檢查鉆機(jī)的水平度、軸垂直度。鉆進(jìn)時應(yīng)避免鉆機(jī)的劇烈振動，跳動及鉆桿擺動，確保鉆機(jī)垂直度。
3. 控制旋噴的壓力和提升及旋轉(zhuǎn)速度，確保加固范圍內(nèi)每一深度的噴漿飽滿。
4. 用比重秤或比重計來檢查拌制的水泥漿是否符合設(shè)計要求。技術(shù)人員應(yīng)經(jīng)常檢查每延米用漿量和水泥用量是否滿足設(shè)計和施工要求。
5. 鉆到終孔深度后，技術(shù)人員應(yīng)及時檢查驗收孔深及孔斜率，以確保以上技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。
6. 隨時檢查施工記錄，對照施工工藝對每根樁進(jìn)行質(zhì)量評定。對不合格的樁，視具體情況采取補(bǔ)救措施。
7. 抽選一定數(shù)量的樁進(jìn)行淺部開挖，檢查樁體的成樁質(zhì)量，量測樁徑、樁距等指標(biāo)，并鉆蕊取樣進(jìn)行強(qiáng)度試驗。

十．安全措施   

1. 嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程，安全員負(fù)責(zé)安全教育和檢查，禁止不符合要求的施工操作。
2. 所有機(jī)械操作人員須持證上崗。
3. 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時，崗上人員必須堅守崗位，夜間作業(yè)應(yīng)有充分的照明設(shè)施，登高作業(yè)要系安全帶。
4. 建立機(jī)械設(shè)備的定期檢查、保養(yǎng)制度。

十一、效益分析
本工法沒有特殊的施工技術(shù)，操作簡單易行，較粉噴樁、攪拌樁地基加固方法加固深度大固加劑用量易控制，加固地基效果好，樁距是攪拌樁的2-2.5倍，比攪拌樁施工方法省投資進(jìn)1/10，且無噪聲、粉塵和泥漿等污染，具有較高的推廣價值。
十二、工程案例
丹拉高速公路天津南段13標(biāo)全長8.5627KM，處于渤海灣沉降區(qū)，線路所經(jīng)區(qū)域均為軟土地基地段，設(shè)計對橋頭路基及涵洞，通道等構(gòu)筑物基礎(chǔ)采用旋噴樁加固處理。我局二公司于2001年9月15日開始組織旋噴樁施工，9月25日正式開工，2002年1月15日完工，共制樁6840根，樁徑為0.6M，單樁有效長度平均為15M，成樁率100%，抽取了3%的樁進(jìn)行樁體質(zhì)量檢查，全部達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，收到了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)情況見表3、表4
 
表3施工情況
 

樁機(jī)編號	開工日期	完工日期	制樁根數(shù)	總延長米
1	2001-9-25	2001-12-28	691	10365
2	2001-9-25	2002-1-5	742	11130
3	2001-9-25	2002-1-8	761	11415
4	2001-10-5	2002-1-12	703	10545
5	2001-10-5	2002-1-15	719	10785
6	2001-10-10	2002-1-13	673	10095
7	2001-10-10	2002-1-15	679	10185
8	2001-10-10	2002-1-13	668	10020
9	2001-10-15	2002-1-7	610	9150
10	2001-10-15	2002-1-2	594	8910
總計			6840	102600

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
表4   樁位偏差情況
 

樁機(jī)區(qū)	檢查樁數(shù)	垂直度≯1.5%者	樁位≯5CM者	合格樁數(shù)	合格率
1	21	21	21	21	100%
2	23	23	23	23	100%
3	23	23	23	23	100%
4	21	21	21	21	100%
5	22	22	22	22	100%
6	21	21	21	21	100%
7	21	21	21	21	100%
8	20	20	20	20	100%
9	19	19	19	19	100%
10	18	18	18	18	100%

 
 
                               
                          中鐵十四局二公司丹拉指
                                                執(zhí)筆：任元柱
 

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