地基处理与桩基工程技术高压喷射注浆地基

7-1-5-1 旋喷注浆桩地基

旋喷注浆桩地基，简称旋喷桩地基是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速（15~30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具有一定强度（0.5~8.0MPa）的圆柱体（称为旋喷桩），从而使地基得到加固。

1．分类及形式

旋喷法根据使用机具设备的不同又分为：

（1）单管法

用一根单管喷射高压水泥浆液作为喷射流，由于高压浆液射流在土中衰减大，破碎土的射程较短，成桩直径较小，一般为0.3~0.8m。

（2）二重管法

用同轴双通道二重注浆管复合喷射高压水泥浆和压缩空气二种介质，以浆液作为喷射流，但在其外围裹着一圈空气流成为复合喷射流，成桩直径1.0m左右。

（3）三重管法

同轴三重注浆管复合喷射高压水流和压缩空气，并注入水泥浆液。由于高压水射流的作用，使地基中一部分土粒随着水、气排出地面，高压浆流随之填充空隙。成桩直径较大，一般有1.0~2.0m，但成桩强度较低（0.9~1.2MPa）。

成桩形式分旋喷注浆、定喷注浆和摆喷注浆等三种类别。加固形状可分为柱状、壁状和块状等。

2．特点及适用范围

旋喷法具有以下特点：提高地基的抗剪强度，改善土的变形性质，使在上部结构荷载作用下，不产生破坏和较大沉降；能利用小直径钻孔旋喷成比孔大8~10倍的大直径固结体；可通过调节喷嘴的旋喷速度、提升速度、喷射压力和喷浆量，旋喷成各种形状桩体；可制成垂直桩、斜桩或连续墙，并获得需要的强度；可用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体，施工噪声低，振动小；可用于任何软弱土层，可控制加固范围；设备较简单、轻便，机械化程度高，材料来源广；施工简便，操作容易，速度快，效率高，用途广泛，成本低。

适于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、湿陷性黄土、人工填土及碎石土等的地基加固；可用于既有建筑和新建筑的地基处理，深基坑侧壁挡土或挡水，基坑底部加固防止管涌与隆起，坝的加固与防水帷幕等工程。但对含有较多大粒块石、坚硬粘性土、大量植物根基或含过多有机质的土以及地下水流过大、喷射浆液无法在注浆管周围凝聚的情况下，不宜采用。

3．桩径的选择

桩直径大小由注浆方法、土的类别、密度、施工条件等而定，表7-21可供参考。

桩径大小选用（m）  表7-21

4．机具设备及材料要求

（1）高压喷射注浆法主要机具设备包括：高压泵、钻机、浆液搅拌器等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门、接头安全设施等。高压喷射注浆法施工常用主要机具设备规格、技术性能要求见表7-22。

旋喷施工常用主要机具设备参考表  表7-22

2．二重管法选用高压泥浆泵、空压机和高压胶管等可参照上列规格选用；

3．三重管法尚需配备搅拌罐（一次搅拌量3.5m3），旋转及提升装置、吊车、集泥箱、指挥信号装置等；

4．其他尚需配各种压力、流量仪表等。

三重管系以三根互不相通的管子，按直径大小在同一轴线上重合套在一起，用于向土体内分别压入水、气、浆液。内管由泥浆泵压送2MPa左右的浆液；中管由高压泵压送20MPa左右的高压水；外管由空压机压送0.5MPa以上的压缩空气。空气喷嘴套在高压水喷嘴外，在同一圆心上。三重管由回转器、连接管和喷头三部分组成（图7-24）。回转器指三重管的上段，内安有支承轴承，当钻机转盘带动三重管旋转时，回转器外部不转内部转；连接管是指三重管的中段，为连接水、气、浆液的通道，旋转是由钻机转盘直接带动连接管使整根三重管旋转，根据旋喷深度可将多节连接管接长；喷头是指三重管的下段，其上装有喷嘴（图7-27e），是旋喷时向土层中喷射水、气、浆液的装置，也随连接管一起转动。喷嘴制造材料为硬质合金管，D0≈2mm左右。

图7-24 三重管构造

I-头部；II-主杆；III-钻杆；IV-喷头

1-快速接头；2-锯齿形接头；3-高压密封装置；4-鸡心形零件；5-凸接头；

6-凹接头；7-圆柱面加“○”形圈；8-转轴；9-半圆环；10-螺栓塞；11-喷嘴

浆液搅拌可采用污水泵自循环式的搅拌罐或水力混合器。

辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存、运输系统以及各种管件、阀门、接头、压力流量仪表、安全设施等。

（2）旋喷使用的水泥应采用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，要求新鲜无结块。一般泥浆水灰比为1：1~1.5：1，稠度大，流动缓慢，喷嘴易堵塞，增加排除故障时间，影响施工进度；稠度过小，对强度有影响。为消除离析，一般再加入水泥用量3%的陶土、0.9‰的碱。浆液宜在旋喷前1h以内配制，使用时滤去硬块、砂石等，以免堵塞管路和喷嘴。

5．施工工艺方法要点

（1）旋喷桩施工工艺流程如图7-25、图7-26所示。

图7-25 单管旋喷桩施工工艺流程

（a）钻机就位钻孔；（b）钻孔至设计标高；（c）旋喷开始；

（d）边旋喷边提升；（e）旋喷结束成桩

1-旋喷管；2-钻孔机械；3-高压胶管；4-超高压脉冲泵

图7-26 三重管旋喷法施工工艺流程

（a）振动沉桩机就位，放桩靴，立套管，安振动锤；（b）套管沉入设计深度；

（c）拔起一段套管，卸上段套管，使下段露出地面（使h＞要求的旋喷长度）；

（d）套管中插入三重管，边旋、边喷、边提升；（e）自动提升旋喷管；

（f）拔出旋喷管与套管，下部形成圆柱喷射桩加固体

1-振动锤；2-钢套管；3-桩靴；4-三重管；5-浆液胶管；

6-高压水胶管；7-压缩空气胶管；8-旋喷桩加固体

（2）施工前先进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机定位。要求钻机安放保持水平，钻杆保持垂直，其倾斜度不得大于1.5%。

（3）旋喷桩施工程序为：机具就位→贯入注浆管、试喷射→喷射注浆→拔管及冲洗等。

（4）单管法和二重管法可用注浆管射水成孔至设计深度后，再一边提升一边进行喷射注浆。三重管法施工须预先用钻机或振动打桩机钻成直径150~200mm的孔，然后将三重注浆管插入孔内，按旋喷、定喷或摆喷的工艺要求，由下而上进行喷射注浆，注浆管分段提升的搭接长度不得小于200mm。喷嘴型式有图7-27所示几种。

图7-27  喷嘴型式

（a）圆柱式；（b）收敛圆锥形；（c）流线形；（d）双喷嘴；（e）三重管用喷嘴

（5）在插入旋喷管前先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，插入后先作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。如因塌孔插入困难时，可用低压（0.1~2MPa）水冲孔喷下，但须把高压水喷嘴用塑料布包裹，以免泥土堵塞。

（6）喷嘴直径、提升速度、旋喷速度、喷射压力、排量等旋喷参数见表7-23或根据现场试验确定。

旋喷施工主要机具和参数  表7-23

（7）当采用三重管法旋喷，开始时，先送高压水，再送水泥浆和压缩空气，在一般情况下，压缩空气可晚送30s。在桩底部边旋转边喷射1min后，再进行边旋转、边提升、边喷射。

（8）喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即进行检查排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复核。

（9）当处理既有建筑地基时，应采取速凝浆液或大间隔孔旋喷和冒浆回灌等措施，以防旋喷过程中地基产生附加变形和地基与基础间出现脱空现象，影响被加固建筑及邻近建筑。

（10）桩喷浆量Q（L/根）可按下式计算：

    （7-9）

式中  H——旋喷长度（m）；

v——旋喷管提升速度（m/min）；

q——泵的排浆量（L/min）；

β——浆液损失系数，一般取0.1~0.2。

旋喷过程中，冒浆量应控制在10%~25%之间。对需要扩大加固范围或提高强度的工程，可采取复喷措施，即先喷一遍清水，再喷一遍或两遍水泥浆。

（11）喷到桩高后应迅速拔出注浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞。相邻两桩施工间隔时间应不小于48h，间距应不小于4~6m。

6．质量控制

（1）施工前应检查水泥、外掺剂等的质量，桩位、压力表、流量表的精度和灵敏度、高压喷射设备的性能等。

（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）的应用情况及施工程序。

（3）施工结束后28d，对施工质量及承载力进行检验、内容为桩体强度、承载力、平均直径、桩体中心位置、桩体均匀性等。

（4）旋喷注浆地基质量检验标准如表7-24所示。

旋喷（高压喷射）注浆地基质量检验标准  表7-24