大直径高压旋喷桩施工质量控制

张 伟

(温州市水利建设管理中心，浙江 温州 325000)

1 高压旋喷桩的成桩机理

高压旋喷桩的成桩机理是将带有喷嘴的钻头钻进至预设的位置，由设定旋转提升速度的喷嘴喷出高压(20～40MPa)射流(水、浆液或空气)冲击和搅拌周围土体，水泥浆液强制喷入土层与土体混合从而形成连续的柱状加固体。高压喷射流在土体内通过切割、混合搅拌、置换、充填渗透及压密等作用将水泥液与土体较为均匀地混合在一起形成胶结体，依靠水泥浆液特性固化地层，使地层强度得以提高。本文主要阐述三重管法大直径高压旋喷桩施工质量控制。由上可知高压射流冲击和切割能力以及钻具的旋转速度与提升速度与桩体的形成密切相关，同时浆液作为胶结材料其掺量与胶结体的强度密切相关。

旋喷桩的特点是：可提高地基的抗剪强度；利用高压水切割土体，使浆液均匀扩散，旋喷成桩直径可达到2.0m；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。

2 三重管法高压旋喷桩施工工艺

2.1 高压旋喷桩施工工艺流程

施工工艺流程见下图。

施工工艺流程图

2.2 施工顺序

a.测量放样。施工前用GPS测定高压旋喷桩中心位置，并用木桩做好桩位标记。

b.钻机安装调试。开钻前应对地面标高、机台标高进行测量，保证孔底标高满足设计深度，校验钻杆长度，用钢尺丈量钻杆的长度，对钻杆长度进行编号，并要求钻杆上有明显的刻度标记。钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常；司钻移动钻机至设计桩位，调整机身的平整度，使桩机钻头与设计桩位中心一致，孔位偏差应不大于50mm，造孔钻进一定进尺后对机身水平和立轴垂直度进行校核，可用水平尺校核机身的平整度，用线锤或全站仪校验钻杆的垂直度，施工时喷管的允许倾斜度小于1%。

c.引孔施工。由于本工程中含有抛石层，下喷射管前应用钻机引孔，钻孔可采用回转钻进法、冲击配管钻进法等方法。钻孔深度应比设计桩底高程深0.5～1m，高压旋喷桩引孔达到设计深度后应该立即下喷射管并进行喷浆作业。

d.制浆。根据设计的1∶1水灰比，现场向拌浆桶(直径1.4m，高1.1m)一次投入水616kg(桶内水面高度40cm)，水泥616kg，边投入水泥边进行搅拌，搅拌时间大于3min，搅拌完成后放入存浆桶备用，水泥浆自制备至使用完不得超过4h。

e.喷射作业。喷嘴下放至设计高程后，为防止喷嘴被堵塞，应马上进行喷射注浆，喷射正常地面可见返浆后开始连续提升，提升速度、旋转速度及喷射压力等应严格按试桩后确定的参数设定，不得无故中断喷射作业。成桩过程中拆管复喷时下落搭接长度应大于20cm，开喷后如发现喷浆压力突然变化应查明原因，及时进行处理，旋喷过程中因故中断复喷时下落搭接长度应大于50cm，复喷时下落搭接长度应大于20cm，中断时间超过初凝时间复喷时下落搭接长度应大于100cm。施工中，桩底部或成孔过程中发现的漂石或石料粒径较大的部位定喷5min后静止1h再进行喷射作业；施工中如发现土体空隙比较大容易漏浆、跑浆则可采用灌细砂等方法进行补漏；注浆过程中发现冒浆，如冒浆量大于注浆量20%时则应采取加快提升和旋喷速度、提高喷射压力、缩小喷嘴孔直径等措施来减小冒浆量。

f.拔管及回灌。高压旋喷桩顶按设计超浇50cm，施工至设计要求的高程后停止压浆，待钻杆内压力释放完成后将第一根钻杆提出地面拔出喷射管，快速拆卸钻杆。高压旋喷作业完成后，因为桩身凝固过程中会析出部分水分，桩身会出现的不同比例的收缩，桩顶收缩凹陷导致桩顶高程下降，应及时采用水灰比为1∶1的水泥浆回灌，确保桩身达到设计要求。

g.管路清洗。制浆罐注入清水，高压泵开启清洗管路中水泥浆，清洗喷浆管及喷头，直至清洗干净。

h.移动桩机。移动钻机方向，在喷射施工完毕后，如发现仍有剩余浆量，须进行二次喷射，直至浆量完毕。上一个旋喷桩完成施工后将钻机移到下一个桩位。

3 大直径高压旋喷桩质量控制的实际应用

水利堤防工程主要分布的地层有填土、淤泥、淤泥质土、粉土粉砂、黏性土、圆砾、含黏性土碎石及基岩凝灰岩等，共8层24个亚层。工程区广泛分布①黏土硬壳层，以可塑状为主，局部缺失，中等—高压缩性，强度一般，工程地质条件一般。下伏②淤泥、②-1淤泥质黏土、②-2淤泥、③-1淤泥质黏土基本全场分布，流塑状，均为高含水量、高灵敏度、高压缩性，低强度的软黏土，其物理力学性质差，工程地质条件差，是基础稳定及压缩变形的控制层。现状堤防桩号B1+400～B2+285堤脚表层抛填大量块石。

施工前，进行试桩以确定适合工程地质的各项技术参数。

设计参数：桩长15m，桩径120cm；芯样的28d无侧限抗压强度需达到1.6MPa。浆液配比：水灰比1∶1，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量不小于25%，经试桩后确定桩号0+000～2+222.2段水泥掺量为32%，2+222.2～3+291.4段水泥掺量为38%。

施工方法：采用三重管法施工；喷射水压力26MPa，流量100L/min；空气压力0.5～0.7MPa，流量0.5～2.0m3/min；水泥浆压力4MPa，流量100～150L/min；注浆管提升速度12～20cm/min，旋转速度12～20r/min。

采用液压行走旋喷钻机SJW-60(配套高压泵、空压机、灰浆泵、灰浆搅拌机)施工。

质量检验：采用钻芯法检测桩身完整性(全桩长)、抗压强度及深度。钻芯数量为总桩数的1%，且不少于5孔。

4 大直径高压旋喷桩施工的质量控制

大直径高压旋喷桩应严格按规范、设计施工，施工前应对工程地质情况进行详勘，全面了解施工点的土层性质、分布状况，根据实际情况，选用先进的桩机设备，编制有针对性的、技术合理的施工方案，并对作业班组进行技术交底，施工过程中严格落实“三检”制，控制好每道工序的施工质量，实现全面质量管理，确保大直径高压旋喷桩工程质量达到合格标准。

4.1 高压旋喷桩施工的注意事项

a.在正式施工前应编制试打桩方案并进行试打桩，以确定施工工艺、水泥掺量、喷射压力、旋转速度、提升速度等，检验试桩是否达到设计成桩直径及桩身设计强度。施工时必须确保每根高压旋喷桩质量。高喷桩桩身强度采用28d试块强度检测值，必要时采用钻芯法检测成桩完整性(全桩长)、抗压强度及深度，钻芯数量不少于规范及设计要求。芯样的28天无侧限抗压强度需达到设计指标。

b.本工程设计为密排桩布置，为防止相邻高喷孔施工时串浆，高压旋喷桩应分序施工，施工前应做好分序布置图，严格按布置图分序施工。

c.施工前应对施工区进行详勘，探明地质状况，探明是否有地下障碍物、空洞等情况，根据实际地质情况提前制定应对方案，如地下障碍物处理、空洞的提前回灌等应对措施。观察周边施工环境，旋喷注浆施工时，周边应停止地下水开采、深基坑等施工活动。本工程施工遇到的主要地质问题是抛石层，为了避免出现断桩、畸形桩及大量漏浆等情况，对部分有大量抛石层的位置采取黏土换填等相应措施，确保高压旋喷桩的施工质量。

d.施工前布设测量控制网，准确放样，确保高压旋喷桩桩位的放样精度满足规范、设计的要求。

e.加固材料水泥等原材料应检验合格后方可使用，水泥等原材料应精确计量，水泥浆严格按设计配合比拌制，旋喷前提前拌制确保水泥浆搅拌均匀，浆液应进行过滤(筛孔应小于喷嘴直径的一半)保证良好的可喷性和稳定性，随时抽检水泥浆的比重，控制水泥浆的施工质量。

f.高压旋喷桩施工时加强对周边土体及建筑物进行观测，若发生隆起或沉降等现象，须及时调整施工工艺，采取跳打等措施减小高压旋喷桩施工对基坑周围土体、河道等产生的影响。

g.施工场地的平面布置应规范合理，满足文明标准化工地的施工要求。

h.钻机设备指定专人管理，司机应有熟练的操作技能，由于高压喷嘴喷的水、气、浆液流速快、能量高，要防止出现伤人事故，做好安全防范措施在，确保安全施工。

4.2 大直径高压旋喷桩施工质量的控制要点

a.高压旋喷桩应由经验丰富的专业班组进行施工，司机对设备的性能有详细的了解，能熟练操作旋喷桩机，施工前应接受安全、技术交底，严格执行各项技术参数。

b.施工前应对旋喷桩机进行维修保养，并在现场组装调试，对仪器、仪表、计量设备进行检验，保证机械设备正常运行、计量准确。施工场地应平整，地基承载力应满足机械设备安全停放的要求，本工程施工点为淤泥质地基，施工前对部分承载力差的表层淤泥用黏土进行了置换，并铺设了钢板以提高地基的承载能力。钻机塔架必须安放稳定，导孔垂直度满足设计要求，施工过程中用吊垂线或架设全站仪等方法来控制、调整钻机的垂直度。

c.保持引孔泥浆性能，孔壁完整，确保高喷管顺利下至孔底。由于钻杆长度是一定的，因而通过钻杆数量即可控制孔深，引孔过程中应注意地层变化，终孔深度大于开始喷浆深度0.5～1m，引孔到设计要求的高程后须经监理工程师确认后方可终孔。

d.下喷射管前应进行试喷，检查喷射压力，以及管道是否通畅。

e.喷射注浆前重点控制水泥浆液配合比及材料称量准确性；水泥浆配合比应满足规范、设计要求，施工过程中随时抽检水泥浆的比重，泥浆的搅拌时间应满足规范设计要求，如采用普通搅拌机时搅拌时间不小于3min。

f.喷射注浆开始后重点控制水、气、浆液的压力，钻杆的旋转速度、提升速度，喷浆流量等重要技术参数，施工过程中严格按试桩确定的相关技术参数实施，成桩过程中应连续施工，钻杆的旋转、提升不得无故中断。操作人员要检查喷嘴下沉标高、高喷注浆长度及注浆管分段提升时的搭接长度。

g.如遇不冒浆及漏浆时应查明原因采取相应的措施，如提高浆液浓度、掺少量速凝剂、低压力低流量原位灌浆等措施。

h.应按设计要求超喷50cm，由于浆液会出现析水造成桩顶凹陷，则应采用1∶1的水泥浆进行回灌以确保桩体质量。

i.工程地点有抛石层，如果因地下存在孔隙等原因造成返浆不正常、漏浆时，应停止提升，用水泥浆灌注，直至返浆正常后才能提升。

j.在施工过程中随时接受业主、监理人员的监督、检查，施工过程中做好原始记录，详实记录水、气、浆液压力，钻杆的旋转提升速度，喷浆流量等各项技术数据。另外如引孔过程中遇到抛石层等情况也应记录在案。

5 施工质量检验

5.1 施工过程中质量检验标准及方法

施工过程中质量检验标准及方法见下表。

施工过程中质量检验标准及方法表

5.2 施工过程节点工序的质量控制

根据高压旋喷桩的工艺特点，单桩施工过程中可分解为以下节点工序来控制施工质量：桩机定位、引导孔施工、高压旋喷注浆施工、单元工程验收，各节点工序施工过程中严格落实“三检制”以确保高压旋喷桩的施工质量。

5.3 成桩后质量检验

a.施工后开挖0.5m～1.0m对高压旋喷桩桩身进行检查，主要包括：ⓐ高压旋喷桩桩身的整体性及均匀性；ⓑ高压旋喷桩桩身的有效直径；ⓒ高压旋喷桩桩身的强度、桩身中心位置；ⓓ必要时检测28天无侧限抗压强度及单桩与复合地基承载力。

b.成桩试验检测，主要包括：ⓐ采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆面下2～4m)，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径；ⓑ成桩28d后采用钻芯法检测桩身完整性、长度及抗压强度。

6 结 语

本工程施工前期结合现场地质情况认真编制高压旋喷桩试桩方案，在做好试桩工作的基础上获取高压旋喷桩各项技术参数，并在施工过程中严格落实，分阶段取样检测高压旋喷桩28天试块抗压强度及钻孔取芯芯样28天无侧限抗压强度均达到设计指标。实践证明大直径高压旋喷桩采用三重管法施工时，水、空气、水泥浆的压力、流量，提升速度、旋转速度及水泥浆的掺量、比重等各项技术指标与成桩质量密切相关，只有做好施工过程控制，严格执行各项技术参数才能保障高压旋喷桩成品质量。