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摘要：高压旋喷桩施工技术利用高压设备处理软基方式被广泛应用于软基处理工程中，特别是在排洪渠工程软基处理时，因其复杂的地质和地层构造实施效果更为显著。本文就格栅式高压旋喷桩的加固、施工工艺及技术参数等展开论述，希望对同类工程基础建设提供参考。
关键词：格栅式高压旋喷桩，工艺参数，质量检验
水文气象
平潭县属南亚热带海洋性季风气候。夏长冬短，温热湿润，夏凉冬暖、霜雪罕见。春温低于秋温，多年平均气温 19.6℃，最冷日平均气温 10.2℃，最热日平均气温 27.9℃。季风明显，夏季以偏南风为主，其余季节多为东北风，多年平均风速 5.4m/s，湾海地区全年大风（7 级以上）日数为 125 天，是福建省强风区之一，平均每年有 6～7 次，最多可达十一次。平潭有水热同季的特点，多年平均降水量 1224mm，全年82%的降水集中在 3～9 月，其中 5～6 月梅雨占 34%，主要气象灾害是台风、大风、暴雨、干旱等。
1 工程概况
平潭综合实验区防洪防潮工程金井湾片区1#排洪渠工程主要任务为防洪排涝。工区三面环山，西面为海坛海峡，最早以前是海洋水下区域，后变迁为火烧岗及平潭盐场，现大多为回填场地，地形局部平坦加山峦起伏。1#排洪渠位于片区东侧，起于金井湾大道与4#排洪渠相接，水流流向为由北向南，中心线长1875.749m，沿线穿越三个村庄、农田、回填场地和小山坡外，跨越一座山头与5#排洪渠接壤。设计渠顶宽度为44.0m～63.6m，设计景观水位为0.80m，50年一遇设计洪水位在3.18m～3.07m，设计河道底高程0.10m～-0.55m。防洪标准为50年一遇，排涝标准为20年一遇，工程级别为2级，临时建筑物级别为4级。排洪渠基础表层部分为人工堆积的黏土及细砂，表层大部分区域为海积淤泥质土，下部为砂质黏土或基岩，局部区域在淤泥间加有粉质黏土、黏土、碎石土及含泥细砂、泥质粗砂等。
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图1 金井湾片区1#排洪渠北湖路箱涵段平面图
2 高压旋喷桩技术应用
2.1简介
高压旋喷是高压喷射注浆法的一种，它是在静压灌浆的基础上引进水力采煤技术，利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体，据此达到加固地基和止水防渗的目的。施工中先利用工程钻机钻孔作为导孔，将带有特殊喷嘴的注浆管插入设计的土层深度，然后将水泥浆以高压流的形式从喷嘴里射出，冲击切削土体。土体在高压喷射流的强大动力压等作用下，发生强度破坏，土颗粒从土层中剥落下来，与水泥浆搅拌形成混合浆液，一部分细颗粒随混合浆液冒出地面，其余土地在射流的冲击力、离心力和重力等作用下，按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列。这样从下向上不断地喷射注浆，混合浆液凝固后，在土层中形成具有一定强度的固结体。旋喷注射是喷嘴在提升时不停的旋转，固结体成圆柱状。适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉质黏土、亚黏土、粉土（亚砂土）、砂类土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层地基的软基处理。
2.2 施工组织
1#排洪渠基础处理施工中，AB段和BC段之间金井二路和北湖路两条东西向公路桥箱涵保留，对其双侧进行基础加固，因为施工场地狭窄、土质复杂，设计采用格栅式高压旋喷桩技术进行基础加固。高压旋喷桩桩位分布情况见表1。
表1 高压旋喷桩桩位分布
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按照每相邻50根桩为一个单元工程，3942根桩共划分为 79个单元工程。
1#排洪渠北湖路箱涵衔接处横断面如图2所示。
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图2 1#排洪渠北湖路箱涵衔接处横断面图
本工程使用到的主要设备、材料参数如下：
施工设备：高压旋喷桩机；
钻杆：采用外径φ42mm地质钻杆；
喷嘴：采用2个收敛圆锥形喷嘴，喷嘴孔径φ2mm；
搅拌制浆设备：灰浆搅拌机；
供浆设备：高压灌浆泵；
水泥标号：42.5R。
2.3 施工工艺参数确定
为保证施工质量必须进行试桩，以校验和确定施工工艺，寻找最佳参数标准。
通过水泥加固土的室内试验，根据被加固土的性质及单桩承载力要求，确定每延米水泥用量220kg。选取左岸J1Q0+716和J1Q0+660两处进行高压旋喷桩试桩，进一步探明地质情况，熟练掌握了高压旋喷桩施工方法、工艺流程、技术参数、质量检测等作业要求。本工程采用锚固旋喷钻机，柴油发电机。拟定5根试桩，每根桩长为10m，设计成桩直径600mm。
经试桩检测确定D600单管高压旋喷桩主要技术参数，见表2。
表2 D600单管高压旋喷桩主要技术参数
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高喷施工工艺流程图见图3。
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图3 高喷施工工艺流程图
2.4施工方法
（1）场地平整：施工前先采用挖掘机清除场地内所有地上、地下的障碍物，地下石头挖出回填砂土。铺筑旋喷桩施工平台，平台在铺筑的过程中用挖掘机来回行走压实，使之平整具有足够的稳定性，测量人员用水准仪配合校核平台平整度。平台填筑完成后采用人工挖好排浆沟。排浆沟尺寸为0.6m*1m，坡比约为2%。
（2）测量定位：依据布桩图，使用全站仪对施工桩位进行标记定位测量前，测量人员采用甲方提供三个坐标控制点，和两个高程控制点，作为场区控制依据点。以坐标控制点为起始点，作二级导线测量，作为基坑的平面控制网。以高程控制点为依据，作等外附合水准测量，将高程引测至平台施工区内。
（3）钻机就位及钻孔要求：控制孔位偏差不大于5cm，钻孔垂直偏差不大于1%，且不超过100mm。钻机就位后，必须作水平校正，使钻杆轴线垂直对准孔位，并将机身垫稳、垫平，钻机对准测放后的孔位，使钻头对准孔位中心，纵横向偏差不大于20mm，经技术人员验测合格后方可开钻。钻进过程要记录完整，合格后方可移位进行下一个孔的钻进。高压旋喷桩根据设计图纸钻进深度10m，钻进时要严格控制孔斜率，钻机每钻进3～5m，需校正孔斜率，若孔斜率大于1%，及时纠正、调整。
控制孔斜率的具体做法是，利用细绳悬吊铅垂，在自重作用下，沿钻孔中心线测定孔口钻杆偏离孔中心的距离，按相似三角形原理，计算得某段底部或全孔底部的孔斜率值，B=A（H'+h）/h，换算成孔斜率，K=B/H（H≈H'），如图4所示。
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h——钻孔中心线高度 H——实际孔深
H'——量测孔深 A——孔口钻杆偏离中心距离
B——被测定处的底部偏斜距离
图4 测斜示意图
（4）配制水泥浆
按试桩确定的配比制备水泥浆，水泥浆的水灰比为1.5：1。
浆液的材料为纯水泥浆，水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥；水泥的筛余量以不超过5%为好，标准筛采用4900孔/cm2（筛孔尺寸为80μm），水泥浆的水灰比不小于设计值1：1.25～1：1.5，浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液的过程必须连续均匀，搅拌时间不小于3min，搅拌1h得到的结石强度最高，但超过2h则结石强度开始下降；搅拌时间超过4h，结石强度急剧下降，甚至不凝固。所以一次搅拌使用时间控制在4h以内。
（5）插管：高压旋喷桩机开始插灌浆管，插管的主要控制项目是喷管是否下到设计深度，并保证插管的时间间隔不要过长，防止因孔壁塌孔而导致的喷管不能正常下放。
在插管过程中，为防止管外泥砂或管内水泥浆小块堵塞喷嘴，需用胶布封堵喷嘴或在插管的过程中边插管边射水，射水的压力不宜太大，避免孔壁塌孔。
（6）喷浆作业：旋喷管插入预定深度后，自下而上进行喷射作业，成桩过程中严格按试桩工艺参数控制。在孔底原位静喷1～3min，待注入的浆液反出孔口、冒浆情况正常后开始提升喷射，注浆过程中值班技术人员时刻注意检查注浆流量、风量、压力、旋转和提升速度等参数是否符合要求，并做好记录，直至设计高程（保证桩头质量），此时停止送浆，然后将灌浆管提出地面。冒浆量的大小与喷射类型、被灌底层和进浆量有关，当冒浆量过大时，可采用如下措施来解决：
①提高喷射注浆压力；
②适当缩小喷嘴孔径；
③提升速度适当加快。
不返浆或在供浆正常的情况下孔口回浆密度太小，可采用以下措施进行处理：
①降低喷射管提升速度和喷射压力，若效果不明显，停止提升，进行原地注浆；
②加大浆液密度或进浆量，灌注水泥砂浆，必要时添加水玻璃。若仍不返浆或返浆密度不足，可采用二次喷射方式。即先下喷管喷浆至孔口，72h后重新扫孔至设计孔深后，二次下管喷射，直至返浆正常；
③若地层中有较大空隙引起的不冒浆，可灌注粘土浆或细砂、中砂，待填满空隙后继续正常喷射。
（7）拔管清洗：喷射作业完成，及时用水将注浆管和机具设备连续冲洗干净，直到管路中出现为清水为止。
（8）移动机具：把钻机等机具设备移到新孔位就位。
（9）质量检验
成桩7d后，采用浅部开挖桩头，深度宜超过停浆面0.5。目测检查桩身均匀性，量测成桩直径，检查量为总根数的5%。
桩身强度检验应在成桩28d后，双管单动取样器钻取芯样作搅拌均匀性和水泥土抗压强度检验，检验数量为施工总桩数的0.5%，且不少于六点。
载荷试验必须在桩身强度满足试验条件时，并宜在成桩28d后进行。检查数量为桩总数的1%，且不少于3桩。旋喷桩单桩承载力特征值为170kN。桩身水泥土无侧限抗压强度标准值不小于2.0MPa。
3 经验与结论：
总结1#排洪渠工程高压旋喷桩施工过程，可获得以下经验启示：
①高压旋喷桩因其注入水泥浆挤压地层，形成较多多余而冒出地面的水泥土混合浮浆，容易污染环境，对于无排污处、无法堆积或有环保要求的不适宜采用。
②高压旋喷桩不适用土层中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有较多的有机质基础处理。
③制备好的水泥浆不得有离析现象，停滞时间不得超过两小时。若停滞时间过长，不得使用。
④严格按照试桩确定的旋喷参数控制钻杆的旋转和提升速度，喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。施工过程中要采取措施防止喷嘴或管路被堵塞。
⑤施工中如因地下障碍物等原因使转杆无法钻进时应及时通知监理和设计人员，以便及时采取补桩措施。
⑥应定期检查喷嘴的磨损情况，磨损过度的喷嘴应及时更换。
⑦喷射注浆过程中应观察冒浆情况，冒浆量超过注浆量的20%集完全不冒浆时应查明原因，并采取相应的措施。
⑧高压泵离喷射注浆口不宜过远（400m以内），防止因高压软管过长，沿程损失增大，造成实际喷射压力过低。
⑨喷射注浆至设计顶面后，需待水泥浆从孔口退出后方可停止送浆。施工桩顶高层应高于设计桩顶高层0.5m以上。
高压旋喷桩作为隐蔽工程，施工工艺复杂，技术性较强，施工质量控制难度很大，且对于不同的地质情况需要进行合理的参数设置，并对操作人员的素质要求较高。同时，虽然它的优点很多，但是施工过程中容易污染环境，成本也相对较高。对此，需要施工者严格按照设置的技术参数和合理的工序加强对各项工作的管理及控制，以此来提高桩基的整体质量，从而提高工程的整体质量。