1、高 压 旋 喷 桩在高速公路软土地基处理中的应用前 言近年来高速公路的修建越来越频繁，车速越来越高，车流量越来越大，因此对路基路面的要求更高，尤其是在软土地区，能否妥善解决“桥头跳车”问题，是评价桥梁修筑是否成功的重要指标之一。 “桥头跳车”问题是由桥台刚性基础与软土路基柔性基础的差异沉降引起的，解决“桥头跳车”问题主要就是要减少桥台与台后路基工后不均匀沉降。新建工程主要措施有以下两种方法：（1） 排水固结法（2） 复合地基法对于复合地基法，高压旋喷桩以其施工机械单一易操作，施工方法简单易行，成本较其它复合地基低而越来越受到欢迎。旋喷桩复合地基即以旋喷桩作为竖向增强体与桩间土加上其上的垫层构成
2、复合地基。所谓旋喷桩（高压喷射注浆）就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层预定深度后，以 2040Mpa 压力把浆或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲切破坏土层，当能量大，速度快和脉动状的浆液，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，其余土颗粒在射流的冲击力、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，有规律的重新排列，浆液凝固后，便在土层形成一个固结体，当喷射流作 360 度旋转时，固结体呈圆柱形。高压旋喷注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。按注浆管类型分成单管，二
3、重管、三重管及双高压多重管；按喷射方式的不同，可分为：旋喷、定喷和摆喷；按加固形状可分为：圆柱状、壁状、条状等。单管旋喷注浆法是高压旋喷注浆法最主要的方法之一，在工程中应用广泛。下面就以京津高速公路天津段项目第六合同段的高压旋喷桩工程为依托，介绍高压旋喷桩的施工技术。高 压 旋 喷 桩 的 应 用一、工程概况：京津高速公路天津中段工程是 2008 年奥运会重点工程，本工程路线起点位于北辰区霍庄子，从京津高速公路天津段工程第五标段终点开始，沿北京排污河西侧向北，经赵庄子东侧，接京津高速公路天津中段工程第七标的修筑起点为终点。起点桩号 k37+638.23，终点桩号 k42+600，全长 4.96
4、 公里，高压旋喷桩共 9 个工点，工程量 104545.5m。本工程采用单管旋喷桩。二、地质情况：沿线主要为河流相或海相沉积，以粘土、亚粘土、砂层为主。地层结构示意图如下： 2.651素 填 土亚 粘 土 亚 粘 土素 填 土 9-3.8520亚 粘 土 亚 粘 土 -202.318素 填 土k39+8.5中 桥 4中 桥 k1+684中 桥 (天 津 方 向 )北 京 方 向中 桥.亚 砂 土 414亚 砂 土 9亚 粘 土素 填 土 k2+09中 桥2.-6.1亚 砂 土 1亚 粘 土素 填 土三、高压旋喷桩的设计参数：根据设计要求，本工程高压旋喷桩桩径 D=0.60m，桩距 d=1.8m
5、，采用正三角形平面布桩，以永定新河大桥软基处理（本合同段一侧）为例，布桩见永定新河大桥布桩图：A 区桩长 14m，桩数 289 根B 区桩长 12m，桩数 217 根C 区桩长 10m，桩数 711 根四、人员、机械、材料1、人员：序号 职务 数量 单位 职责1 施工队长 1 个 负责所有内、外部协调、管理事务2 技术员 1 个 负责解决施工技术问题3 旋喷钻机操作手 1 个 钻机施工及机械日常维护4 发电机组操作手 2 个 保证电力供应及机械维护5 制浆机操作手 1 个 制备合格水泥浆6 配合工 6 个 冲洗、移位、配合等杂务7 测量 2 个 桩位放样，检验成桩的垂直度等ABC2315151
6、2346789102314567189203245672893015 234681024168204268302436840246850245680624687073 24永 定 新 河 特 大 桥 布 桩 图5602、主要施工机械：（1）高压注浆泵：通过高压注浆泵提供高压使浆液切割土体，达到要求的喷射范围，形成一定直径的桩体。（2）旋喷钻机：把注浆管（底部带喷嘴）送到设计深度，满足设计要求的提升和旋转注浆管。（3）注浆管：注浆管一般使用 42 或 50 钻杆，底部带有特制的喷嘴，喷嘴直径一般为 2.0mm3.0mm，实际多采用2.3mm2.5mm。（4）输浆管：输浆管为内径 21 的橡胶钢丝
7、软管或内径 21的钢管，能够承受 45MPa 以上的压力。它的主要作用是连接高压泵与旋喷钻机，输送水泥浆到旋喷钻机中去。（5）制浆机：制备符合设计要求的均匀、无离析、流动性好的水泥浆。（6）储浆桶：两个，一个用于搅浆，一个用于储浆，不得合用一个，以便精确控制水灰比。（7）发电机：功率可提供钻机、制浆机等用电，性能稳定可靠。3、材料：水泥：水泥按设计要求使用，采用强度等级为 32.5 硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，每延米水泥用量 200Kg。其性能按硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 （GB175-92）的规定，严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。五、施工工艺工艺流程图：六、施工准备：1、熟悉地基与
8、基础的施工详图，熟悉施工场地范围内的高压线、电话线、地下管线、构筑物等有关资料。2、按工程实际需要配备足够的人员、设备，组建施工队伍。3、搭建现场施工临时设施，如供水、供电、道路，临时用房，工作台、材料等。4、平整场地，清除地下障碍物。当场地低洼时应回填粘性土料，场地平整测量放样 场 地 平 整 平整桩机就位 场 地 平 整 平整引 孔 场 地 平 整 平整配置浆液 场 地 平 整 平整注浆提升 场 地 平 整 平整补 灌 场 地 平 整 平整成 桩场 地 平 整 平整移机到下一孔位 场 地 平 整 平整不得回填杂填土料；当地表过软时，应有采取防止机械失稳的措施；当在边坡附近施工时应考虑施工对
9、边坡的影响，并采取确保边坡附近施工时应考虑施工对边坡的影响，并采取确保边坡稳定的措施；当在基坑边抢险施工时，应考虑操作作业面，设备的稳定性并采取安全防护措施。5、由技术人员、安全员进行技术和安全操作交底，使操作人员能理解施工目的、工艺流程、技术参数、机械性能及安全操作规程等，确保施工质量和施工安全。6、测量人员按布桩图施工放样，复核。测量放线完成，经监理工程师检查认可后，依据施工规范和设计图纸的标准和要求，按桩位进行高压旋喷桩的施工。7、现场准确测放桩位，钻机就位平整稳固，对位误差2cm。测量人员随时用经纬仪或铅垂线严格控制钻机立轴垂直度，保证成孔垂直度1.5%。七、试桩1、施工前应根据设计资
10、料，结合工程实际情况进行试桩。通过试桩，检验施工设备是否满足设计要求，确定施工参数及施工工艺。在试桩时注意以下几个方面：（1）初定几组不同的施工参数，进行三根以上的试桩；（2）成孔时判断处理区地层情况是否与设计资料一致；（3）当土层中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有较高含量的有机质，以及地下水流速过大等，必须通过试桩确定其适用性。2、2006 年 1 月 19 日到 2006 年 1 月 21 日，在 k41+684 中桥的特殊路基处理范围内进行试桩。此中桥特殊路基的处理范围共分A、B、C 三个处理区过渡，根据施工图纸对试验桩数量的要求，选取具有代表性的试验桩 12m 的 3 根，10m
11、 的 3 根，8m 的 3 根。施工参数：旋喷钻机转速 20n/min，提升速度 25cm/ min，喷嘴直径 2.5mm，数量 1 个，喷嘴压力 25MPa，水灰比为1：0.8、1：1.0 和 1：1.2，每延米水泥用量195Kg/m，200Kg/m，205Kg/m。待试桩结束后，对比不同水灰比的桩的检测结果，确定施工用最佳水灰比。3、试桩结果（1）抽芯检测结果见下表：试块强度序号 桩 号 位 置桩长(m)桩径(mm)桩身完整 性评 价试块深度（m）试压强度（MPa）总体类别3.2-3.5 6.336.2-6.5 5.141 49-2# K41+684中桥 12 600 完整9.5-9.7
12、7.882.5-2.7 4.904.5-4.7 7.532 51-1# K41+684中桥 8 600 完整6.5-6.7 8.363.0-3.2 3.236.0-6.2 5.023 50-1# K41+684中桥 10 600 完整8.5-8.7 7.05结论：根据抽芯检验结果，所抽取的 3 根试验桩抽芯含灰量正常，喷灰均匀，桩身质量好。（2）复合地基静荷载试验结果见下表：序号 位 置试验点号桩长(m) 压板面积()置换率(%)最大加载量(KN)最终沉降量(mm)复合地基承载力(KPa)1 48-19# 10 2.80 10.09 840 67.40 1402 50-21# 12 2.80
13、10.09 840 59.42 1503K41+684中桥53-18# 8 2.80 10.09 840 68.29 140结论：试验点 48-19#、50-21#、53-18#所对应的单桩复合地基承载力特征值满足设计要求。（3）单桩静载荷试验结果表：序号 位 置试 验点 号桩长（m）试验最大加载值（KN）最 终沉降量（mm）设计要求最大加载值（KN）1 52-1# 8 450 26.31 9002 49-1# 10 540 27.26 9003K41+684中桥51-2# 12 450 13.56 900结论：单桩静载荷试验结果表明，试桩 52-17#加载值为 540KN时，试桩桩头破坏，无
14、法继续试验；试桩 49-18#加载值为 630KN 时，试桩桩头破坏，无法继续试验；试桩 51-20#加载值为 540KN 时，试桩桩头破坏，无法继续试验。（4）桩体检验：桩距，桩径、桩长，竖直度，单桩注浆量经检测符合设计要求。5、桩检分析：根据以上检测结果及结论，所打试验桩的抽芯含灰量正常，喷灰均匀，桩身质量好。单桩复合地基承载力满足要求，说明施工工艺和施工参数一定程度上可以满足要求。但是单桩静载荷试验因为桩头破坏无法进行。经过项目部人员认真分析，查找原因，总结出桩头在未加载到设计要求最大加载值以前破坏的原因主要有：（1）天气寒冷，上部靠近地表的桩身部分受冻，养护受到影响，未达到设计强度即进
15、行试验。（2）打桩地区为水浇地，土的含水量过大，土质松软，很难对桩头形成类似于一般地基的围压，致使桩头在承受较大的竖向压力时径向变形迅速，先行破坏。而处于地基较深处的桩身，因为养护正常，且有土的固结压力形成的较大的围压，在竖向压力未达到一定值时，不会破坏。6、单桩极限承载力的检测我合同段充分考虑到以上因素，在施工过程中重点加以控制，并于 2006 年 4 月 17 日前完成了 k41+684 中桥编号为 45-20，45-18，45-16的高压旋喷桩的施工，现场记录如下：旋喷时间序号处理区域注孔编号旋喷深度（m）实际有效长度（m） 开始 结束用时（分）转速n/min提升速度cm/min喷嘴压力MPa水灰比1 A 45-20 10.8 12 15:30 16:35 79 20 25 25 1:12 B 45-18 12.8 10 0:00 1:05 79 20 25 25 1:1
