大直徑高壓旋噴樁施工質(zhì)量控制

張 偉

(溫州市水利建設(shè)管理中心，浙江 溫州 325000)

1 高壓旋噴樁的成樁機(jī)理

高壓旋噴樁的成樁機(jī)理是將帶有噴嘴的鉆頭鉆進(jìn)至預(yù)設(shè)的位置，由設(shè)定旋轉(zhuǎn)提升速度的噴嘴噴出高壓(20～40MPa)射流(水、漿液或空氣)沖擊和攪拌周圍土體，水泥漿液強(qiáng)制噴入土層與土體混合從而形成連續(xù)的柱狀加固體。高壓噴射流在土體內(nèi)通過切割、混合攪拌、置換、充填滲透及壓密等作用將水泥液與土體較為均勻地混合在一起形成膠結(jié)體，依靠水泥漿液特性固化地層，使地層強(qiáng)度得以提高。本文主要闡述三重管法大直徑高壓旋噴樁施工質(zhì)量控制。由上可知高壓射流沖擊和切割能力以及鉆具的旋轉(zhuǎn)速度與提升速度與樁體的形成密切相關(guān)，同時漿液作為膠結(jié)材料其摻量與膠結(jié)體的強(qiáng)度密切相關(guān)。

旋噴樁的特點(diǎn)是：可提高地基的抗剪強(qiáng)度；利用高壓水切割土體，使?jié){液均勻擴(kuò)散，旋噴成樁直徑可達(dá)到2.0m；可用于已有建筑物地基加固而不擾動附近土體；施工噪聲低，振動??；可用于任何軟弱土層，可控制加固范圍；設(shè)備較簡單、輕便，機(jī)械化程度高。

2 三重管法高壓旋噴樁施工工藝

2.1 高壓旋噴樁施工工藝流程

施工工藝流程見下圖。

施工工藝流程圖

2.2 施工順序

a.測量放樣。施工前用GPS測定高壓旋噴樁中心位置，并用木樁做好樁位標(biāo)記。

b.鉆機(jī)安裝調(diào)試。開鉆前應(yīng)對地面標(biāo)高、機(jī)臺標(biāo)高進(jìn)行測量，保證孔底標(biāo)高滿足設(shè)計深度，校驗(yàn)鉆桿長度，用鋼尺丈量鉆桿的長度，對鉆桿長度進(jìn)行編號，并要求鉆桿上有明顯的刻度標(biāo)記。鉆孔前應(yīng)調(diào)試空壓機(jī)、泥漿泵，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常；司鉆移動鉆機(jī)至設(shè)計樁位，調(diào)整機(jī)身的平整度，使樁機(jī)鉆頭與設(shè)計樁位中心一致，孔位偏差應(yīng)不大于50mm，造孔鉆進(jìn)一定進(jìn)尺后對機(jī)身水平和立軸垂直度進(jìn)行校核，可用水平尺校核機(jī)身的平整度，用線錘或全站儀校驗(yàn)鉆桿的垂直度，施工時噴管的允許傾斜度小于1%。

c.引孔施工。由于本工程中含有拋石層，下噴射管前應(yīng)用鉆機(jī)引孔，鉆孔可采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法、沖擊配管鉆進(jìn)法等方法。鉆孔深度應(yīng)比設(shè)計樁底高程深0.5～1m，高壓旋噴樁引孔達(dá)到設(shè)計深度后應(yīng)該立即下噴射管并進(jìn)行噴漿作業(yè)。

d.制漿。根據(jù)設(shè)計的1∶1水灰比，現(xiàn)場向拌漿桶(直徑1.4m，高1.1m)一次投入水616kg(桶內(nèi)水面高度40cm)，水泥616kg，邊投入水泥邊進(jìn)行攪拌，攪拌時間大于3min，攪拌完成后放入存漿桶備用，水泥漿自制備至使用完不得超過4h。

e.噴射作業(yè)。噴嘴下放至設(shè)計高程后，為防止噴嘴被堵塞，應(yīng)馬上進(jìn)行噴射注漿，噴射正常地面可見返漿后開始連續(xù)提升，提升速度、旋轉(zhuǎn)速度及噴射壓力等應(yīng)嚴(yán)格按試樁后確定的參數(shù)設(shè)定，不得無故中斷噴射作業(yè)。成樁過程中拆管復(fù)噴時下落搭接長度應(yīng)大于20cm，開噴后如發(fā)現(xiàn)噴漿壓力突然變化應(yīng)查明原因，及時進(jìn)行處理，旋噴過程中因故中斷復(fù)噴時下落搭接長度應(yīng)大于50cm，復(fù)噴時下落搭接長度應(yīng)大于20cm，中斷時間超過初凝時間復(fù)噴時下落搭接長度應(yīng)大于100cm。施工中，樁底部或成孔過程中發(fā)現(xiàn)的漂石或石料粒徑較大的部位定噴5min后靜止1h再進(jìn)行噴射作業(yè)；施工中如發(fā)現(xiàn)土體空隙比較大容易漏漿、跑漿則可采用灌細(xì)砂等方法進(jìn)行補(bǔ)漏；注漿過程中發(fā)現(xiàn)冒漿，如冒漿量大于注漿量20%時則應(yīng)采取加快提升和旋噴速度、提高噴射壓力、縮小噴嘴孔直徑等措施來減小冒漿量。

f.拔管及回灌。高壓旋噴樁頂按設(shè)計超澆50cm，施工至設(shè)計要求的高程后停止壓漿，待鉆桿內(nèi)壓力釋放完成后將第一根鉆桿提出地面拔出噴射管，快速拆卸鉆桿。高壓旋噴作業(yè)完成后，因?yàn)闃渡砟踢^程中會析出部分水分，樁身會出現(xiàn)的不同比例的收縮，樁頂收縮凹陷導(dǎo)致樁頂高程下降，應(yīng)及時采用水灰比為1∶1的水泥漿回灌，確保樁身達(dá)到設(shè)計要求。

g.管路清洗。制漿罐注入清水，高壓泵開啟清洗管路中水泥漿，清洗噴漿管及噴頭，直至清洗干凈。

h.移動樁機(jī)。移動鉆機(jī)方向，在噴射施工完畢后，如發(fā)現(xiàn)仍有剩余漿量，須進(jìn)行二次噴射，直至漿量完畢。上一個旋噴樁完成施工后將鉆機(jī)移到下一個樁位。

3 大直徑高壓旋噴樁質(zhì)量控制的實(shí)際應(yīng)用

水利堤防工程主要分布的地層有填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土粉砂、黏性土、圓礫、含黏性土碎石及基巖凝灰?guī)r等，共8層24個亞層。工程區(qū)廣泛分布①黏土硬殼層，以可塑狀為主，局部缺失，中等—高壓縮性，強(qiáng)度一般，工程地質(zhì)條件一般。下伏②淤泥、②-1淤泥質(zhì)黏土、②-2淤泥、③-1淤泥質(zhì)黏土基本全場分布，流塑狀，均為高含水量、高靈敏度、高壓縮性，低強(qiáng)度的軟黏土，其物理力學(xué)性質(zhì)差，工程地質(zhì)條件差，是基礎(chǔ)穩(wěn)定及壓縮變形的控制層?，F(xiàn)狀堤防樁號B1+400～B2+285堤腳表層拋填大量塊石。

施工前，進(jìn)行試樁以確定適合工程地質(zhì)的各項技術(shù)參數(shù)。

設(shè)計參數(shù)：樁長15m，樁徑120cm；芯樣的28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度需達(dá)到1.6MPa。漿液配比：水灰比1∶1，采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量不小于25%，經(jīng)試樁后確定樁號0+000～2+222.2段水泥摻量為32%，2+222.2～3+291.4段水泥摻量為38%。

施工方法：采用三重管法施工；噴射水壓力26MPa，流量100L/min；空氣壓力0.5～0.7MPa，流量0.5～2.0m3/min；水泥漿壓力4MPa，流量100～150L/min；注漿管提升速度12～20cm/min，旋轉(zhuǎn)速度12～20r/min。

采用液壓行走旋噴鉆機(jī)SJW-60(配套高壓泵、空壓機(jī)、灰漿泵、灰漿攪拌機(jī))施工。

質(zhì)量檢驗(yàn)：采用鉆芯法檢測樁身完整性(全樁長)、抗壓強(qiáng)度及深度。鉆芯數(shù)量為總樁數(shù)的1%，且不少于5孔。

4 大直徑高壓旋噴樁施工的質(zhì)量控制

大直徑高壓旋噴樁應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范、設(shè)計施工，施工前應(yīng)對工程地質(zhì)情況進(jìn)行詳勘，全面了解施工點(diǎn)的土層性質(zhì)、分布狀況，根據(jù)實(shí)際情況，選用先進(jìn)的樁機(jī)設(shè)備，編制有針對性的、技術(shù)合理的施工方案，并對作業(yè)班組進(jìn)行技術(shù)交底，施工過程中嚴(yán)格落實(shí)“三檢”制，控制好每道工序的施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)全面質(zhì)量管理，確保大直徑高壓旋噴樁工程質(zhì)量達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 高壓旋噴樁施工的注意事項

a.在正式施工前應(yīng)編制試打樁方案并進(jìn)行試打樁，以確定施工工藝、水泥摻量、噴射壓力、旋轉(zhuǎn)速度、提升速度等，檢驗(yàn)試樁是否達(dá)到設(shè)計成樁直徑及樁身設(shè)計強(qiáng)度。施工時必須確保每根高壓旋噴樁質(zhì)量。高噴樁樁身強(qiáng)度采用28d試塊強(qiáng)度檢測值，必要時采用鉆芯法檢測成樁完整性(全樁長)、抗壓強(qiáng)度及深度，鉆芯數(shù)量不少于規(guī)范及設(shè)計要求。芯樣的28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。

b.本工程設(shè)計為密排樁布置，為防止相鄰高噴孔施工時串漿，高壓旋噴樁應(yīng)分序施工，施工前應(yīng)做好分序布置圖，嚴(yán)格按布置圖分序施工。

c.施工前應(yīng)對施工區(qū)進(jìn)行詳勘，探明地質(zhì)狀況，探明是否有地下障礙物、空洞等情況，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況提前制定應(yīng)對方案，如地下障礙物處理、空洞的提前回灌等應(yīng)對措施。觀察周邊施工環(huán)境，旋噴注漿施工時，周邊應(yīng)停止地下水開采、深基坑等施工活動。本工程施工遇到的主要地質(zhì)問題是拋石層，為了避免出現(xiàn)斷樁、畸形樁及大量漏漿等情況，對部分有大量拋石層的位置采取黏土換填等相應(yīng)措施，確保高壓旋噴樁的施工質(zhì)量。

d.施工前布設(shè)測量控制網(wǎng)，準(zhǔn)確放樣，確保高壓旋噴樁樁位的放樣精度滿足規(guī)范、設(shè)計的要求。

e.加固材料水泥等原材料應(yīng)檢驗(yàn)合格后方可使用，水泥等原材料應(yīng)精確計量，水泥漿嚴(yán)格按設(shè)計配合比拌制，旋噴前提前拌制確保水泥漿攪拌均勻，漿液應(yīng)進(jìn)行過濾(篩孔應(yīng)小于噴嘴直徑的一半)保證良好的可噴性和穩(wěn)定性，隨時抽檢水泥漿的比重，控制水泥漿的施工質(zhì)量。

f.高壓旋噴樁施工時加強(qiáng)對周邊土體及建筑物進(jìn)行觀測，若發(fā)生隆起或沉降等現(xiàn)象，須及時調(diào)整施工工藝，采取跳打等措施減小高壓旋噴樁施工對基坑周圍土體、河道等產(chǎn)生的影響。

g.施工場地的平面布置應(yīng)規(guī)范合理，滿足文明標(biāo)準(zhǔn)化工地的施工要求。

h.鉆機(jī)設(shè)備指定專人管理，司機(jī)應(yīng)有熟練的操作技能，由于高壓噴嘴噴的水、氣、漿液流速快、能量高，要防止出現(xiàn)傷人事故，做好安全防范措施在，確保安全施工。

4.2 大直徑高壓旋噴樁施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)

a.高壓旋噴樁應(yīng)由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)班組進(jìn)行施工，司機(jī)對設(shè)備的性能有詳細(xì)的了解，能熟練操作旋噴樁機(jī)，施工前應(yīng)接受安全、技術(shù)交底，嚴(yán)格執(zhí)行各項技術(shù)參數(shù)。

b.施工前應(yīng)對旋噴樁機(jī)進(jìn)行維修保養(yǎng)，并在現(xiàn)場組裝調(diào)試，對儀器、儀表、計量設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，保證機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行、計量準(zhǔn)確。施工場地應(yīng)平整，地基承載力應(yīng)滿足機(jī)械設(shè)備安全停放的要求，本工程施工點(diǎn)為淤泥質(zhì)地基，施工前對部分承載力差的表層淤泥用黏土進(jìn)行了置換，并鋪設(shè)了鋼板以提高地基的承載能力。鉆機(jī)塔架必須安放穩(wěn)定，導(dǎo)孔垂直度滿足設(shè)計要求，施工過程中用吊垂線或架設(shè)全站儀等方法來控制、調(diào)整鉆機(jī)的垂直度。

c.保持引孔泥漿性能，孔壁完整，確保高噴管順利下至孔底。由于鉆桿長度是一定的，因而通過鉆桿數(shù)量即可控制孔深，引孔過程中應(yīng)注意地層變化，終孔深度大于開始噴漿深度0.5～1m，引孔到設(shè)計要求的高程后須經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)后方可終孔。

d.下噴射管前應(yīng)進(jìn)行試噴，檢查噴射壓力，以及管道是否通暢。

e.噴射注漿前重點(diǎn)控制水泥漿液配合比及材料稱量準(zhǔn)確性；水泥漿配合比應(yīng)滿足規(guī)范、設(shè)計要求，施工過程中隨時抽檢水泥漿的比重，泥漿的攪拌時間應(yīng)滿足規(guī)范設(shè)計要求，如采用普通攪拌機(jī)時攪拌時間不小于3min。

f.噴射注漿開始后重點(diǎn)控制水、氣、漿液的壓力，鉆桿的旋轉(zhuǎn)速度、提升速度，噴漿流量等重要技術(shù)參數(shù)，施工過程中嚴(yán)格按試樁確定的相關(guān)技術(shù)參數(shù)實(shí)施，成樁過程中應(yīng)連續(xù)施工，鉆桿的旋轉(zhuǎn)、提升不得無故中斷。操作人員要檢查噴嘴下沉標(biāo)高、高噴注漿長度及注漿管分段提升時的搭接長度。

g.如遇不冒漿及漏漿時應(yīng)查明原因采取相應(yīng)的措施，如提高漿液濃度、摻少量速凝劑、低壓力低流量原位灌漿等措施。

h.應(yīng)按設(shè)計要求超噴50cm，由于漿液會出現(xiàn)析水造成樁頂凹陷，則應(yīng)采用1∶1的水泥漿進(jìn)行回灌以確保樁體質(zhì)量。

i.工程地點(diǎn)有拋石層，如果因地下存在孔隙等原因造成返漿不正常、漏漿時，應(yīng)停止提升，用水泥漿灌注，直至返漿正常后才能提升。

j.在施工過程中隨時接受業(yè)主、監(jiān)理人員的監(jiān)督、檢查，施工過程中做好原始記錄，詳實(shí)記錄水、氣、漿液壓力，鉆桿的旋轉(zhuǎn)提升速度，噴漿流量等各項技術(shù)數(shù)據(jù)。另外如引孔過程中遇到拋石層等情況也應(yīng)記錄在案。

5 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

5.1 施工過程中質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法

施工過程中質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法見下表。

施工過程中質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法表

5.2 施工過程節(jié)點(diǎn)工序的質(zhì)量控制

根據(jù)高壓旋噴樁的工藝特點(diǎn)，單樁施工過程中可分解為以下節(jié)點(diǎn)工序來控制施工質(zhì)量：樁機(jī)定位、引導(dǎo)孔施工、高壓旋噴注漿施工、單元工程驗(yàn)收，各節(jié)點(diǎn)工序施工過程中嚴(yán)格落實(shí)“三檢制”以確保高壓旋噴樁的施工質(zhì)量。

5.3 成樁后質(zhì)量檢驗(yàn)

a.施工后開挖0.5m～1.0m對高壓旋噴樁樁身進(jìn)行檢查，主要包括：?高壓旋噴樁樁身的整體性及均勻性；?高壓旋噴樁樁身的有效直徑；?高壓旋噴樁樁身的強(qiáng)度、樁身中心位置；?必要時檢測28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及單樁與復(fù)合地基承載力。

b.成樁試驗(yàn)檢測，主要包括：?采用淺部開挖樁頭(深度宜超過停漿面下2～4m)，目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑；?成樁28d后采用鉆芯法檢測樁身完整性、長度及抗壓強(qiáng)度。

6 結(jié) 語

本工程施工前期結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況認(rèn)真編制高壓旋噴樁試樁方案，在做好試樁工作的基礎(chǔ)上獲取高壓旋噴樁各項技術(shù)參數(shù)，并在施工過程中嚴(yán)格落實(shí)，分階段取樣檢測高壓旋噴樁28天試塊抗壓強(qiáng)度及鉆孔取芯芯樣28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。實(shí)踐證明大直徑高壓旋噴樁采用三重管法施工時，水、空氣、水泥漿的壓力、流量，提升速度、旋轉(zhuǎn)速度及水泥漿的摻量、比重等各項技術(shù)指標(biāo)與成樁質(zhì)量密切相關(guān)，只有做好施工過程控制，嚴(yán)格執(zhí)行各項技術(shù)參數(shù)才能保障高壓旋噴樁成品質(zhì)量。