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高压旋喷桩技术及其质量控制指标探讨
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内容提示：高压旋喷桩的施工质量与施工技术参数的选择有关，通过高压旋喷桩施工实例，对施工技术和技术指标的实测监控，提出了区别对待特殊土层质量技术指标的思路，以及合理选择质量控制指标的方法，可对相关工程的施工质量控制提供参考。
摘 要：高压旋喷桩的施工质量与施工技术参数的选择有关，通过高压旋喷桩施工实例，对施工技术和技术指标的实测监控，提出了区别对待特殊土层质量技术指标的思路，以及合理选择质量控制指标的方法，可对相关工程的施工质量控制提供参考。
关键词：关键词：码头；地基处理；旋喷桩；质量控制
1 引言
高压喷射注浆法处理地基在我国已有了广泛的应用，并制定了相应的施工设计规范。在高速公路软弱地基加固、水利工程防渗、矿山井巷加固与防渗等方面得到越来越多的应用。在一些大城市，随着地铁建设和高层建筑的崛起，不少深基坑工程亦都采用了高压喷射注浆技术来进行深基坑的止水防渗。高压喷射注浆按注浆管类型可分为单管、二重管和三重管三种方法。单管以单纯喷射水泥浆液；二重管在水泥浆液射流外面包裹一层高压空气同时喷射，来破坏土层结构，同时完成置换、填充；而三重管则是以包裹了高压空气的高压水流来破坏土层结构，再以水泥浆液进行置换、填充。
实践表明，本法对淤泥、淤泥质土、流塑或软塑性粘性土等地基都有良好的处理效果。高压旋喷桩施工中各种技术指标的选取是影响工程施工和质量的关键，目前高压旋喷施工技术已有了比较广泛的应用。
2 工程概况及地质条件
南方某港码头场区稳定地下水位为2.63m，土层分布为（如图1所示）：
①表层为8.5~11.5m厚的人工回填土层，且土层中含有3～80cm不等块径的人工抛石；②人工回填土下为主要的软土层，淤泥厚度为7.5~10.5m；③底层为土质较好的粉质粘土。
根据场地土层的分布特点，选取了两种方法进行地基处理方案的比选：一是采用塑料排水板加堆载预压配合强夯法；二是采用高压旋喷桩加固土体。根据场地的土层分布情况，采用排水固结法，由于在表层含有块径在3～80cm的人工抛石，因此塑料排水板施工机具无法穿越上部人工回填土层，采用引孔措施，将增加工程的难度和造价，且与周边环境相滞。综合该地区的地质条件及技术经济等各方面因素，经过方案比较，最终确定采用高压旋喷桩加固深层软土，而浅层采用低能量强夯的处理方案。
3 高压旋喷桩工程设计
此次地基加固设计采用三重管法进行高压旋喷桩的施工，三重管高压喷射注浆主要是靠高压射水切割、破坏土体，成桩直径的大小和成桩质量,与高压水的工作状态有密切关系。三重管法在环境高压水射流外围，同时喷射高压空气，使高压水的轴动压力衰减及扩散率变缓，增大了射流核及迁移段的长度，扩展了射流切割土体的范围，而且水、气同时作用于土体，增强了破坏土体的能力，地基加固效果较好。根据本工程的地质特点，高压旋喷桩的主要设计参数如下：
3.1 布桩形式
旋喷桩直径大于1200mm，造孔孔径大于100mm，布桩间距2.5m×2.5m。
3.2 技术指标
①桩位误差≤50mm，钻孔垂直度偏差＜1.0%。
②桩端进入粉质粘土层≥100cm。
③喷浆过程中因故停浆，重新喷射时桩体搭接长度≥30cm。
④喷浆结束后，要对注浆孔进行二次回灌，防止旋喷桩体因水泥浆固结出顶部凹陷，达不到设计桩顶标高。
3.3 质量检验
①施工后28天对桩身进行钻芯取样，并做抗压试验。
②无侧限抗压强度平均值fcuk不小于2.5MPa。 4 工程实施
高压喷射注浆的施工机具包括钻孔机械和喷射注浆设备两类。根据现场的工程地质条件，引孔采用D130钻头成孔，造孔时岩芯管长度小于2.0m，穿过表层含块石的人工填土层时，采用浅孔锤冲击成孔。根据施工设备要求，具体施工工艺如下：
放点、定位→钻引导孔→制浆→高压旋喷→插钢筋→补浆(或补凹穴)→检验
施工设备参数见表1。
为保证顺利安放注浆管，采用浅孔锤和钻机孔时，应及时调整桩机的垂直度，确保误差小于1.0%。引孔施工时应及时调整桩机的水平位置，防止了因机械振动或地面湿陷造成钻机垂直度偏差过大。实施完成的桩体形状如图2所示。
5 设计指标取值的探讨
为了对高压旋喷桩的施工质量进行评价，现场进行了取芯试验，结果表明试验值与设计值有
较大偏差，并根据试验结果对高压旋喷桩的设计指标的取值进行了探讨。
5.1 现场取芯结果
按照设计要求28天龄期后进行了取芯试验，试验结果显示靠近人工回填土层与淤泥层交接处（砂石土层）的指标在2.1~6.6MPa之间，较接近有关规程及指标的规范要求，如砂砾土的8～20MPa，而需要处理的淤泥层上层抗压强度指标仅为0.2~0.4MPa，大大小于设计平均抗压强度2.5MPa。其原因可从以下几个方面分析：
①场地土层分布特殊（夹层），且淤泥（流塑，贯入击数仅为1击），含水量在60%左右，造成固结体中含水量偏大，由此造成桩体强度偏低且增长缓慢。
②三重管法由于在高压水与空气流共同作用下破碎土体，可在地基中造成较大的空隙，有利于浆液的填充；一边旋转、提升，一边喷射水、气、浆，使地基中旋喷成直径较大的旋喷桩（一般1.0~2.0m），但桩体强度一般为0.9~1.2MPa，强度较低。
③三重管对水压的要求较高，采用施工水压确保桩径，在不采用早强剂或降低水灰比的情况下，使含水量较高的淤泥土层用较短时间完成固结而达到设计技术指标是很困难的。
④相关资料显示，同类土（夹层性质），经旋喷施工后需要70~90天方能达到抗压技术指标要求，而本工程的仅在28后进行取芯，相对时间明显过短。
⑤现行规程或施工手册，龄期时间与抗压强度之间缺少相对应的比较值，即28天后开始施钻取芯，其相对应的强度无参照；或有强度要求未有相应要求的养护时间。根据该工程28天龄期的抗压强度指标仅为0.2~0.4MPa，需通过后续检测确定淤泥质土情况下旋喷桩的最佳龄期。
5.2 几个设计指标取值的分析
根据该工程地质情况下对旋喷桩的现场取芯检测结果的分析，对于高压旋喷桩在淤泥质土中施工时的技术指标，提出如下建议：
①由于淤泥质土含水量高，强度低，因此施喷水压可适当降低，在淤泥质土中按规范30MPa偏大，建议在18~22MPa之间取值。②对地层中含淤泥土夹层情况下高压旋喷桩的抗压强度指标建议按0.5~1.0MPa考虑。③龄期建议在70~90天之间。
参考文献
［1］建筑施工手册编写组. 建筑施工手册［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2003.
［2］中华人民共和国冶金工业部标准. 高压旋喷注浆技术规程［M］. 西安：西安交通大学出版，1993. 来源: 《建筑中文网》.
关键词：关键词：码头；地基处理；旋喷桩；质量控制
1 引言
高压喷射注浆法处理地基在我国已有了广泛的应用，并制定了相应的施工设计规范。在高速公路软弱地基加固、水利工程防渗、矿山井巷加固与防渗等方面得到越来越多的应用。在一些大城市，随着地铁建设和高层建筑的崛起，不少深基坑工程亦都采用了高压喷射注浆技术来进行深基坑的止水防渗。高压喷射注浆按注浆管类型可分为单管、二重管和三重管三种方法。单管以单纯喷射水泥浆液；二重管在水泥浆液射流外面包裹一层高压空气同时喷射，来破坏土层结构，同时完成置换、填充；而三重管则是以包裹了高压空气的高压水流来破坏土层结构，再以水泥浆液进行置换、填充。
实践表明，本法对淤泥、淤泥质土、流塑或软塑性粘性土等地基都有良好的处理效果。高压旋喷桩施工中各种技术指标的选取是影响工程施工和质量的关键，目前高压旋喷施工技术已有了比较广泛的应用。
2 工程概况及地质条件
南方某港码头场区稳定地下水位为2.63m，土层分布为（如图1所示）：
①表层为8.5~11.5m厚的人工回填土层，且土层中含有3～80cm不等块径的人工抛石；②人工回填土下为主要的软土层，淤泥厚度为7.5~10.5m；③底层为土质较好的粉质粘土。
根据场地土层的分布特点，选取了两种方法进行地基处理方案的比选：一是采用塑料排水板加堆载预压配合强夯法；二是采用高压旋喷桩加固土体。根据场地的土层分布情况，采用排水固结法，由于在表层含有块径在3～80cm的人工抛石，因此塑料排水板施工机具无法穿越上部人工回填土层，采用引孔措施，将增加工程的难度和造价，且与周边环境相滞。综合该地区的地质条件及技术经济等各方面因素，经过方案比较，最终确定采用高压旋喷桩加固深层软土，而浅层采用低能量强夯的处理方案。
3 高压旋喷桩工程设计
此次地基加固设计采用三重管法进行高压旋喷桩的施工，三重管高压喷射注浆主要是靠高压射水切割、破坏土体，成桩直径的大小和成桩质量,与高压水的工作状态有密切关系。三重管法在环境高压水射流外围，同时喷射高压空气，使高压水的轴动压力衰减及扩散率变缓，增大了射流核及迁移段的长度，扩展了射流切割土体的范围，而且水、气同时作用于土体，增强了破坏土体的能力，地基加固效果较好。根据本工程的地质特点，高压旋喷桩的主要设计参数如下：
3.1 布桩形式
旋喷桩直径大于1200mm，造孔孔径大于100mm，布桩间距2.5m×2.5m。
3.2 技术指标
①桩位误差≤50mm，钻孔垂直度偏差＜1.0%。
②桩端进入粉质粘土层≥100cm。
③喷浆过程中因故停浆，重新喷射时桩体搭接长度≥30cm。
④喷浆结束后，要对注浆孔进行二次回灌，防止旋喷桩体因水泥浆固结出顶部凹陷，达不到设计桩顶标高。
3.3 质量检验
①施工后28天对桩身进行钻芯取样，并做抗压试验。
②无侧限抗压强度平均值fcuk不小于2.5MPa。 4 工程实施
高压喷射注浆的施工机具包括钻孔机械和喷射注浆设备两类。根据现场的工程地质条件，引孔采用D130钻头成孔，造孔时岩芯管长度小于2.0m，穿过表层含块石的人工填土层时，采用浅孔锤冲击成孔。根据施工设备要求，具体施工工艺如下：
放点、定位→钻引导孔→制浆→高压旋喷→插钢筋→补浆(或补凹穴)→检验
施工设备参数见表1。
为保证顺利安放注浆管，采用浅孔锤和钻机孔时，应及时调整桩机的垂直度，确保误差小于1.0%。引孔施工时应及时调整桩机的水平位置，防止了因机械振动或地面湿陷造成钻机垂直度偏差过大。实施完成的桩体形状如图2所示。
5 设计指标取值的探讨
为了对高压旋喷桩的施工质量进行评价，现场进行了取芯试验，结果表明试验值与设计值有
较大偏差，并根据试验结果对高压旋喷桩的设计指标的取值进行了探讨。
5.1 现场取芯结果
按照设计要求28天龄期后进行了取芯试验，试验结果显示靠近人工回填土层与淤泥层交接处（砂石土层）的指标在2.1~6.6MPa之间，较接近有关规程及指标的规范要求，如砂砾土的8～20MPa，而需要处理的淤泥层上层抗压强度指标仅为0.2~0.4MPa，大大小于设计平均抗压强度2.5MPa。其原因可从以下几个方面分析：
①场地土层分布特殊（夹层），且淤泥（流塑，贯入击数仅为1击），含水量在60%左右，造成固结体中含水量偏大，由此造成桩体强度偏低且增长缓慢。
②三重管法由于在高压水与空气流共同作用下破碎土体，可在地基中造成较大的空隙，有利于浆液的填充；一边旋转、提升，一边喷射水、气、浆，使地基中旋喷成直径较大的旋喷桩（一般1.0~2.0m），但桩体强度一般为0.9~1.2MPa，强度较低。
③三重管对水压的要求较高，采用施工水压确保桩径，在不采用早强剂或降低水灰比的情况下，使含水量较高的淤泥土层用较短时间完成固结而达到设计技术指标是很困难的。
④相关资料显示，同类土（夹层性质），经旋喷施工后需要70~90天方能达到抗压技术指标要求，而本工程的仅在28后进行取芯，相对时间明显过短。
⑤现行规程或施工手册，龄期时间与抗压强度之间缺少相对应的比较值，即28天后开始施钻取芯，其相对应的强度无参照；或有强度要求未有相应要求的养护时间。根据该工程28天龄期的抗压强度指标仅为0.2~0.4MPa，需通过后续检测确定淤泥质土情况下旋喷桩的最佳龄期。
5.2 几个设计指标取值的分析
根据该工程地质情况下对旋喷桩的现场取芯检测结果的分析，对于高压旋喷桩在淤泥质土中施工时的技术指标，提出如下建议：
①由于淤泥质土含水量高，强度低，因此施喷水压可适当降低，在淤泥质土中按规范30MPa偏大，建议在18~22MPa之间取值。②对地层中含淤泥土夹层情况下高压旋喷桩的抗压强度指标建议按0.5~1.0MPa考虑。③龄期建议在70~90天之间。
参考文献
［1］建筑施工手册编写组. 建筑施工手册［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2003.
［2］中华人民共和国冶金工业部标准. 高压旋喷注浆技术规程［M］. 西安：西安交通大学出版，1993. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200903/13947.htm
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