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高壓旋噴樁施工工藝及要點幹貨

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高壓旋噴樁施工工藝及要點幹貨
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高壓噴射注漿法是利用鑽機把帶有噴嘴的注漿管鑽進土層的預定位置後,以高壓設備使漿液或水、(空氣)成為20~40MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來,沖切、擾動、破壞土體,同時鑽杆以一定速度逐漸提升,将漿液與土粒強制攪拌混合,漿液凝固後,在土中形成一個圓柱狀固結體(即旋噴樁),以達到加固地基或止水防滲的目的。

一、适用範圍

1.可廣泛應用于淤泥、淤泥質土、粘性土、粉質粘土、 粉土(亞砂土)、砂土、 黃土及人工填土中的素填土,甚至碎石土等多種土層。

2.可作為既有建築和新建建築的地基加固之用, 也可作為基礎防滲之用;可作為施工中的臨時措施(如深基坑側壁擋土或擋水、 防水帷幕等), 也可作為永久建築物的地基加固、 防滲處理。

3.當用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性、 地下水流速過大和已湧水的地基工程時, 宜通過試驗确定其适用性。

根據噴射方法的不同,可分為單管法、二重管法和三重管法。

單管法:單層噴射管,僅噴射水泥漿。


二重管法:又稱漿液氣體噴射法,是用二重注漿管同時将高壓水泥漿和空氣兩種介質噴射流橫向噴射出,沖擊破壞土體。在高壓漿液和它外圈環繞氣流的共同作用下,破壞土體的能量顯著增大,最後在土中形成較大的固結體。

三重管法:是一種漿液、水、氣噴射法,使用分别輸送水、氣、漿液三種介質的三重注漿管,在以高壓泵等高壓發生裝置産生高壓水流的周圍環繞一股圓筒狀氣流,進行高壓水流噴射流和氣流同軸噴射沖切土體,形成較大的空隙,再由泥漿泵将水泥漿以較低壓力注入到被切割、破碎的地基中,噴嘴作旋轉和提升運動,使水泥漿與土混合,在土中凝固,形成較大的固結體,其加固體直徑可達2m。 


噴射注漿法的加固半徑和許多因素有關,其中包括噴射壓力P、提升速度S、被加固土的抗剪強度τ、噴咀直徑d和漿液稠度B。加固範圍與噴射壓力P、噴咀直徑d成正比,與提升速度S、土的抗剪強度τ和漿液稠度B成反比。加固體強度與單位加固體中的水泥摻入量和土質有關。

二、成樁機理

高壓噴射注漿的成樁機理包括以下五種作用: 

1.高壓噴射流切割破壞土體作用。噴射流動壓以脈沖形式沖擊破壞土體,使土體出現空穴,土體裂隙擴張。 

2.混合攪拌作用。鑽杆在旋轉提升過程中,在射流後部形成空隙,在噴射壓力下,迫使土粒向着與噴咀移動方向相反的方向(即阻力小的方向)移動位置,與漿液攪拌混合形成新的結構。

3.升揚置換作用(三重管法)。高速水射流切割土體的同時,由于通入壓縮氣體而把一部分切下的土粒排出地上,土粒排出後所留空隙由水泥漿液補充。 

4.充填、滲透固結作用。高壓水泥漿迅速充填沖開的溝槽和土粒的空隙,析水固結,還可滲入砂層一定厚度而形成固結體。

5.壓密作用。高壓噴射流在切割破碎土層過程中,在破碎部位邊緣還有剩餘壓力,并對土層可産生一定壓密作用,使旋噴樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分。

三、操作要點

1.施工前準備工作 

(1)在設計文件提供的各種技術資料的基礎上作補充工程地質勘探,進一步了解各施工工點地基土的性質、埋藏條件。 

(2)準備充足的水泥加固料和水。水泥的品種、規格、出廠時間經試驗室檢驗符合國家規範及設計要求,并有質量合格證。嚴禁使用過期、受潮、結闆、變質的加固料。一般水泥為425号普通矽酸鹽水泥。水要幹淨,酸堿度适中,pH值在5~10之間。

(3)根據補充勘探資料,在選擇的試驗工點加固範圍内的各代表性地層用薄壁取土器采取必需數量的原狀土送試驗室,對取得的土樣在進行試驗之前應妥善保存,使土樣的物理和化學性能盡可能保持不變。

(4)室内配合比試驗。根據設計要求的噴漿量或現場土樣的情況,按不同含水量設計并調整幾種配合比,通過在室内将現場采取的土樣進行風(烘)幹、碾碎,過2~5mm篩的粉狀土樣,按設計噴漿量、水灰比攪拌、養護、力學試驗,确定施工噴漿量、水灰比。一般水灰比可取1.0~1.5。為改善水泥土的性能、防沉澱性能和提高強度,可适當摻入木質素磺硫鈣、石膏、三乙醇胺、氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉、陶土、堿等外摻劑。若試驗之前土樣的含水量發生了變化,應調整為天然含水量。

(5)試樁試驗。根據室内試驗确定的施工噴漿量、水灰比制備水泥漿液在試驗工點打設數根試樁,并根據試樁結果,調整加固料的噴漿量,确定攪拌樁攪拌機提升速度、攪拌軸回轉速度、噴入壓力、停漿面等施工工藝參數。

(6)推土機、挖掘機配合自卸汽車清除地表0.3m厚的種植土,雜物,并将原地面按設計要求整平,填出路拱。根據施工現場實際情況,施作臨時排、截水設施,并在施工範圍以外開挖廢泥漿池以及施工孔位至泥漿池間的排漿溝。

(7)按設計要求完成施工放樣,用木樁定出樁位,用白石灰作出明顯标識。

2.施工工藝 

(1)鑽機定位。移動旋噴樁機到指定樁位,将鑽頭對準孔位中心,同時整平鑽機,放置平穩、水平,鑽杆的垂直度偏差不大于1%~1.5%。就位後,首先進行低壓(0.5MPa)射水試驗,用以檢查噴嘴是否暢通,壓力是否正常。 

(2)制備水泥漿。樁機移位時,即開始按設計确定的配合比拌制水泥漿。首先将水加入桶中,再将水泥和外摻劑倒入,開動攪拌機攪拌10~20分鐘,而後擰開攪拌桶底部閥門,放入第一道篩網(孔徑為0.8mm),過濾後流入漿液池,然後通過泥漿泵抽進第二道過濾網(孔徑為0.8mm),第二次過濾後流入漿液桶中,待壓漿時備用。

(3)鑽孔(三重管法)。當采用地質鑽機鑽孔時,鑽頭在預定樁位鑽孔至設計标高(預鑽孔孔徑為15cm)。

(4)插管(單重管法、二重管法)。當采用旋噴注漿管進行鑽孔作業時,鑽孔和插管二道工序可合而為一。當第一階段貫入土中時,可借助噴射管本身的噴射或振動貫入。其過程為:啟動鑽機,同時開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液,使鑽杆沿導向架振動、射流成孔下沉;直到樁底設計标高,觀察工作電流不應大于額定值。三重管法鑽機鑽孔後,拔出鑽杆,再插入旋噴管。在插管過程中,為防止泥砂堵塞噴嘴,可用較小壓力(0.5~1.0MPa)邊下管邊射水。 

(5)提升噴漿管、攪拌。噴漿管下沉到達設計深度後,停止鑽進,旋轉不停,高壓泥漿泵壓力增到施工設計值(20~40MPa),坐底噴漿30s後,邊噴漿,邊旋轉,同時嚴格按照設計和試樁确定的提升速度提升鑽杆。若為二重管法或三重管法施工,在達到設計深度後,接通高壓水管、空壓管,開動高壓清水泵、泥漿泵、空壓機和鑽機進行旋轉,并用儀表控制壓力、流量和風量,分别達到預定數值時開始提升,繼續旋噴和提升,直至達到預期的加固高度後停止。 

(6)樁頭部分處理。當旋噴管提升接近樁頂時,應從樁頂以下1.0m開始,慢速提升旋噴,旋噴數秒,再向上慢速提升0.5m,直至樁頂停漿面。

(7)若遇礫石地層,為保證樁徑,可重複噴漿、攪拌:按上述4~6步驟重複噴漿、攪拌,直至噴漿管提升至停漿面,關閉高壓泥漿泵(清水泵、空壓機),停止水泥漿(水、風)的輸送,将旋噴漿管旋轉提升出地面,關閉鑽機。

(8)清洗。向漿液罐中注入适量清水,開啟高壓泵,清洗全部管路中殘存的水泥漿,直至基本幹淨。并将粘附在噴漿管頭上的土清洗幹淨。

(9)移位。移動樁機進行下一根樁的施工。 

(10)補漿。噴射注漿作業完成後,由于漿液的析水作用,一般均有不同程度的收縮,使固結體頂部出現凹穴,要及時用水灰比為1.0的水泥漿補灌。

3.推薦的主要施工技術參數 

(1)單重管法。漿液壓力20~40MPa,漿液比重1.30~1.49,旋噴速度20rmin,提升速度0.2~0.25m/min,噴嘴直徑2~3mm,漿液流量80~100L/min(視樁徑流量可加大)。 

(2)二重管。法漿液壓力20~40MPa,壓縮空氣壓力0.7~0.8MPa。 

(3)三重管。法漿液壓力0.2~0.8MPa,漿液比重1.60~1.80,壓縮空氣壓力0.5~0.8MPa,高壓水壓力30~50MPa。

4.推薦主要機具設備,見表2。


5.勞動力組織 

單機作業每班人員組織分工,見表3。


四、質量要求及質量控制要點

1.施工質量要求 

旋噴樁施工質量要求應滿足表4要求。

7.png

2.質量控制要點 

(1)正式開工前應認真作好試樁工作,确定合理的施工技術參數和漿液配比。

(2)旋噴過程中,冒漿量小于注漿量的20%為正常現象,若超過20%或完全不冒漿時,應查明原因,調整旋噴參數或改變噴嘴直徑。 

(3)鑽杆旋轉和提升必須連續不中斷,拆卸接長鑽杆或繼續旋噴時要保持鑽杆有10~20cm的搭接長度,避免出現斷樁。

(4)在旋噴過程中,如因機械出現故障中斷旋噴,應重新鑽至樁底設計标高後,重新旋噴。

(5)制作漿液時,水灰比要按設計嚴格控制,不得随意改變。在旋噴過程中,應防止泥漿沉澱,濃度降低。不得使用受潮或過期的水泥。漿液攪拌完畢後送至吸漿桶時,應有篩網進行過濾,過濾篩孔要小于噴嘴直徑1/2為宜。 

(6)在旋噴過程中,若遇到孤石或大漂石,樁可适當移動位置(根據受力情況,必要時可加樁),避免畸形樁或斷樁。

3.質量通病處理 

(1)不冒漿或冒漿量少: 通常原因是加固土層粒徑過大,孔隙較多,可采取以下措施。

1)加大漿液濃度,可以從1.1加大到1.3左右繼續噴射。

2)灌注粘土漿或加細砂、中砂,待孔隙填滿後再繼續正常噴射。

3)在漿液中摻加骨料。

4)加泥球封閉後繼續正常噴射。 

5)灌注水泥砂漿後,再将孔内水泥漿置換成粘土漿,待孔隙填滿後繼續正常噴射。

(2)冒漿量過大:通常是有效噴射範圍與噴漿量不适應有關,可采取以下措施。

1)提高噴射壓力。

2)适當縮小噴嘴直徑。 

3)适當加快提升速度。由于冒漿量中含有地層顆粒和漿液的混合體,目前對冒漿中的水泥的分離回收尚無适宜方法,在施工中多采用過濾、沉澱、回收調整濃度後再利用。

(3)凹穴處理。 

1)在噴射灌漿完畢時,即連續或間斷地向噴射孔内靜壓灌注漿液,直至孔内混合液凝固不在下沉。

2)在噴射灌漿完成後,向凝固體與其上部結構之間的空隙進行第二次靜壓灌漿,漿液的配比應為不收縮且具有膨脹性的材料,如采用水泥∶水∶鋁粉的配比為9.8∶6.9∶0.3的漿液。

五、安全措施

1.高壓泥漿泵、空壓機、高壓清水泵必須指定專人操作,壓力表應定期檢修檢定,以保證正常工作。 

2.鑽機操作人員應具有熟練操作技能。

3.施工前應檢查高壓設備和管路系統,其壓力和流量(風量)需滿足設計要求,應檢查管道的耐久性以及管道連接是否可靠,泵體、注漿管及噴嘴内不得有任何雜物,各類密封圈必須良好,無滲漏現象,否則接頭斷開、軟管破裂,将會導緻漿液、高壓水流飛散、軟管甩出等安全事故。安全閥中的安全銷要進行試壓檢驗(試壓檢驗到當地壓力容器檢驗所檢驗),必須确保在達到規定壓力時能斷銷卸壓,絕不能輕易安裝未經試壓檢驗的自制安全銷。

4.噴射漿自噴嘴噴出時,具有很高的能量,因此人體與噴嘴之間的距離不應小于60cm。

5.噴射注漿的漿液目前一般以水泥漿為主,但有時也加入其他化學填加劑,一般說漿液硬化後對人畜均無害,但硬化前的液體進到眼睛裡時,必須立即進行充分清洗,并及時到醫院治療。 

6.吊、放噴射管路時,嚴禁管下站人。不得将電纜浸泡在水和泥漿中,防止漏電傷人。

六、環境保護

1.水泥、石灰細顆粒散體材料,應遮蓋存放;運輸時必須必須封閉覆蓋,不得沿途撒落。

2.制定灑水防塵措施,指定專人負責現場灑水降塵。

3.采取有效降噪措施。

4.不得随意排放廢棄的加固料。
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