水泥旋噴樁加固軟地基工法

一、前言
旋噴樁全稱高壓旋噴注漿法，最早于20世紀60年代末期應用于日本大阪市地鐵施工中，我國是繼日本后，研究開發高壓旋噴注漿較早的國家，廣泛應用于工業與民用建筑、公路等工程的地基處理中，使軟基處理更快捷，更加徹底，具有良好的社會和經濟效益。
二、工法特點

1. 設備簡單，施工方便。旋噴法全套設備結構緊湊，體積小，機動性強，占地少，能在狹窄的現場施工。
2. 適用范圍廣，處理效果好。由于旋噴法使用的壓力大，因而噴射流的能量大，速度快。無論細粒還是碎石，卵石土等各種土質，均有巨大的沖擊，破碎和攪動作用，使注入的漿液和土均勻凝固成為固結體。
3. 施工安全無公害。各種高壓泵和泥漿泵等均勻后安全閥和超壓自停自泄裝置，有安全保障。施工機具的振動小，不會對周圍建筑帶來振動影響和噪聲公害。
4. 工期短、效益高。由于沉降時間短，沉降量小，處理后軟基上部填方及反槽施工的結構物施工不受制約，從而提高工效。

三、使用范圍

1.  適用于處理淤泥土，粉質粘土和低強度的粘性土地基。
2. 加固深度達30M以上單樁承載力可達380KM以上，加固強度標準值取90天齡期的無側限強度，一般達到2。0—4。0MPA。

四、施工工藝
旋噴樁就是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預定位置后，以高壓設備使水泥漿或水成為20MPA左右的高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體.當能量大，速度快和呈脈動狀后噴射流的動壓超過土體結構強度時，土粒便從土體剝落下來。一部分細小的土粒隨著漿液冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下與漿液攪拌混合，并按一定比例和質量大小有規律的重新排列。漿液凝固后，使在土中形成一個固結體。固結體的形態和噴射流的方向有關。一般分為旋轉噴射（簡稱旋噴）和定向噴射（簡稱定噴）兩種形式。旋噴時噴嘴一面噴射一面旋轉和提升，固結體是圓柱狀，主要用于加固地基，提高地基的抗剪強度、改善土的變形性質，使其在上部結構荷栽直接作用下，不產生破壞或過大的變形；定噴時，噴嘴一面提升，噴射方向固定不變，固體體形如劈狀，通常用于基礎防滲，改善地基土的性質和穩定邊坡等工程。
作為地基加固，通常采用旋噴注漿形式，使加固土體在土形成均勻的圓柱體或異形圓柱體。高壓旋噴法基本分為單管法、二重管法、三重管法和多重管法等四種。
高壓旋噴法通過在軟土層中形成水泥固結體等樁間土一起形成復合地基，從而提高地基的承載力，減少地基的沉降變形，達到地基加固的目的，加固后的地基的承栽力旋噴樁的強度，樁間土的性質和面積置換率等因素有關，通常采用下式來計復合地基的承栽力：
∫_spk=［R^d_k+β∫_sk(A_e-A_P)］/A_e
式中：∫_spk——復合地基承載力標準值(kPa)
      ∫_s.k——樁間土地基承載力標準值(kPa)
A_{e————}根樁承擔的處理面積（m²）
A_{P————}樁的平均截面積（m²）
β——樁間地基承載力折減系數；一般取0-1；
R^d_{k————}單樁豎向承載力標準值（KN）。通過現場載荷試驗確定，也可按有關公式計算。
旋噴樁對地基的作用機理有以下幾個方面：

1. 因旋噴樁的存在，使得軟弱土層在荷載作用下由原來的無側限狀態轉變為一定的邊界條件的應力狀態，從而提高了樁間土的強度；
2. 由于旋噴樁在自重作用下對樁周圍有一定的擠密壓實作用，即樁的側壁摩陰力，也使得樁周圍的軟弱土層承載力提高；
3. 旋噴結束后，當水泥土混合漿液尚未凝結時，這種漿液將產生擠壓力，對周圍土有壓密作用，并使部分漿液進入土粒之間的空隙中，形成“脈”狀、“板”狀水泥結石體，這種情況在開挖檢查比較明顯。

五、工藝流程（見圖1）
 
 
 

旋噴樁施工工藝流程圖 旋噴樁采用單管旋噴施工工藝   測量定位     樁機就位并調平機身     啟動主鉆機鉆進     在設計深度停鉆     啟動噴漿機   水泥漿制作   檢查噴料是否正常     提鉆到停噴標高時停止噴     在設計標高處停提鉆，鉆頭轉動     提鉆到地表以上     樁機移位

六、施工要點：
下面結合丹拉高速公路天津南段13標軟基處理的施工介紹旋噴樁工法的施工要點：

1. 鉆機就位：鉆機安放在設計的孔位上并保持垂直，施工時旋噴后的應許傾斜不得大于1.5%。鉆機口位置與設計位置的偏差不得大于50mm。
2. 下管前必須檢查管路是否暢通，按頭密封是否良好。
3. 插管：插管是將噴管插入地層預定的深度，在插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，可邊射水邊插管，水壓一般不超過1MPa。
4. 當噴管插入預定深度后，由上而下進行噴射作業，噴射注漿時要注意，待估算水泥漿的前峰已流水噴頭后（一般2-4秒）方可開始提升注漿管。值班人員必須時刻注意檢查漿液初凝時間，注漿流量等技術參數，一般漿的壓力為35MPA轉速25-30r/秒 。提速控制在20~25cm/秒。
5. 施工時，加強前臺與后場供漿配合密切，后場停止供應時，應及時通知前臺，防止斷樁和缺漿。再次供漿時，攪拌機需下次停漿點0.5M以下，待恢復供漿時在提升。如停止時間超過3小時，需將輸漿卸下進行清洗。
6. 所用水泥漿，水灰比要按設計規定，不得隨意更改，要保證水泥質量，水泥要過篩，其細度應在標準篩上的篩余量不大于15%，禁止使用受潮，過期的水泥。
7. 噴射注漿孔與高壓泵距離不能過長，防止高壓軟管過長，沿程壓力損失增大，造成實際噴射壓力降低。
8. 當樁頂接近標高時，為保證樁頭的施工質量鉆井自設計標高以下1M噴漿提升時，采用慢速，控制在15厘米/秒。
9. 噴射結束后，若發現漿面下降應立即在噴射孔內進行靜壓充填，直至漿液面不再下流為止。
10. 施工中出現冒漿，一般是因為注漿量超過所需漿量所致，可采取如下措施：①

提高噴射壓力②適當縮小噴嘴直徑③加快提高和轉速。

1. 一般說來，重復噴射有增經效果，由于其難以控制和影響進度，因此在實際施工中不把它作為增經的主要措施，通常在漿液噴射不足或工程要求有較大直徑時才進行復噴。

七、主要機具
丹拉高速公路天津南段旋噴樁采用單管法，每套設備主要配備機具見表1
表1 主要機具設備
 

序號	名稱	型號	單位	數量
1	高噴臺車	XY—2	臺	1
2	高壓旋噴泵	XPB—90	臺	1
3	水泥攪拌機	SF—200	臺	1

八、勞動力組織
本工法的勞動力組織見表2
表2勞動力組織
 

序號	工種	人數	工作內容
1	班長	1	負責協調指揮各工序的操作，控制加固質量排除施工中的各種故障
2	操作員	3	按設計施工工藝，正確操縱鉆頭的鉆進和提升檢查維修機械負責使用聯絡信號
3	制漿員	3	負責水泥漿的制作，保證施工的連續性
4	司漿	1	統計材料用量，記錄泵送時間，清洗輸料管
5	電工后勤	2	負責設備的安裝和安全使用
6	記錄員	1	負責施工記錄，操縱電器控制儀表，使用聯絡信號，并質量檢查員工作

九、質量控制

• 質量控制標準

標準偏差≤55CM
樁經  不小于設計
有效樁長  不小于設計
垂直度  ≤1。5%
樁頂標高偏差≤±5CM
（二）檢測技術

1. 室內灰比實驗

現場采集要加固的土樣及施工用的水泥送至試驗室，按設計提供水泥參考用量分組選用不同水泥用量試塊，試塊成形后送入標養室進行養護，達到規定齡期后，作無限抗壓強度試驗，選定最優的灰比。

1. 試樁

施工前先打一組試樁（3顆），從而確定施工的各項參數，如鉆進速度，提升速度和旋轉速度等，確定機械需配備的人員。在試樁成樁28天后，做抽芯檢測和單樁載力和復合地基承載力試驗，最后確定合理的施工技術措施和方案。
（三）質量控制措施

1. 開工前組織施工人員進行技術交底，施工中根據質量工程要求召開質量專題會，不得使用不合格的施工機具及不合格或失效的水泥。
2. 鉆機開孔前必須復核孔位、孔距，檢查鉆機的水平度、軸垂直度。鉆進時應避免鉆機的劇烈振動，跳動及鉆桿擺動，確保鉆機垂直度。
3. 控制旋噴的壓力和提升及旋轉速度，確保加固范圍內每一深度的噴漿飽滿。
4. 用比重秤或比重計來檢查拌制的水泥漿是否符合設計要求。技術人員應經常檢查每延米用漿量和水泥用量是否滿足設計和施工要求。
5. 鉆到終孔深度后，技術人員應及時檢查驗收孔深及孔斜率，以確保以上技術指標達到設計要求。
6. 隨時檢查施工記錄，對照施工工藝對每根樁進行質量評定。對不合格的樁，視具體情況采取補救措施。
7. 抽選一定數量的樁進行淺部開挖，檢查樁體的成樁質量，量測樁徑、樁距等指標，并鉆蕊取樣進行強度試驗。

十．安全措施   

1. 嚴格執行安全操作規程，安全員負責安全教育和檢查，禁止不符合要求的施工操作。
2. 所有機械操作人員須持證上崗。
3. 機械設備運行時，崗上人員必須堅守崗位，夜間作業應有充分的照明設施，登高作業要系安全帶。
4. 建立機械設備的定期檢查、保養制度。

十一、效益分析
本工法沒有特殊的施工技術，操作簡單易行，較粉噴樁、攪拌樁地基加固方法加固深度大固加劑用量易控制，加固地基效果好，樁距是攪拌樁的2-2.5倍，比攪拌樁施工方法省投資進1/10，且無噪聲、粉塵和泥漿等污染，具有較高的推廣價值。
十二、工程案例
丹拉高速公路天津南段13標全長8.5627KM，處于渤海灣沉降區，線路所經區域均為軟土地基地段，設計對橋頭路基及涵洞，通道等構筑物基礎采用旋噴樁加固處理。我局二公司于2001年9月15日開始組織旋噴樁施工，9月25日正式開工，2002年1月15日完工，共制樁6840根，樁徑為0.6M，單樁有效長度平均為15M，成樁率100%，抽取了3%的樁進行樁體質量檢查，全部達到設計標準，收到了良好的技術經濟效益。生產情況見表3、表4
 
表3施工情況
 

樁機編號	開工日期	完工日期	制樁根數	總延長米
1	2001-9-25	2001-12-28	691	10365
2	2001-9-25	2002-1-5	742	11130
3	2001-9-25	2002-1-8	761	11415
4	2001-10-5	2002-1-12	703	10545
5	2001-10-5	2002-1-15	719	10785
6	2001-10-10	2002-1-13	673	10095
7	2001-10-10	2002-1-15	679	10185
8	2001-10-10	2002-1-13	668	10020
9	2001-10-15	2002-1-7	610	9150
10	2001-10-15	2002-1-2	594	8910
總計			6840	102600

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
表4   樁位偏差情況
 

樁機區	檢查樁數	垂直度≯1.5%者	樁位≯5CM者	合格樁數	合格率
1	21	21	21	21	100%
2	23	23	23	23	100%
3	23	23	23	23	100%
4	21	21	21	21	100%
5	22	22	22	22	100%
6	21	21	21	21	100%
7	21	21	21	21	100%
8	20	20	20	20	100%
9	19	19	19	19	100%
10	18	18	18	18	100%

 
 
                               
                          中鐵十四局二公司丹拉指
                                                執筆：任元柱
 

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