旋喷注浆法在道路基底处理中的应用

2022-09-11

1 加固原理及工程概况

旋喷注浆法是把底部带有特殊喷嘴的注浆管置人土层中预定深度,利用高压水泥浆切割原状土后,借助注浆管的旋转和提升运动,使高压水泥浆与崩落下来的土充分搅拌混合,经过区一段时间凝固在土体中形成圆柱状固结体,从而加固地基的方法。根据注浆的方法,分为单管法、双管法和多重法,这里介绍的是最简便实用的单管旋喷注浆法,其形成的固结体称为旋喷桩,此法对于含有粗糙土、砂砾土的软弱地基加固具有其他方法所不及的优越性。

在国道G324广州段扩建过程中,本标段6.55km的路基在施工清表时出现3段长分别为22.60m,65.80m和86.20m的软弱地基,地质结构为表层为耕植土(0.6 m~1.1 0 m);其下主要以中粗砂夹软卧层及土洞(1.20cm~7.00cm),且土洞间存在连通;最下层砂性土(0.6 0 c m~1.5 c m)。后经业主组织的四方方案比选,采用施工单位提出的旋喷注浆法(单管)对该范围地基进行处理。根据补勘测设,加固深度长度范围为5.8 0 m~7.9 5 m〈桩径60cm,),桩纵横向间距按1.3m(0.7倍桩径),按梅花型布置。

2 施工准备

2.1 施工机具

旋喷注浆的主要机具:H30-2X钻机2台,SNH-H300高压灰浆泵2台,泥浆循环泵2台及其他配套设备

2.2 主要材料及配合比

(1)水泥:广东粤海牌P.O 32.5R袋装水泥,经试验各项指标合格。

(2)水:采用采用项目部抽取的生活饮用水,符合施工用水标准。

(3)减水剂:天津利宏建材厂缓凝高效减水剂(F D-4型)

(4)配合比:经抽样配比,采用水灰比0.8:1,每m成桩水泥用量为276kg,减水剂为0.8%。

2.3 主要技术指标

(1)钻头(喷嘴)直径:Φ108mm(3mm)。

(2)旋喷水平转速:20转/min

(3)垂直提升速度:(20~25)cm/min

(4)喷浆压力:18MPa~22MPa

(5)地基承载力:650k N

2.4 试桩

根据《建筑地基处理技术规范》〈JGJ79-91〉的规定并参照TB10113一96对粉喷桩检测的规定,在喷射注浆7d后,采用轻便触探仪(N10)对旋喷桩的质量进行检查,当N 1 0击时视为合格;经检验两试桩均满足要求。开挖桩头长3.50m观察旋喷成桩的效果,经检查桩体均质,无断层、夹碴情况,桩径误差符合规定规范要求,因而确认确定的施工参数可以用于此工点旋喷桩施工。

3 施工工艺及情况

旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程,将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后,从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来,形成一股能量高度集中的液流,直接破坏土体,喷射过程中,钻杆边旋转边提升,使浆液与土体充分搅拌混合,在土中形成一定直径的柱状固结体,从而使地基达到加固。施工中主要工序为钻孔与注浆。

3.1 钻孔

(1)测量布设桩位与钻机就位将场地清理平整达到施工条件,根据桩位布置图在场地上布孔,把钻机安装到施工位置,使钻头对正桩位中心,对点误差不大于50mm,并检查钻机的垂直度。采用低压(0.5MPa左右)水进行射水试验,确认喷嘴畅通,压力正常方可使用。

(2)钻孔射水试验结束后,即可开始钻孔,水压由0.5MPa提高到1.0Mh,一根钻杆用完后,停止曹射水,接长钻杆,继续施钻直到达到设计标高为准;停止射水拧下第一根钻杆,放入钢球堵住射水孔,再安上钻杆。

3.2 注浆

(1)制浆制浆工作与钻也同时进行,把水先加入搅拌桶内,再加入水泥和早强剂,开动搅拌机拌和10~20min,拧开搅拌桶底部的阅门,浆液流人过滤筛进行两次过滤,过滤结束后浆液放人浆液池内。采用高压泥浆泵抽取浆液,注人注浆管准备喷浆.

(2)旋喷高压泥浆泵将水泥浆注入注浆管,浆液压力达到14~24MPa,旋转钻杆待浆液从孔底冒出地面后开始提升钻杆,边喷浆、边旋转、边提升,待第一根钻杆完全提出地面后,停止喷浆,迅速拆除此根钻杆而后恢复喷浆,当浆液压力恢复至旋喷压力(2OMPa左右)后,重新开始提升钻杆,依次循环作业,直至喷嘴提升至桩顶设计标高后继续采用低压5MPa左右喷浆1~2min。

(3)终孔旋喷结束后先停风、停水,继续用泥浆泵低压(5MPa)注浆,待浆液返回孔口方可停浆,尔后提出钻杆、将喷嘴冲洗干净,将钻机移至新位置作业.

3.3 施工注意事项

(1)每次拆换一根钻杆后应将喷嘴自原高度下插10cm左右,以高压复喷2min,再开始提升.钻杆实施下一循环的旋喷作业。

(2)旋喷作业过程因机械故障等中断后,下一次作业应重新钻孔至设计孔底然后实施旋喷、作业。

(3)旋喷过程出现压力骤升或骤降时应停止作业,提出钻杆,查明原因方可恢复施工。

(4)旋喷过程中,往往有一定量的土粒随着部分浆液沿注浆管壁冒出地面,一般此量小于注浆量的20%,当其大于注浆量的20%或完全不冒浆时,应查明原因并采取相应措施。

(5)通过不同地层的分界位置时,应对此位置上、下各不小于0.4m的高度范围复喷一次以确保质量。

(6)无论钻孔或旋喷作业过程中钻机的垂直度都必须控制在1.5%以内,以有效防止因钻在点机倾斜过大产生的加固深度不能满足设计要求的情况。

(6)施工中所有材料必须在有效使用期限内,并经试验合格方可投入使用。

(7)旋暇质量检验。

4 成桩质量和加固效果

为了检查旋喷桩成桩和软基处理质量,采取钻孔取芯做标准试件进行室内力学试验,取芯位置距注浆中心200mm左右,取芯管直径φ89,共抽测了52根高压旋喷桩(占总桩数的2%),采用全取芯检查,取芯至处理深度时终检。抽测的52根高压旋喷桩芯样完整致密,28d无侧限抗压强度平均值1.52Mpa~4.00MPa,检测单位对抽测旋喷桩的质量评价为优(32根)、良(9根)、合格(1根),旋喷桩桩径均不小于600mm,处理范围合理。现场随机留置的巧组水泥土试块经28d养护后委托正规试验室进行试压,抗压强度2.0Mpa~4.2MPa,与取芯试验结果相符;单桩承载力试验均在980k N以上。经跟踪观测,该段通车半年后路面趋于稳定,软基处理路段路况良好,路面完整。