浅论高压旋喷桩在浅埋隧道中的应用

摘要：结合对芙蓉山隧道上方不均匀沉降及部分塌陷进行的加固处理，分析了高压旋喷加固方法处理土方不均匀沉降及塌陷的可行性，对处理同类项目有借鉴意义。

关键词：旋喷桩高压喷射注浆加固处理

1 前言

1.1 加固原理。高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、空气成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。

1.2 加固体直径。旋喷桩直径与现场土质、土体强度和喷射压力、流量、提升速度和浆液稠度等诸多因素有关，应通过现场试验确定。

1.3 布置形式。桩的平面布置形式根据加固的目的考虑，本文采用整体加固形式，用以提高土体的稳定性。

1.4 设计承载力及浆量。按桩身强度和土体强度计算桩的容许承载力，计算复合地基承载力，三者做比较。

浆量计算采取体积法和喷量法，取大者作为设计喷射浆量。

2 概况及特点

芙蓉山隧道净宽15.75m，净高5.0m，埋深较浅，含水量较大，渗透系数小，自稳能力差，隧顶主要为亚粘土。

洞身采用复合式衬砌（五心圆曲墙式衬砌），隧道右线从芙蓉山经常年冲刷形成的"V"型槽下穿过,一侧山势较高,另一侧山势较低。基于以上情况,本隧道有以下特点：浅埋；大跨；软弱土质;偏压；高仰坡。

施工过程中，隧道上方土方出现不均匀沉降及部分塌陷，经方案比选决定采用高压旋喷加固方法处理。

3 技术参数

（1）成桩直径不小于1.0m，咬合10cm，采用三重管，施工参数根据实验确定，成桩实验中，要求取芯，其无侧限抗压强度大于1.5MPa。

（2）水泥用量按每根桩400kg/m计，可采用初喷100kg/m，复喷300kg/m工艺。桩及空桩长度应根据实际施工范围综合考虑。

（3）旋喷桩布设宽度应超出隧道开挖宽度2米，桩间距（桩心与桩心的距离）:横向90cm，纵向80cm。

4 施工工艺

（一）施工准备。平整场地，做好通水、通电及硬化道路工作；进行技术交底工作，作好施工前安全文明教育；选择合适的位置，进行试桩，以期确定喷嘴型号及规格、进尺及提升速度、注浆压力、注浆流量、水灰比值及水泥掺入量、成桩直径和成桩强度等技术参数。同时熟悉图纸，掌握施工时的具体要求，设立临时设施，检查机器运转情况，布置好水泥浆池及水泥堆放场，按顺序对旋喷桩进行编号。

（二）测量放样。运用导线控制法进行控制点布设，其精度要求：距离中误差：±5mm，角度中误差：±10S；参照场地情况，将主轴线控制点引至不受破坏的位置，且加以保护；在复验合格的控制点基础上，进行桩位点的放样，其精度要求为±30mm。

（三）注浆工艺。影响固结体的质量因素较多，本工程采用三重管注浆，注浆工艺是影响固结体的重要因素之一。

1、旋喷。高压旋喷注浆，自下而上，连续进行，若施工中出现了停机故障，待修好后，需向下搭接不小于500mm 的长度，以保证固结体的整体性。本工程隧顶主要为亚粘土应适当放慢提升和旋转速度或提高旋喷压力等。

（1）钻机定位。移动桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，钻杆的垂直度偏差不大于1%～1.5%。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

（2）制备水泥浆。桩机移位时，即开始按配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，搅拌10～20分钟后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。

（3）钻孔。当采用地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设计标高（预钻孔孔径为15cm）。

（4）提升喷浆管、搅拌。达到设计深度后，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。

（5）桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。

（6）若遇砾石地层，为保证桩径，按上述3～5步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵，停止水泥浆的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。

（7）清洗。向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗管路中残存的水泥浆和喷浆管头上的土。

（8）移位。移动桩机进行下一根桩的施工。

2、复喷。相同技术参数条件下，对同一土层作重复注浆，能增加土体破坏有效长度，从而加大固结体的直径或长度并提高固结体强度，复喷时全部喷浆，复喷的次数愈多固结体直径加长的效果愈好。

（四）控制水泥用量。在喷浆提升过程中,控制水泥用量是关键。水泥的用量与喷浆压力、喷嘴直径、提升速度及水灰比等有直接关系，具体控制方法：

1、若水泥量剩余，措施如下：① 适当增加喷浆压力。② 加大喷嘴直径。③ 减慢提升速度。

2、若水泥量不够，措施如下：①保证桩径的情况下适当减少压力。②喷嘴直径适当减少。③保证桩体强度的情况下适当加快提升速度。④加大水灰比值。

针对水泥浆下沉现象（水泥浆液密度较大），采取自桩顶向下3.0m 进行复喷，可保证桩体上部水泥土强度。

（五）冒浆处理。通过对冒浆的观察，可以判断旋喷的大致效果和断定参数合理性等，冒浆量小于注浆量20%为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因及时采取相应措施。

1、流量不变而压力突然下降时，应检查部位的泄漏情况，必要时拨出注浆管，检查其封密性能。

2、出现不冒浆或断续冒浆时，如土质松软则视为正常现象，可适当进行复喷；如附近有空洞、暗道，则应不提升注浆管，继续注浆直至冒浆为止，或拨出注浆管待浆液凝固后，重新注浆直至冒浆为止，必要时采用速凝浆液，便于浆液在注浆管附近凝固。

3、减少冒浆的措施冒浆主要由于有效喷射范围与注浆不相适应，注浆量大大超过固结所需的浆量所致。①提高旋喷压力（喷浆量不变）。②适当缩小喷嘴直径（旋喷压力不变）。③加快提升和旋转速度。

对于冒出地面的浆液，可经过选择和调整浓度后进行前一根桩返浆回灌，以防止空穴现象。

（六）固结体控形。固结体的形状，可以通过调节旋喷压力和注浆量，改变喷嘴移动方向和提升速度，予以控制。

（七）防止串孔。1、施工过程中，采取跳打的施工方法；2、在高压缩土层适当减小喷浆压力。3、加快提升速度和旋转速度。

6 结论

高压旋喷桩加固方法，设备简单，施工简便，具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉，噪声小，无污染，能有效的减少总沉降量，特别是桩身范围沉降量，沉降量收敛快，有效减少差异沉降。

由于条件的限制，我们并未对成桩后的水泥土取芯，因此也未得到其实际的强度。但从处理后两年多时间以来，经测量加固效果十分理想。

参考文献：

[1]史佩栋。桩基工程手册。北京：人民交通出版社，2008。

[2]蔡胜华。注浆法，北京：中国水利水电出版社，2006。

[3]杨俊。旋喷桩的施工技术及其应用。广东交通职业技术学院学报，2005，(01)。

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