单管法旋喷桩施工方案.docx

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单管法旋喷桩施工方案

高压旋喷注浆工艺

一、 材料选择与准备

旋喷注浆是靠高压液流的冲击力破坏土层并与土体混合成新的固体，根据喷射工艺要求，浆液应具备以下特性：

注浆液具有良好的可喷性；有足够的稳定性；浆液中气体应少；能调解浆液的胶凝时间；优良好的力学性能；无毒、无臭、；结实率高。

水灰比一般采用1：

1~1.5：

1的水泥浆液。

在喷浆之前按施工要求准备好足够的合格的水泥浆液，

二、 旋喷参数的确定

1、 压力参数的确定

一般情况下采用加大泵压力来增加其流量及流速，进而增大喷射力。

根据以往经验，本工程压力选择为：

0~3米时，采用25Mpa，3米以下时采用23 Mpa。

2、 旋转提升参数的确定

旋转、提升的速度与喷流半径有关，而有效半径与喷嘴的几何尺寸和喷射角度有相互联系，并直接影响喷流的特性。

根据施工经验，旋喷提升速度宜控制在25~28cm/min范围内，旋转速度宜控制在20~28r/min范围内。

其中在顶部1m应选用较慢的转速和提升速度。

一般为20~23cm/min速度提升，20r/min旋转。

3、 喷嘴直径

 喷嘴安装在钻头侧面，是旋喷注浆的关键部分，喷粉直径大小对喷射流速度影响很大。

一般单管注浆中喷嘴直径选用2.0~3.2mm。

三、 旋喷注浆参数确定

1、 喷射直径的估计

旋喷后的固结体尺寸由以下因素决定：

土的类别及密实程度，高压旋喷注浆方法，喷射技术。

根据我国使用的水泥浆液，压力为20Mpa左右、喷嘴孔径2.0〈d〈2.5mm时。

旋喷固结体直径（D）可按标贯次数（N）进行估计：

粘性土（适用于0〈N〈5〉：

D =0.65/154N2~1/154 N2

砂类土（适用于5〈N〈15〉：

D=1/770（350+10N- N2）

2、 布孔形式

根据现场实际情况，本工程采用三角形布孔。

矩形布孔

四、 高压旋喷注浆施工工艺的技术要求

1、 施工工艺

1. 1钻机就位

钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许偏斜不得大于1.5%。

          1. 2钻孔

           单管旋喷常使用76型旋转振动钻机，钻进厚度达30m以上，适用于标准贯入度小于40的砂土和粘性土层。

当遇到比较坚硬的地层时宜用地址钻机钻孔。

钻孔位置与设计位置的偏差不得大于50mm。

     1.3插管

     插管是将喷管插入地层预定深度。

使用76型振动钻机钻孔时，插孔与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。

如使用地址钻机钻孔完毕，必须拔出岩芯管，并换上旋喷管插入到预定深度。

在插管过程中。

为了防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水边插管，水压力不超过1Mpa。

若压力过高易将空壁射塌。

 1.4、喷射作业

当喷管插入预定深度后。

由下而上进行喷射作业，值班人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否满足设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。

1.5、冲洗

喷射施工完毕后，应把注浆管等机具冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆，通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。

1.6、移动机具

将钻机等机具设备移到新孔位上。

五、 主要技术要求

1. 钻机或旋喷机就位时机座要平稳，立轴或转盘与孔位对正，倾角与设计误差一般不得大于0.5°

2、 喷射注浆前要检查高压设备和管路系统，设备的压力和排量必须满足设计要求。

管路系统的密封圈必须良好。

各通道和喷嘴内不得有杂物。

3、 喷射注浆时要注意准备，开动注浆泵，待估算水泥浆的前锋已经流出喷头后，才开始提升注浆管。

自下而上喷射注浆。

4、 喷射注浆时，开机顺序也要遵守第3条的规定。

同时开始喷射注浆孔的孔段要与前段搭接0.1m防止固结体脱节。

5、 喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固体体顶部出现凹穴，所以应及时用水灰比为0.6~1的水泥浆进行补灌，并要预防其他钻孔排除的泥土或杂物进入。

6、 为了加大固结体尺寸，或深层硬土为避免固结体尺寸减小，可以采用提高喷射压力、泵量或降低回转与提升速度等措施，也可采用复喷工艺。

7、 冒浆的处理，在旋喷处理中，往往有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着注浆管壁冒出地面。

通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。

根据实验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量的20%为正常。

超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。

若是地层中有较大空隙引起的不冒浆，则可以在浆液中掺入适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固。

另外，还可以在空隙地段增加注浆量，填充空隙后再继续正常旋喷施工。

冒浆量无穷大的主要原因，一般是有效喷射范围与注浆不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。

减小冒浆的措施有三种：

提高喷射压力；适当缩小喷嘴直径；控制固结体形状。

在正常情况下的冒浆可沿公路横向方向，在相邻两个孔之间开挖排浆沟，形成桩与桩之间的系梁，以便提高复合地基总体承载力。

三管高压旋喷灌浆施工方法说明

1工程简要概况

    本工程砂砾石层截渗采用旋喷桩，施工轴线长度283m。

分河床段和两岸段，河床段砂砾石层厚度8-12m，上接心墙粘土，底部为基岩；两岸段无砂砾石层，心墙粘土以下为基岩。

初设旋喷孔距1.0m，钻孔工作量为8535m，旋喷工作量为2471m。

截渗面积2289m2。

2施工程序

高压旋喷灌浆孔均分两序或三序施工（遇串浆、串风现象，分成三序施工），总程序为：

施工临建（包括水管、电缆铺设、排污系统和集中制浆站建造）、高喷灌浆试验、高喷钻孔、高喷灌浆（先封堵河床段，后施工两岸段）和墙体检查。

 高喷灌浆施工程序见图3-1。

图3-1 高喷灌浆施工程序图

3钻孔施工工艺

3.1钻孔设备

拟采用9台地质钻机造孔，其中重庆探矿机械厂生产的XY-2型钻机5台和杭州探矿机械厂生产的SGZ-ⅢA型回转式地质钻机各4台。

每台钻机配一台BW200/4型双作用柱塞泵钻孔。

3.2钻孔方法

钻进方法采用硬质合金回转钻进、金刚石钻进、合金牙轮钻进等方法成孔。

心墙粘土层段一般宜采用干钻取芯成孔，必要时可向孔内加入少量清水或泥浆；亦可采用泥浆钻进，冲洗液选用优质粘土泥浆或膨润土泥浆；当坝体心墙粘土适合于自然造浆时，可用清水做为冲洗液，但泵量应根据需要严格控制。

各种造孔方式均以不破坏坝体心墙粘土结构为原则。

砂砾石层采用硬质合金回转钻进、合金牙轮钻进，泥浆护壁，基岩段造孔采用硬质合金回转钻进或金刚石钻进方法。

3.3钻孔基本要求

孔径：

高喷钻孔孔径不小于Φ110mm。

孔深：

终孔深度以达到设计要求为准，即伸入基岩1.0m。

孔斜：

孔斜合格标准为偏斜率≤0.5%。

    桩位：

根据施工图纸规定的桩位进行放样定位，其中心允许误差应不大于1%孔距。

3.4孔斜测量与控制

⑴孔斜测量

测量仪器采用上海地质仪器厂制造的KXP-1轻便测斜仪，便于操作，可直接从操作箱刻度盘上观察到测量结果，精度可满足工程使用要求。

因钻孔孔径比仪器外径较大，以求测量结果真实准确，测孔时配加导向，测斜仪安装在导向管内，与导向管（长度3.5-4.0m，外径与钻孔钻具外径相同）同心同轴。

导向装置如图3-2所示。

图3-2 测斜仪导向装置图

⑵孔斜控制

钻孔偏斜是影响墙体可靠搭接的关键因素，施工时采取以下措施进行防斜：

①钻机加设底座，力求钻机工作时保持平稳。

②钻机就位后，应垫稳及调整好钻机，使开孔钻具保持铅垂状态。

③随时校对立轴垂直度，加长粗径钻具，禁止使用弯曲钻杆和弯曲的粗径钻具。

④除开孔外，不得使用短小钻具，钻具长度应保持在3.5m以上，并在钻进时合理使用钻进参数。

⑤钻孔每5-10m进行一次孔斜测量，对钻孔过程实施检测，如孔斜偏差较大，应及时采取有效措施纠偏（如钻具上下往复拉动修复、填孔重钻、扩孔修复等）。

3.5固壁泥浆

    采用当地优质粘土或采用膨润土做为造浆主要材料。

泥浆性能参数指标按表3-1控制：

                   表3-1        泥浆性能指标控制标准表

  指标                  

 泥浆 密度

（g/cm3） 马氏漏斗

粘度（s） 含砂量

（%）

  粘土泥浆 ≤1.15 35～40 ≤10

  膨润土泥浆 ≤1.08 30～35 ≤5

3.5泥浆净化及回收

钻孔时，孔口返出的泥浆经排浆沟、沉淀池沉淀后，用泥浆泵再次泵入钻杆循环使用，排浆沟、沉淀池的浆渣人工挖出，运至指定地点堆放。

当泥浆中含砂量增多不能满足护壁要求时，应采用特殊除砂措施（振动筛除砂）或废弃。

4高喷灌浆施工工艺

4.1高喷墙设计方案

⑴设计方案

    高喷墙设计为旋喷桩防渗墙，在防渗墙轴线上单排布置。

两岸段孔距1.4m，伸入基岩1.0m，伸入心墙内1.0-2.0m；河床段孔距1.0 m，伸入基岩1.0m，伸入心墙内4.0-4.5m。

旋喷桩布置及墙体搭接型式如图3.3所示。

                  图3-3    三管旋喷墙体搭接示意图

⑵高喷防渗墙设计要求及性能指标

防渗墙有效搭接厚度应不小于60cm。

渗透系数应不大于：

心墙粘土层1×10-6 cm/s，坝基砂砾石层5×10-6 cm/s。

    防渗墙抗压强度应不小于：

心墙粘土层3MPa，坝基砂砾石层8MPa。

4.2机具配置

拟采用一台高喷台车（组装高喷震动锤，频率800HZ，冲击功5.3KN）、一台高压清水泵、一台空压机和一台灌浆泵组装成一套高喷设备进施工，高压喷射设备组装见图3-4。

       CYP-50高喷机                 

图3-4高压喷射设备组装示意图

       3D2-SZ高压清水泵

4.3高压旋喷施工方案

    旋喷桩施工采用预先成孔，而后下入高喷管进行。

    旋喷桩施工采用三管或三重管法实施。

三管和三重管法即以浆、气、水三种介质同时作用于地层，使浆液与地层颗粒成份混合、搅拌、置换、充填渗透形成固结体。

高压水嘴布置为直线双喷嘴（180度夹角），使用定向送液器，高喷作业时喷嘴对准高喷墙轴线向左右两方向实施对摆，摆动角度185-190度，从而形成旋喷桩。

4.4三管法旋喷施工工艺流程

    测量放线定点    钻机就位调正    钻孔    终孔验收     喷车就位    地面试喷     下设喷管     喷射注浆     结束     孔口静压补浆    粘土封孔   下一流程

4.5高喷注浆试验施工

⑴试验区及旋喷试验孔布置

在现场高压喷射注浆作业开始前，按施工图纸要求和监理人指示选择地质条件具有代表性的区段，按室内试验选定的配合比进行高喷注浆工艺试验。

砂砾石地层高喷注浆试验在坝后砂砾石地层上进行，布置12个喷射孔构成一个长方形围井，采用不同的孔距、喷射压力、提升速度、浆液浓度等进行试喷，通过开挖检查和钻孔取芯检测喷射墙体质量且通过进行注水试验取得渗透系数（K值）；另在粘土层上布置2个喷射孔进行试喷，以选定粘土心墙中的工艺参数。

砂砾石地层高喷注浆试验孔孔深暂定为8m，粘土层高喷注浆试验孔孔深为5m。

高喷注浆试验旋喷孔布置见图3-4。

                     a砂砾石层（围井试验）          b粘土层（单喷孔）

图3-4  高喷注浆试验旋喷孔布置图

⑵旋喷试验建议工艺参数

高喷注浆试验建议工艺参数如下（供参考），试验施工时由设计决定：

表3-2高喷注浆试验建议工艺参数

地   层 砂砾石层 粘土层 基岩

组别 1 2 1 2 1

孔距m 1.0 0.8 

提升速度cm/min 6.8 8-10 10-12 8-10 15-20

旋转速度r/min 6-8 8-10 10-12 8-10 15-20

水压MPa 38-40 38-40 38-40 38-40 38-40

水量L/min 75-120 100-120 100-120 100-120 75-120

浆压MPa 0.4-0.8 0.4-0.8 0.4-0.8 0.4-0.8 0.4-0.8

浆量L/min 70-80 70-80 70-80 70-80 70-80

风压MPa 0.6-0.8 0.6-0.8 0.6-0.8 0.6-0.8 0.6-0.8

风量m3/ min 1.2-1.5 1.2-1.5 1.2-1.5 1.2-1.5 1.2-1.5

进浆密度g/cm3 ≤1.65 ≤1.60 ≤1.60 ≤1.60 ≤1.60

通过对旋喷固结体钻孔取芯、注水试验和围井开挖检查成果分析后，对试验工艺参数进行优化调整，确定高喷注浆施工工艺参数。

⑶试验设备

                         表3-3   旋喷试验设备表

序号 设备名称 型号、规格单 位 数量 备    注

1 钻机 SGZ-ⅢA 台 2 钻孔

2 高喷机 CYP-50 台 1 三管机下设喷管、提升喷射

3 高压清水泵 3D2-SZ 台 1 供高压水

4 空压机 6m3 台 1 供压缩空气

5 浆泵 BW200/4 台 1 供浆

6 高速搅拌机 ZJ-400 台 2 配制水泥浆液

7 泥浆搅拌机 300L（双桶） 台 1 配制泥浆

8 振动筛 台 1 回收浆液

9 水泵 IS单级20m3/min 台 1 供水

10 排污泵 2PN 台 1 排污

4.6高压喷射灌浆作业  

⑴高压喷射灌浆作业

钻孔验收合格后，进入喷浆作业。

首先高喷台车就位、进行调平、支撑点垫实垫稳；全面检查喷浆设备是否完好 ，再进行孔口试喷，检查各种管路是否畅通；下管时将喷头进行密封，以防浆、气、水管道堵塞；下到设计深度后，按浆、水、气顺序依次送入，各种参数达到设计要求和孔口返浆正常后，再按要求进行正常提升喷射。

喷射作业完成后，通过送浆管路及时向喷射孔内补充地层漏矢的浆液，进行静压补浆（回灌），直至孔内浆液面稳定和不在下沉为止。

回灌可用喷射浆液，亦可用砂砾石层喷射作业时孔口返浆，但不可使用粘土层喷射作业时孔口返浆进行补浆。

为节约和降低部分工程成本，高喷施工过程中可以考虑浆液的回收和利用。

将孔口返浆集中到坝顶临时集浆池内，经除砂器（振动筛）处理后泵回制浆站配制新浆。

施工中按监理要求采集孔口返浆试样，每种主要地层应取冒浆试件不少于6组。

高喷灌浆结束后，心墙粘土段孔内应用粘土球回填封孔，每填一定高度后，下入粗径钻具捣实，使灌浆孔封填密实。

⑵施工技术措施

喷射注浆分两序或三序施工（遇串浆、串风现象，分成三序施工），先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，再施工Ⅲ序孔。

相邻孔施工间隔时间不宜少于72小时。

先封堵河床段，后施工两岸段。

喷射注浆应连续进行，喷射提升需要卸管时，复喷段不小于20cm。

因停水、停电或机械故障等意外原因造成喷射注浆中断时间过长，恢复喷浆时，应将喷头下放原喷顶高程以下不小于0.5m进行复喷，采取重复搭接以保证上下墙体的连续性。

在喷射注浆过程中，如出现返浆异常（返浆量过小、不返浆、断续返浆），根据实际情况可采取降低提速、静喷、增大浆液密度、孔口填入细砂等办法进行处理，待孔口返浆正常后恢复喷射。

为保证基岩层与砂砾石层、砂砾石层与心墙粘土层、基岩与心墙粘土层接触段墙体连接紧密，喷射过程中对接触段采取静喷或复喷处理；特别是两岸段旋喷孔距较大，基岩与心墙粘土层接触段复喷两次，复喷段长度为0.3-0.5m，有意加大喷射半径以保墙体有效连接。

施工过程中，库水位和坝下水位差形成坝基渗流会影响旋喷灌浆施工质量，为消除和减小坝基渗流对旋喷灌浆施工的不利影响，采取在浆液中掺加速凝剂，以缩短浆液凝结时间。

5材料和浆液制备

5.1材料

      水  泥：

采用由业主提供的普通硅酸盐水泥，水泥标号选用425#。

      膨润土：

采用优质钙基膨润土，细度应为200目。

          砂：

中细砂，符合有关规范要求（特殊情况下使用）。

      碳酸钠：

符合有关规范要求。

      外加剂：

符合有关规范要求。

    工程所需材料设专人负责验收，不合格材料不准使用，所有材料按规定要求送检（由具有国家二级或二级以上资质的试验单位检验）。

5.2浆液制备

高喷浆液：

喷射灌浆采用水泥、膨润土混合浆液，浆液密度不小于1.6g/cm3。

可用硅酸盐水泥（425#）中加入水泥重量3%的优质膨润土和3%膨润土重量的碳酸钠，配制成混合浆液。

亦可用硅酸盐水泥掺入高效扩散剂配制。

本工程我们倾向于选用普通硅酸盐水泥配制浆液。

浆液配合比试验：

按施工图纸对浆液性能的要求，施工前需做浆液配合比试验，测试项目包括浆液拌制时间、浆液密度、浆液流动性、浆液稳定性、浆液初凝和终凝时间、以及浆液固结体密度、强度、弹性模量和透水性等。

    制浆：

浆液采用高速搅拌机搅拌，纯拌和时间不应少于30s，且应连续制浆。

已制成待用的浆液应采用低速搅拌机搅拌，以防止沉淀；制成浆液当环境温度10℃以下时，不超过5小时，当环境温度10℃以上时，不超过3小时，浆液存放时间超过有效时间时，应予以废弃。

6质量事故预防

    钻孔事故预防：

钻孔施工随时注意和观察钻杆、钻具的可使用性，杜绝使用破损的钻杆和钻具，避免断钻等孔故发生。

高喷灌浆质量缺欠预防：

每次喷灌前保证喷灌设备运转状况良好，水中无坚固砂粒，避免和减少因设备故障或水嘴在喷射中堵塞造成喷灌中断；检查施工参数检测仪表和器具计量的准确性，保证施工技术参数得到有效控制，完全达到和满足设计规范要求。

7高喷墙体质量检查

    高喷灌浆施工结束后，墙体做围井抽水试验和墙体取芯及压水试验，对施工质量进行检查。

做围井注水或抽水试验检查，防渗墙做为围井的下游边墙，围井布置位置和数量由监理工程师根据实际施工情况确定。

墙体取芯及压水试验在帷幕灌浆钻孔时进行，帷幕灌浆钻孔钻穿旋喷墙时，应连续钻取岩芯，岩样做抗压试验（数量由监理人决定），每10孔取1孔做压水试验。

墙体取芯应在旋喷墙施工结束28天后进行。

                             表3-3   旋喷试验设备表

序号 设备名称 型号、规格 单 位 数量 用电量（KW） 备注

1 钻机 SGZ-ⅢA 台 5 18.5*5 

2 钻机 XY-2 台 5 22*5 

3 高喷机 CYP-50 台 1 13 三管机

4 高压清水泵 3D2-SZ 台 1 75 

5 空压机 6m3 台 1 30 

6 浆泵 BW200/40 台 12 11*12 

7 高速搅拌机 ZJ-400 台 2 5.5*2 

8 泥浆搅拌机 300L 台 2 4.5*2 

9 多级泵 台 2 15*2 

10 排污泵 2PN 台 2 15*2 

总 用 电 容 量（KW）