高压旋喷桩机基础知识
高压旋喷桩机基础知识
前言
旋喷桩兴起于二十世纪七十年代的高压喷射注浆法，八、九十年代在全国得到全面发展和应用。实践证明此法对处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等有良好的效果，我国已将其列入现行的《地基与基础施工规范》。采用高压旋喷技术, 通过在覆盖层内的钻孔向孔周喷射水泥浆而建成的承重桩。这是地基处理的一种新方法。20世纪70年代初, 日本首先开始应用, 随后, 世界各工业发达国家先后引进。中国于70年代中期开始应用, 至1982年底, 已在30多项工程中, 建成了总长度约2万余米的旋喷桩。
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。施工中一般分为两个工作流程，即先钻后喷，再下钻喷射，然后提升搅拌，保证每米桩浆液的含量和质量。
旋喷桩是指在地表钻孔,通过孔眼将高压浆液和高压风旋转喷射注入强风化岩体或土体,从而达到就地造桩、加固地基的一种施工方法,主要用于路基改良土体、增加地基承载力等方面若在喷射的同时喷嘴以一定的速度旋转、提升则形成喷浆液与上混合的圆柱形桩体通常称为旋喷桩.虽然这种地基加固技术在刀年代初才发展起来但与其他地基加固方法相比由于其在某方面具有明显的优势所以该项技术在国内外发展十分迅速。有一定强度的圆柱体(称为旋喷桩),从而使地基得到加固.根据使用机具设备的不同,旋喷法分为单管法、二重管法和三重管法。结土质成圆柱体称为旋喷桩.它适用于各种软弱土层可提高土的抗剪强度改善土的力学性能也可组成闭合的帷幕截断地下水流可做施工临时防护工程等。
系利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速（15～30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，形成具有一定强度（0.5～8.0MPa）的圆柱固结体（即旋喷桩），从而使地基得到加固。旋喷桩的特点是：可提高地基的抗剪强度；能利用小直径钻孔旋喷成比孔大8～10 倍的大直径固结体；可用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体；施工噪声低，振动小；可用于任何软弱土层，可控制加固范围；设备较简单、轻便，机械化程度高；料源广阔，施工简便、粉土、砂、湿陷性黄土、人工填土及碎石土等的地基加固；既有建筑和新建筑的地基处理，深基坑侧壁挡土或挡水，基坑底部加固防止管涌与隆起，坝的加固与防水帷幕等工程。
单管旋喷注浆法是利用钻机把安装在注浆管(单管)底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固，便在土中形成一定形状的固结体，这种方法日本称为CCP工法。
一、施工机具（部件构成）
施工机具主要由钻机和高压发生设备两大部分组成。由于喷射种类不同，所使用的
机器设备和数量均不同，如下：
设备名称型号功率数量单位
旋喷钻杆XY-4 10kW 1 台
高压柱塞泵3D2-S2-85/45 75kW 1 台
空压机6m3 37kW 1 台
浆液搅拌机立式4kW 1 台
灌浆泵SGB6-10 22kW 1 台
排污泵立式7.5kW 1 台
配套设备若干（操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、
阀门接头安全设施等）
注：1、钻机的转速和提升速度，根据需要应附设调整装置，或增设慢速卷扬机；
2、二重管法选用高压泥浆泵、空压机和高压胶管等可参照上世纪列规格选用；
3、三重管法尚需配备搅拌罐（一次搅拌量3.5m3）、旋转及提升装置、吊车、集泥箱、指挥信号装
置等；
4、其他尚需配各种压力、流量仪表等。
二、施工前准备
材料要求
水泥应采用325 号或32.5 强度等级普通水泥，要求新鲜无结块，一般泥浆
水灰比为1：1～1.5。为消除离析，一般再加入水泥用量3%的陶土、0.9‰的碱。
浆液宜在旋喷前1h 以内配制，使用时滤去硬块、砂石等，以免堵塞管路和喷嘴。
1.场地三通一平
施工前应保证场地的三通一平，确保用电安全。
2.桩位测设
桩位应严格按照图纸设计测设，偏差不得大于50mm.
3.试桩及确定工艺参数
为保证施工质量应严格遵守试桩要求，在展开大批量制桩前进行试桩，以校验施工工艺参数是否合理，现根据工程经验提出试桩用工艺参数如下：
⑴注浆管：提升速度12～18cm；旋转速度10～20r/min.
⑵水：压力20～25Mpa；流量85L/min.
⑶浆液压力：≥20Mpa；流量＞60Lmin.
⑷空气：压力0. 5～0. 9Mpa；流量0. 7m3/min.
⑸水灰比：1：1
4.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倾斜度不得大于1.5%. 5.钻孔
单管旋喷常使用76型旋转振动钻机，钻进深度可达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质钻机钻孔。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm.
6.插管
插管是将喷管插入地层预定的深度。使用76型振动钻机钻孔时，插管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。如使用地质钻机钻孔完毕，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，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1 MPa，若压力过高，则易将孔壁射塌。
7.喷射作业
当喷管插入预定深度后，由上而下进行喷射作业，技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。
注：当浆液初凝时间超过20h应及时停止使用该水泥浆液（正常水灰比1：1，初凝时间为15h左右）
8.冲洗
喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，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。
9.移动机具将钻机等机具设备移到新孔位上。
10.工艺流程图
第1步：场地三通一平第2步：桩位测设第3步：试桩及确定工艺参数第4步：钻机就位第5步：进行钻孔第6步：插管第7步：进行喷射作业第8步：设备冲洗
第9步：设备移到新孔位上第10步：重复以上操作
钻机就位→引孔（扩孔）到设计标高→封堵垂向喷嘴→搅浆→由下向上旋喷作业到设计顶→冲洗→移位。
施工顺序
先打试桩2~3根，了解施工工艺及旋喷效果，最后确定施工参数。再进行旋喷桩的施工，施工时应先施工内排桩，后施工外排桩，为确保桩与桩间能很好地咬合，宜采用打一跳一法，且间隔时间应大于36小时。
1、钻机就位：钻机安置平稳、钻杆垂直、钻头对准孔位中心。
2、钻孔插管：采用76型旋转钻机，钻进深度为15米。
3、喷射注浆：水泥浆液应在喷注前一小时内搅拌，当喷嘴达到设计高程喷注开始时先送高压力及喷射压力及喷浆量后再边旋转边提升，以防浆管扭段，钻杆的旋转和提升必须连续不断。
4、冲洗及移动机具：当喷射提升到设计高程后，即告旋喷结束，此时应立即拔出注浆管，用清洗包括泥浆泵和高压泵，管内机内不得残存浆和其他杂物，然后将机具设备移动下一个孔位。
下图为某gc工艺流程：
附：作业条件
1、应具有工程地质勘察报告、基础施工图和施工组织设计。
2、施工场地内的地上和地下障碍物已清除或拆迁。
3、平整场地，挖好排浆沟、排水沟，设置临时设施。
4、测量放线，并设置桩位标志。
5、取现场大样，在室内按不同含水量和配合比进行配方试验，已优选出合理的浆液配方。
6、具设备已配齐、进场，并进行维修、安装就位，进行试运转。进行现场试桩，已确定成桩施工的各项施工参数和工艺。
附：某例：
（1）地面试喷：钻孔验收、高喷台车就位并对准孔口后，为了直观检查高压系统的完好性以及是
否能够满足使用要求，首先应进行地面试喷。
（2）开喷：喷管先至指定深度后，拌制水泥浆液，即可供浆、供风、供水开喷。待各压力参数和
流量参数均达到要求，且孔口已返出浆液时，即可按既定的提升速度进行喷射灌浆。
（3）高喷灌浆保持全孔连续一次作业，作业中因拆卸喷射管而停顿后，重复高喷灌浆长度不小于0.3m。
（4）在高喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度和回浆量异常，甚至不返浆等情况时，查明原因后即使处理。
（5）当孔内出现严重漏浆，拟采取以下措施进行处理：
A．降低喷射管提升速度或停止提升；
B．降低喷水压力、流量进行原地灌浆；
C．喷射水流中掺加速凝剂；
D．加大浆液密度或灌浆水泥砂浆、水泥粘土浆；
E．向孔内冲填砂、土等堵漏材料。
（6）在高喷灌浆过程中，水泥用量根据现场土层情况确定，保证180～250kg/m（180度摆喷）。
（7）供浆正常情况下，孔口回浆密度变小、不能满足设计要求时，拟采取加大进浆密度或进浆量
的措施予以处理。
（8）装、卸喷射管时，采取措施密封、加快装卸动作以防止喷嘴堵塞。
（9）高喷灌浆结束后，充分利用孔口回浆或水泥浆液对已完成孔进行及时回灌，直至浆液面不下
降为止。
（10）施工中如实记录高压旋喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常情况及处理等。
三、施工工艺要求及技术要点
1、旋喷桩可根据工程情况和机具条件采用单管法、二重管法和三重管法三种，工程应用较
多的为单管法和三重管法。
2、旋喷桩和施工程序为：机具就位→贯入注浆管，试喷浆→旋喷注浆→拔管及冲洗等。
3、单管法和三重管法可用注浆管射水成孔至设计深度后，再一边提升一边喷射注浆。三重
管法施工须预先用钻机或振动打桩机钻成直径150～200mm 的孔，然后将三重注浆管插入孔内，按旋喷、定喷或摆喷的工艺要求，由下而上进行喷射注浆，注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm。
4、在插入旋时节管前，先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，插入后先
作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。如因塌孔插入困难时，可用低压（0.1～2Mpa）水冲孔喷下，但须把高压水喷嘴用塑料布包裹，以免泥土堵塞。
喷嘴直径、提升速度、旋喷速度、喷射压力、排量等旋喷参数见表3-17或根据现场试验确定。
旋喷施工主要机具和参数表3-17
项目单管法二重管法三重管法
参数
喷嘴孔径（mm）
喷嘴个数（个）
旋转速度（r/min）
提升速度（mm/min）
φ2～3
2
20
200～250
φ2～3
1～2
10
100
φ2～3
2
5～15
50～150
高压泵压力（Mpa）
流量（L/min）
20～40
60～120
20～40
60～120
20～40
60～120
机具性能
空压机
压力（Mpa）
流量（L/min）
－
－
0.7
1～3
0.7
1～3
泥浆泵压力（Mpa）流量（L/min）
－
－
－
－
3～5
100～150
浆液配比
∶水∶水泥∶陶土∶碱=（1～1.5）∶1∶0.03∶0.0009
注：高压泵喷射的（单管法、二证明管野）是浆液或（三管法）水。
附：某施工参数选择
泵压：20Mpa
喷嘴直径及数量：2.3mmx1~2.4mmx1
流量：37~40L/min
钻杆升速：粘性土30㎝／min
砂性土15㎝／min
钻杆转速：粘性土30r／min
砂性土15r／min
水灰比：1.1~1.2
水泥：普32.5，每米水泥用量125Kg/m
附加剂：氯化钠1.5%，三乙醇胺0.03%或水玻璃1.5%，水玻璃模数2.4~3.4，浓度30～40波美度。
注意：三乙醇胺与水玻璃不能共同使用，否则会发生化学反应。
6、三重管法旋喷法工艺流程为：（1）先用振动打桩机将带有活动桩靴的套管打入土中，然后将套管拔出一段，拔出地面高度大于拟旋喷的高度，然后拆除上段套管；（2）安放钻机和慢速卷扬机，用以旋转和提升旋喷管；（3）将旋喷管通过钻机盘插入孔内；（4）接通高压管、水泥浆管、空压管，开动高压泵、空压机和旋转钻机进行旋喷。用仪表控制压力、流量、风量。当分别达到预定数值时开始提升；（5）继续旋喷和提升直至预定的旋喷高度为止；（6）拔出旋喷管和套管。
7、当采用三重管法旋喷，开始时，先送高压水，再送水泥浆和压缩空气，在一般情况下，压缩空气可晚送30s。在桩底部边喷射1min 后，再进行边旋转、边提升、边喷射。
8、喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆量后，再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即进行检查，排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复核。
9、当处理既有建筑地基时，应采取速凝浆液或大间孔旋喷和冒浆回灌等措施，以防旋喷过程中地基产生附加变形和地基与基础间出现脱空现象，影响被加固建筑及邻近建筑。
10、桩喷浆量Q（J/根）可按下式计算：
式中H——旋喷长度（m）；
v——旋喷管提升速度（m/min）；
q——泵的排浆量（L/min）；
β——浆液损失系数，一般取0.1～0.2。
旋喷过程中，冒浆量应控制在10%～25%之间。对需要扩大加固范围或提高强度的工程，可采取复喷措施，即先喷一遍清水，再喷一遍或两遍水泥浆。
11、喷到桩高后应迅速拔出注浆管，用清水冲洗和路，防止凝固堵塞。相
H Q = v ·q(1+β)