高压旋喷桩处理钻孔灌注桩单桩承载力不足

高压旋喷桩处理钻孔灌注桩单桩承载力不足

戴永伟

戴永伟

安徽岩土工程有限责任公司，上海200122

摘要：介绍了高压旋喷桩在处理钻孔灌注桩单桩承载力不足工程中的应用及效果，通过工程实例，对高压旋喷桩施工工艺、方法和技术措施加以阐述。实践证明，在有些钻孔灌注桩工程中采用高压旋喷桩技术，在处理钻孔灌注桩单桩承载力不足方面效果较好，值得推荐和应用。

关键词：高压旋喷桩；处理；钻孔灌注桩；单桩承载力

一、工程概况

昆山世茂广场国际城办公楼位于昆山市前进东路南侧，由3栋高层及配套商业用房、地库组成，建筑面积约91400m2，基础桩基采用钻孔灌注桩，设计概况见表1，地质概况见表2。

表1设计概况

承压桩持力层进入9层粉土层约10米。

二、高压旋喷桩方案选择

1钻孔灌注桩单桩承载力不足

1.1由于工期紧任务重，经建设单位、设计单位、监理单位研究决定本工程先施工试桩，试桩施工结束连续进行工程桩的施工。我公司接到建设单位开工指示后，6天内完成了人员设备进场，现场三通一平，泥浆池、沉淀池、循环泥浆沟、废浆池的布置，材料进场复试等准备工作。2010年5月18日正式开工，同年6月22日完成现场桩基施工，投入GPS-10型钻机8台，按合同工期要求完成施工任务。

1.2本工程采用正循环钻进，自然造浆为主、人工泥浆为辅的泥浆护壁成孔工艺，正循环进行清孔，使用商品砼，采用钻机下钢筋笼和提下导管，导管回顶法水下砼灌注的成桩工艺，具体施工参数如表3。

表3施工参数表

二清结束至砼浇灌时间间隔控制在10分钟左右。砼初灌量均超过3m3。

1.3技术措施

本工程地表以下30米主要为粉砂、粉土层，施工过程中易失水缩径。如泥浆性能差，除渣不彻底，孔底也极易形成较厚的沉渣，难以清干净。

我公司在施工前对班组进行了详细的技术交底，让大家对该地层有一个充分的认识。施工过程中严格按设计和规范要求，增派质量员跟班作业，严格做到三检（自检、专检、抽检）和监理的旁站跟踪监测。

针对地层缩径情况我公司采取了以下措施：①控制成孔时间，平均每根桩成孔时间基本为8～10小时；②控制钻头大小，实际桩施工用钻头均比设计桩径大2～3cm；③泥浆比重控制，本工程上部地层具备自然造浆能力，故采用自然造浆为主，人工泥浆为辅。一般成孔泥浆比重控制在1.2～1.3，粘度18～22。一清泥浆比重达1.2左右，确保泥浆能够携砂护壁。④扫孔，当钻头提下钻有困难时可安放钢筋笼（本工程设计为全笼）有困难时均有可能缩径，此时均提出钢筋笼进行扫孔，直至钢筋笼安放顺利为止。⑤积极进行除砂。主要通过泥浆池沉淀池进行初步除砂，再通过较长的泥浆沟（一般长约30米）进行沉淀除砂，最后通过废浆池彻底除砂。确保孔内返出的沉渣不会重复循环破坏孔壁，也不会在孔底形成较厚的沉渣。

1.4测试简况

工程结束后进行了3根试桩的静载荷试验，均未达到设计单桩承载力极限值。

380#桩桩径750mm，设计极限承载力8900KN，低应变检测为I类桩，静载检测结果为6100KN.

451#桩桩径800mm，设计极限承载力9500KN，低应变检测为II类桩，静载检测结果为5700KN.

103#桩桩径750mm，设计极限承载力8900KN，低应变检测为II类桩，静载检测结果为5340KN.

1.5原因分析

2010年6月29日由建设单位主持召开的桩基问题专题分析会上，勘察单位、设计单位、监理单位、检测单位、总包单位、施工单位及有关专家对该情况进行了详细的分析、探讨、总结，勘察、设计、施工、检测单位均在国家、行业、地方有关规范规程规定的框架内进行的操作。为何会出现这样的结果，我公司分析根本原因还在于地层的特殊性，具体原因可能在于以下两个方面：

①本工程地层粉土厚度很大，粉土遇水易软化，软化后的粉土对桩身的侧壁摩阻力大幅下降，对单桩承载力影响很大。

②地基土各向受力原本是平衡的，当钻进成孔后，土体被扰动，土体中的应力平衡被打破，部分土体向桩孔内移动，即所谓的应力松弛现象，可能引起桩侧摩阻力损失，造成单桩承载力下降。

根据现行有关规范，没有明确什么地层会出现这种粉土软化和应力松弛现象；根据经验可以判断什么地层可能会出现这种现象，但没有可靠的依据，这种经验也只有极少数经验丰富的专家、学者才可以判断的，最终还需通过静载荷试验获得准确可靠的数据。由于本工程工期相当紧，不允许先进行试桩静载荷试验再确定设计施工方案，只能按照现行有关规范操作。

1.6建议

为慎重起见，该工程后一步处理方案宜先处理试桩，试验合格后再进行全面工程桩处理。

2方案选择

根据2010年6月29日昆山世茂国际城桩基会议形成的议案，拟采用桩侧喷浆方法对国际城410根灌注桩底部以上10米范围内进行水泥浆液加固土体处理。每根桩两侧对称施工两个孔，每根桩加固水泥用量定为5吨。施工方法拟采用桩侧高压旋喷法或桩侧后压浆工法。

2.1高压旋喷桩施工方法分析

①施工工艺

首先旋喷桩机将钻杆打到距离桩底十米位置（约42米深）处后，开始旋喷切割搅拌土体，并继续下沉成孔。到达孔底后，开始喷射水泥浆液并旋喷搅拌土体，同时提升钻杆。提升十米位置后停止旋喷，提出钻杆，即完成一个注浆孔的施工。

②工期

根据现场水电等施工条件，最多可使用3台高压旋喷桩机。每台每天（24小时）可施工10个孔，施工时间约为：410*2/（10*3）=28天。设备进场安装调试需要5天，其他不可预见因素影响3天，总时间为36天。

③造价估算，详情见表4.

表4

2.2注浆加固施工方法分析

①施工工艺

首先采用XY-100型工程钻机进行引孔到52米深，然后安放袖阀管到孔底位置。按放完毕后对孔口预先注浆封堵，最后在袖阀管内下入注浆管，进行桩侧后压浆。

②工期

根据现场水电等施工条件，最多可使用10台XY-100型工程钻机，每台每天（24小时）施工2个孔，每根承压桩旁边施工2根注浆点，总施工时间为：410*2/（10*2）=41天。设备进场安装调试需要5天，其他不可预见因素影响5天，总时间为51天。

④造价估算，详情见表5

表5

3.两方案优缺点比较

3.1施工：高压旋喷桩成孔工艺相对简单、且在高压下能冲刷孔壁泥皮、喷浆范围能有效保证。而注浆方案在引孔垂直度和成功率、注浆管安放、注浆压力控制等方面均存在不确定性。对单桩而言，注浆范围可控性差。

3.2工期：注浆方案工期长，并且由于施工工序复杂，不确定因素多，工期确保程度差。

3.3造价：注浆方案造价相对略低。

3.4综合以上比较分析，建议采用高压旋喷桩加固方案。

三、设备的选择

本工程主要以改善桩底部粉土性状、置换桩侧泥皮，增加桩基承载力为目的，采用XP-30B型高压旋喷桩注浆，对桩底部以上15-20米范围内进行水泥浆液加固土体处理。在每根灌注桩两侧距离桩边缘300-400mm位置打两个注浆孔，进行高压旋喷注浆施工。

四、施工技术工艺及措施

1施工工艺流程

1.1定位放线

按设计要求放线定孔位，反复量测孔距，误差不大于5cm，并准确测量孔口地面高程。应经甲方、设计、监理多方核验认可。

1.2钻孔

采用XP-30B型高压旋喷钻机钻进。钻进过程中，须随时注意观察钻机的工作情况，钻孔垂直度偏差控制在0.5%范围内。

1.3制浆

按设计要求制备浆液，并准确测量浆液比重。高喷灌浆采用PO42.5普通硅酸盐水泥。根据地层条件，可以利用回浆与水泥料混合拌制水泥浆液，根据灰浆浆液比重适当调整水泥加入量。

1.4喷射浆液

喷射管下至设计深度(桩底往上15-20米位置)时，开始送入符合要求的气、浆。按设计要求的旋转速度，自上而下开始喷射、旋转、下沉，到设计的终喷深度时停止喷射水泥浆液。

1.5喷射氯化钙速凝剂

喷射灌浆结束后，搅拌一桶水泥浆液和速凝剂的混合液，在孔底部位喷射，并同时提升钻杆。

1.6冲洗

提升结束后，应及时将管道冲洗干净，以防堵塞。

1.7殊情况处理

a．孔口不返浆时，查明原因停止提升喷射管，通过停喷、静喷、或加大浆液度，多次反复直至返浆。因停电、机械事故而停喷继续开喷时，应将喷射管下插50cm，以保证桩墙的连续性。

b．严格控制注浆压力，同时密切关注浆量，当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。

2工程质量措施：

2.1钻孔施工：开钻前，严格按照施工布置图，布好孔位。钻机定位、钻杆角度要准确。

2.2配料：采用准确的计量工具，严格按照设计配方配料施工。

2.3注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制，专人操作。当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。

2.4每道工序均要安排专人，负责每道工序的操作记录。

3安全措施：

3.1建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。

3.2钻机注浆泵及高压管路必须试运转，确认机械性能和各种阀门管路，压力表完好后，方准施工。

3.3每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定注浆压力位置。

3.4安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的联接必须拧紧，确保联接完好。

3.5注浆过程中，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止密封胶冲式阀门破裂伤人。

3.6、注浆时不得随意停水停电，必要时必须事先通知，待注浆完成并冲洗后方可停水停电。

3.7注浆施工期间，必须有专门机电修理工，以便出现机械和电器故障时能及时处理。

3.8注浆现场操作人员必须佩戴安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品，方可进行注浆施工。

3.9施工前必须做好施工准备，地下埋藏管线较多，必须经甲方或总包方认可后方可开钻。并请甲方或总包方提供周边详细的管线布置图，调查清管线的位置和埋深，方可开钻施工。

五、施工效果

380#桩：加固长度15米。2010年8月4日开始检测，极限承载力8900KN，沉降量23mm。满足设计要求。

451#桩：加固长度15米。2010年8月6日开始检测，极限承载力9500KN，沉降量23mm。满足设计要求。

103#桩：加固长度20米。2010年8月14日开始检测，极限承载力8900KN，沉降量23mm。满足设计要求。

六、体会

通过高压旋喷桩技术，在处理钻孔灌注桩单桩承载力不足方面的具体运用，并结合实际施工效果，我们认为在处理钻孔灌注桩单桩承载力不足方面，运用高压旋喷桩技术施工进行处理，可以达到较好的效果，且相比较其他的技术工艺，其施工成本较低。值得相关单位推广应用。

参考文献:

[1]JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范.

[2]GB50202-2002.建筑地基基础工程施工质量验收规范.

[3]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范.

[4]彭振斌.注浆工程设计计算与施工[M].武汉:中国地质大学出版社,1997.