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铁路客运专线高压旋喷桩施工技术
0．引言
根据软土地基具有高压缩性、低渗透性、低强度的特点，其加固方法有：高压旋喷桩、水泥搅拌桩、CFG桩、压填片石、清淤换填等方法。高压旋喷桩是利用钻机，将预先配置好的浆液，通过高压发生装置，使液流获得巨大能量后高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接冲击破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边徐徐提升，从而使浆液与土体充分搅拌混合，便在土中形成一个有一定直径的柱状固结体，使得地基得到加固。高压旋喷桩具有应用范围广、工艺简便、固结体形状易控制等特点.适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等各种软土地基的加固，加固地基范围广,不受土的粒度、密度、硬化剂黏性及硬化时间的影响。
铁路客运专线速度目标为200km/h，预留250km/h时，路基工后总沉降15cm，沉降速率4cm/年。因此软土路基的稳定和沉降是路堤设计的核内容，控制好路堤质量首先要控制好基底加固，路堤地基的稳定已成为控制路基沉降的关键问题。
1．工程概况
客运专线XX铁路XX车站高压旋喷桩软基处理起讫里程为DIK174+765- DIK174+885，地势较平坦，地表低洼处为水田和池塘，交通较为发达。段内上覆第四系全新人工填土，坡洪积粉质黏土、淤泥质粉质黏土、松软土、中砂、粉砂、粉质黏土。下伏基岩为燕山晚期侵入花岗岩。地表水主要为沟渠水、水田水，受大气降水控制，地下水不发育，经取水分析，水质类型为：HCO3-.CL—Na+型，对混凝土具有弱硫酸性侵蚀及中等溶出型侵蚀。该段线路以填方通过，填方高度8-12m。
高压旋喷桩呈正方形布置，间距1.0m，设计桩径0.5m，桩长7.0m，旋喷桩桩底嵌入花岗岩不小于1.0m，复合地基承载力不小于200KPa。花岗岩全分化层桩周土极限摩擦阻力f=10KPa,桩尖土基本承载力δo=180 KPa。
2．高压旋喷桩试桩工艺参数
施工前必须进行成桩工艺试验，确定各项工艺参数，检验成桩效果。试桩数量不少于两根。XX车站高压旋喷桩所用水泥为P.O 42.5的春驰水泥，外加剂为创先牌防腐剂。首先对主要原料如水泥、土、水及外加剂进行原材料检验。在室内根据原材料试验情况确定最佳理论配比。实际理论配合比为（重量比）：
（水泥） ：（土） : （水） : （防腐剂）
每立方米用量（kg） 460 : 1150 : 460 : 11.5
1 ： 2.5 : 1.0 : 0.025
水灰比: 1：1.0
湿化土含水量: 10.7%
防腐剂掺量： 2.5%
按照此配比配制好浆液，按照施工工序说明进行施工，施工时待喷射管下至设计标高后，启动高压泵按拟定的工艺参数进行旋转、喷射、提升注浆。注浆过程中随时测定各项工艺参数，不符合要求时，应立即停止注浆作业，检查、纠正后再进行施工。注浆完成后，拔出喷射管，进行下一桩位进行试桩并记录该桩的工艺参数。
试桩成桩后待桩体到达28d时，及时进行复合地基承载力和钻芯试验。检测试桩成果。经检测，XX车站两根试桩复合承载力分别为280Kpa和250Kpa，均满足设计要求（设计要求200Kpa），桩体无侧限抗压强度、桩长及成桩均匀性应符合施工图要求。所以，可将试桩工艺参数应用于全部高压旋喷桩的施工中。试桩确定的工艺参数如下：
注浆压力：24～26Mpa 浆液水灰比：1.1:1～1:1
浆液比重：1.46～1.5 旋转速率：10～20r/min
提升速度：18～25cm/min
3．高压旋喷桩施工工艺及质量控制
高压旋喷桩施工工艺及质量控制流程见图-1。
3.1施工准备
⑴ 施工前应编制施工工艺设计及工序质量控制设计，测量放样，平整地表，设置回浆池。
⑵在施工现场取样按照设计要求进行室内配比试验，确定浆液最佳配比。
⑶施工前必须进行成桩工艺试验，确定各项技术参数，检验成桩效果。试桩数量不少于2根。
3.2施工机械设备
高压喷射灌浆的施工机具设备有高压发生装置、钻机灌浆、特种钻杆和高压管路4部分组成，主要包括钻机、高压泵、泥浆泵、空气压缩机、灌浆管、喷嘴、流量计、输浆管、制浆机等。XX车站高压旋喷桩采用单管法，主要机械及设备见表-1。

高压旋喷桩主要施工机械及设备 表-1
序号
机械设备名称
型号
规格
单位
数量
1
高压注浆泵
GZB—40A流
Y-2液压泵
泵量50-200L/min 泵压20-40MPa
台
1
3
钻机
工程地质钻振动钻
旋喷
台
1
6
泥浆搅拌机

容量0.8～2m3
台
1
10
高压胶管

∮19～∮22
米
100

3.3高压旋喷桩施工工艺
⑴ 机械就位
机械就位应平稳，立轴、转盘与孔位对正，高压设备与管路系统应符合施工图及安全要求，防止管路堵塞，密封良好。
⑵ 钻孔
①使用地质钻机成孔。
②钻孔过程中应详细测量并记录实际孔位、孔深及地层变化情况。

③射水试验后，即可开钻，射水压力逐渐增加，减小摩擦阻力，防止喷嘴被堵。
④当第一根钻杆钻进后，停止射水。
⑤压力下降，接长钻杆，再继续射水，钻进，直到钻至桩底高程。
⑶ 浆液加压
泥浆桶的浆液，通过高压泵加压后，经高压管送至钻机用于旋喷。
⑷ 分层选择旋喷参数
对深层长桩应根据地质条件，分层选择适宜的喷射参数，保证成桩均匀一致。
⑸ 压力突变，异常冒浆
在高压喷射灌浆过程中，当出现压力突增或突降、大量冒浆或完全不冒浆时，应查明原因，采取相应措施。
⑹ 桩体质量要求
高压旋喷桩桩体无侧限抗压强度、桩长及成桩均匀性应符合施工图要求；高压旋喷桩处理后的复合地基承载力应复合施工图200KPa的要求。
⑺ 废料回收
钻机成孔和喷浆过程中，应将废弃的加固料及冒浆回收处理，防止环境污染。
⑻ 成孔钻进至桩底深度。
⑼ 拔管
①旋喷达到桩底深度后，可停风、停水而继续用旋喷泵灌浆，待水泥浆从孔口返出后，即可停止灌浆，然后将灌浆泵的吸水管移至清水箱，抽吸一定量的清水将灌浆泵和灌浆管路中的浆液顶出，然后停泵，拔管要迅速，不可久留孔中。桩顶凹坑应及时以水胶比0.6的水泥浆补灌。
②卸下灌浆管后，立即用清水将各通道清洗干净，并拧上堵头。
③灌浆泵、送浆管路和泥浆搅拌机等都要用清水清洗干净。
④压气管路和高压泵管路也要分别送风、送水清洗干净。
⑽ 旋喷质量控制
选择开挖、钻孔取芯、标准贯入、荷载试验或水压试验等适当方法对旋喷效果进行检验。
⑾ 机械清孔
3.4施工故障处理
⑴ 压力上不去:安全阀和管路接头处密封圈不严;泵阀损坏，油管破裂漏油;安全阀的压力过低，或吸浆管内留有空气或密封圈泄漏;栓塞油泵调压不够；活(柱)塞或缸套损坏。
⑵ 压力骤然上升:喷嘴堵塞;高压软管清洗不净，浆液沉淀或其他杂物堵塞影响管路畅通;泵体或出浆管路有堵塞。
⑶ 压力不稳定:油管路泄漏;泵体或吸浆管路有泄漏或存在空气;泵体注塞杆过长或泵体安装时不严密。
⑷ 喷嘴堵塞及冒浆喷嘴堵塞，应提升灌浆管，待堵塞消失后再进行复喷；出现不冒浆或断续冒浆时，系土质松软的正常现象，可适当进行复喷；冒浆量小于灌浆量20%，视

开 始
结束
原地面处理
测量放样
钻机就位
钻进
钻进至桩底深度
插入灌浆管至桩底深度
高压喷射灌浆
灌浆量检查
停止喷浆
拔管
钻机移位
成桩检验
泥浆排泄处理
制孔成桩作业
合格
不合格
不合格
合格
旁位补桩

高压旋喷桩施工工艺及质量控制流程图 图-1
为正常现象，超过20%或完全不冒浆时应采取相应措施；在复喷过程中，地层有较大空隙导致不冒浆，可在浆液中加入适量的速凝剂，以缩短固结时间；当冒浆量过大时，可提高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径，加快提升和旋转速度;大量冒浆、压力稍有下降时，可能是灌浆管、被击穿或有孔洞，使喷射能力降低,此时应拔出灌浆管进行检查。
3.5桩体质量控制
⑴ 桩位控制:钻机就位要准确，孔位偏差不应大于5cm 。
⑵ 桩径控制:施工中要按施工图参数操作,对桩个别部位可进行复喷,以满足桩径的要求。
⑶ 桩长控制:当钻至桩底深度以下0.2m时，将喷浆管插到桩底层位。在插管过程中,为了防止泥沙堵塞喷嘴，可边喷水边插管，喷射水压力一般不超过1MPa，防止将孔壁射塌。
⑷ 喷浆控制:要严格按照配合比控制浆液，保证喷浆量，随时观察返浆情况。

高压旋喷桩质量标准及检验方法 表-2
检验项目
质量要求
检验数量
检验方法
水泥和外加剂
品种、规格及质量应符合施工图要求
同一产地、品种、规格、批号的水泥和外加剂，袋装水泥每200t为一批，散装水泥500t为一批，当袋装水泥及外加剂不足200t或散装水泥不足500t 时也按一批计
检查产品质量证明文件及抽样检验
浆液的拌制
符合施工图要求
每根桩施工过程中抽样检验2次
观察并用浆液比重计检测浆液密度
布桩数量、形式
符合施工图要求
全部检验
观察、现场清点
长度
符合施工图要求
每根桩检验
测量钻杆长度，并在施工中检查是否达到设计深度标志。检查施工记录
完整性、均匀性、无侧限抗压强度
符合施工图要求
总数的2‰，且不少于3根
分喷桩完工后28d，在每根检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性、均匀性，拍摄取出芯样的照片，取不同深度得个试样作无侧限抗压强度试验。钻芯后的孔洞
用水泥砂浆灌筑封闭
复合地基承载力
满足施工图要求
总桩数的2‰，且每检验批不少于3根
平板载荷试验

高压旋喷桩施工的允许偏差、检验数量及方法 表-3
序号
检验项目
允许偏差
施工单位检验数量
检验方法
1
桩位（纵横向）
50mm
按成桩总数的10%抽样检验，且每根检验批不少于5根
经纬仪或钢尺丈量
2
桩体垂直度
1%
经纬仪或吊线测钻杆倾斜度
3
桩体有效直径
不小于设计值
开挖50-100cm深后，钢尺丈量

4．劳动组织及材料消耗
4.1劳动组织
施工中劳动人员的合理配置是提高工作效率前提，所有人员必须进行安全培训，持证上岗。
施工人员配置 表-4
序号
职务
职责范围
人数
1
班长
全面掌握施工质量和安全
1
2
钻探工
操作钻机，卸接钻杆，维修保养和排除故障
2
3
泵工
操作高压泵及维修保养
2
4
电工
负责钻机、电源、电路工地照明及电气故障排除
1
5
钳工
全面维修保养机具设备
1
6
普工
倒水泥、操作搅拌桶及倒灰和过滤
2
7
普工
协助钻机工作（卸接钻杆、冲洗等）
2
8
技术人员
掌握施工技术、质量、写施工日志和记录
1
合计

12

4.2材料消耗
XX车站旋喷桩直径为50cm，生产效率为14m/h，每米桩体水泥用量50～60㎏。
5．施工安全及环境保护
5.1 施工安全
⑴ 施工前应检查高压设备和管路系统，其压力和流量需要满足施工图要求。泵体灌浆管及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必须完整良好无泄露现象。安全阀中的安全销要进行试压检验（试压检验到有资质的压力容器检验所进行），必须确保在达到规定压力时，能断销卸压，决不能轻易安装未经试压检验的自制安全销。高压泵必须指定专人操作，压力表应定期检修检定，保证正常使用。
⑵ 在钻进及旋喷过程中，要防止灌浆管和喷浆嘴被堵。采取的措施有：浆液加以前进行两次过滤，严防杂物混入；钻孔时边射水（水压1MPa）边钻进。
⑶ 对长度5m以上的桩，先喷浆然后再旋喷和提升，以减小阻力，避免灌浆管扭断。
⑷ 施工完毕，立即拔出浆管，彻底清洗灌浆管和灌浆泵，不准有残留水泥浆。
⑸ 高压浆管不能超压使用，使用时弯曲不应小于规定弯曲半径，防止胶管破裂。
（6）施工时，钻机应平稳置于平整坚实的地面上，钻杆应保持垂直。
⑺ 司钻人员应经过培训持证上岗。钻孔的位置需经确认无误后方可开钻。
5.2 环境保护
⑴ 水泥和其他细颗粒散体材料，应在库内存放或加以盖。运输细颗粒散体材料或渣土时，必须覆盖，不得沿途洒落。
⑵ 现场制定撒水降尘措施，指定专人负责现场撒水降尘和清理浮土。
⑶ 对废料的处理必须在开工前作好规划，废浆应及时运出现场，或暂时排入沉淀池然后做土方运出，不得随意排放。
⑷ 施工现场应遵守《建筑施工场界噪声限值》GB12523规定的噪声限值，尽量采用低噪声机具并设专人定期测定噪声值，发现超标及时采取降噪措施。
⑸ 旋喷灌浆过程中，对临近建（构）筑物应进行监测，发生问题及时处理。
6．结论
高压旋喷桩是软基加固处理的方法之一，高压旋喷桩质量的好坏是确保路基稳定
的关键，对列车行驶的平稳舒适起着关键作用。高压旋喷桩加固软土路基后，解决了地基土的密实性和均匀性问题，提高了地基承载力。减少了地基土的沉降，加速了饱和砂土的固结，控制了路基施工后的残余沉降和差异沉降，保证了路堤的稳定性。沉降速率4cm/年，工后总沉降15cm，标准高，质量高。施工中严格按照设计、施工指南及验收标准施工。要保证高压旋喷桩的施工质量，关键要做好以下几点。
⑴ 确定好浆液的最佳配比。试验室在室内根据原材料检验情况反复进行试配，确定最佳配合比，为确定试桩工艺参数打下基础。
⑵ 一定要做好成桩工艺试验。选择有代表性的桩做为试桩，确定各项技术参数。
⑶ 施工过程控制。高压旋喷桩在施工过程中要严格按照试桩参数施做，按照路基工程施工指南和验收暂行标准加强过程控制，确保桩体质量和复合地基承载力要求。
⑷试验人员要有高度的责任心，严格按照《铁路工程土工试验规程》（TB10102）及有关试验方法的规定检测，检测的资料数据要真实可靠，不能弄虚作假。