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高压旋喷桩在高速公路软基加固中的应用

发布日期:2019-01-31 17:40 信息来源:宣传中心 访问量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

一、高压旋喷桩加固软基的原理

作为一种复合地基加固方式,高压旋喷桩是利用旋喷注浆的方式,在需要处理的高速公路软土层中喷射注入水泥浆体,桩体范围内一部分粉质、细小土颗粒以“半置换”方式被带出地面,桩体范围内的其余土颗粒在喷射水泥浆的高速旋转和离心力的作用下重新排列组合,形成具有特殊强度结构的固结桩体,从而形成有效的单桩承载力,进而发挥全面的综合改善地基的效果。

谈到高压旋喷桩对软土地基的加固原理,就要先了解复合地基理论。在传统的建筑工程领域,用桩与桩间的天然土基共同承担上部荷载作用,通过形变及位移间的相关协调,形成的一种复合形式的地基基础,称之为复合地基。而复合地基应用于道路工程中,其基本原理也是如此,即通过设计加入一定数量的增强桩体,来形成各种复合作用,从而增强了原有的软弱路基的承载力。具体来说,其主要作用有:

(1)置换土体,即通过桩体打入土中,由刚度、强度较大的桩身置换掉一部分原有的软土,相应的减少桩间土的承载力;

(2)挤密、排水,通过桩体的打入,使原有单位体积内的软土受到挤压,并设置相应的排水桩、砂桩或排水板等,有利于消散空隙水压力,是软土良好的排水通道;

(3)加筋、约束作用,桩体的设置在软土地基中形成加筋作用,使复合地基区域整体抗剪强度得到提高。

二、成桩过程中的技术要求

一般情况下,公路工程中应用高压旋喷桩所需的质量要求要低于房建工程,但也应当严格遵守相应的技术要求及设计参数指标,保证施工过程中每一道工序都符合标准,以确保软基处理后高速公路土基能够得到有效改善,具体而言,在成桩过程中应当注意以下几点技术要求。

(1)钻机就位后,应当严格确保钻机中心立轴与钻孔轴线对齐,基座要固定,不得晃动倾斜,一般来讲钻机倾角不能高于设计误差的0.5°,钻孔及灌注过程中应当确保钻机不过度摇晃,并注意钻机的四周支撑牢固。

(2)开始注浆前,要仔细检查转移至新孔位后的钻机设备及相应的电子管路系统,检查设备的压力及注浆排量、密封圈、压力阀、喷嘴等是否完好,注浆管和喷嘴内不得有杂物堵塞。开始注浆时,要先开启注浆泵,预估水泥浆已注入底部时,方可缓慢提升注浆管,采用清水旋喷成孔,当钻头下探至距离设计桩底标高1m左右位置时,需要再喷一分钟,然后以一定转速和提升速度自下而上喷射注浆。

(3)如果发现在注浆过程中有钻头淤堵或其他机械故障导致的停机等情况,最长时间不得高于4个小时,一发现问题就应当及时处理,修理完毕后要清理干净管道中的杂物。此外,由于浆液析水作用,一般会导致注浆后出现一定程度的收缩,致使固结后的桩顶出现凹陷,应当及时用水灰比0.6~1.0之间的水泥浆进行补灌。

(4)施工过程中,一般情况下应当一次配浆量略大于一根桩的用量,但不宜一次配制多根桩体水泥浆用量,水泥用量不易过高,用水量也应当按照实际气温进行调节,温度过高时要注意适当提升0.5%~1%的用水量。水泥浆在调配时必须严格控制搅拌时间,一般情况下不得低于3分钟,制成的水泥浆要经筛过滤杂质,当调配好的水泥浆未注浆或停留时间超过初凝时间后不能使用。

(5)为了确保喷嘴注浆质量,减少因磨损或老化原因造成的喷嘴流量不稳定,每喷射50~60根桩应当更换一次喷嘴,送浆压力也应当确保与试桩时的压力一致。

(6)完成当日施工量或交接班时,应当做好记录备案,确保桩位及数量准确。

三、成桩过程中的常见问题处理

在成桩施工过程中,常常会出现因机械或操作等原因造成的施工问题出现,要针对不同类型的问题寻找其原因并对症下药,及时排除故障,方可真正确保旋喷桩在软基处理中的加固效果和施工质量达标。

(1)非正常冒浆

因压力突变(下降)而流量不变时造成的非正常冒浆发生时,要检查各连接部位及管道端部是否存在断裂、泄漏等情况,检查密封性能时如有必要可以拔出注浆管;出现断续呈喷涌状态的冒浆或不冒浆时,可能是桩孔附近通道等空隙部位存在空洞,可以持续注浆不提升一段时间,观察是否仍存在这一现象,如果现象终止则可以继续提升注浆;如果发现冒浆量过大则考虑因喷射距离或喷射范围和注浆量不匹配,注浆量超过了旋喷固结所需的浆量而导致,发生这种情况时可以在喷浆量不变的前提下适当提升喷射压力,或缩小喷嘴孔径起到减小冒浆量的作用,还可以加快提升及旋转速度。

(2)压力突然提升

由于注浆泵、高压泵进水口及水泥储备箱中都有筛网,过多的超孔径杂物堵塞筛网后可能会导致压力突然提升,因此为了确保这一情况发生几率降低,应当定时清理筛网。同时,为了避免压力突然发生变化的情况发生,在注浆前一定要严格按照规定要求对机械设备及管道等部位进行认真的操作连接和仔细的检查,在插管前将喷嘴先用塑料薄膜包好,开机时遵守空压机—高压泵—注浆泵的逐一开启顺序,避免注浆开始后因为管道内压力过低导致水泥浆倒灌入水管和风管中。如果在喷射过程中由于水泥浆量少、供不应求导致的压力提升时,要先把注浆管提出一段距离,并注一定量的清水,等管道中水泥浆完全喷出后再停泵,防止水泥浆固结在管道中。

(3)排量、压力过低

注浆过程中发现排量或压力过低时,应当检查高压阀、密封设备及活塞套缸等位置是否有磨损导致的故障,发现存在问题的及时更换,如果存在有水泥杂质、砂土等堵塞或影响阀门关闭开启的要及时清理。同时,检查吸水管是否通畅及存在漏气跑水等情况;消除活塞及传动系统中的打滑情况,检查喷嘴及管头连接是否存在磨损过度等情况,如果存在应当及时更换。

四、结论

通过本文的简要分析不难看出,高压旋喷桩在我国高速公路软土地基加固领域的应用效果及施工工艺是相对成熟的,也是目前可推广的较为完善的软基处理技术。在选用高压旋喷桩进行地基处理时,需要严格按照实际工程及地质条件情况来进行勘察设计工作,并严格执行相关施工工艺与规范操作,对施工过程中存在的问题及时发现及时解决,从而确保工程质量。(任添厉)

(审核专家 王一臣)

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