基于改良搅拌桩机施工高压旋喷桩的技术研究

陈古龙

（广州市第三市政工程有限公司）

0 引言

高压旋喷桩通过高压泵将水泥浆液喷射到岩土体中，通过高压射流的作用使岩土体结构破坏并与水泥浆混合。水泥浆硬化后形成整体性好、不透水的固结体，达到加固和防渗的效果。[1]

但传统的高压旋喷桩机具有以下缺点：在黏土层、砂层等匀质土层中施工时，施工质量较容易控制，但在较硬的黏土、砂卵砾石层中施工往往比较困难，质量难以保证，[2]施工效率低而成本较高，施工有一定的局限性；传统的高压旋喷桩钻杆细，钻杆喷出压力大，导致钻杆容易摆偏，无法保证桩位准确性以及桩体垂直度；钻杆需两米接驳一次，接驳时间长，施工效率低。

为了解决上述问题，提高高压旋喷桩施工效率及施工质量，依托广州某市政工程来研究改良高压旋喷施工技术。提出对搅拌桩机进行改良、设计和制作，形成新型可施工高压旋喷桩机的机型，并对原有的施工工艺进行优化，形成新型施工工艺。技改后能保证施工工期、提高质量安全、节约投入、便捷施工，达到以最低成本投入，实现最大限度地满足现场施工需要的目的，为今后的高压旋喷桩施工提供参考。

1 工程概况及难点

广州某市政项目的坑底止水桩采用高压旋喷桩施工，发现有以下难点：

⑴高压旋喷桩数量大，但常规高压旋喷桩施工效率慢。

本工程的高压旋喷桩坑底止水桩沿线1.771km需处理，其中，有834m 宽度为14m，937m 宽度为12m。按φ500@750×750 高压旋喷桩计算，基坑宽度为14m 每延米存在高压旋喷桩根数为19 根，834 延米总共为21134 根；基坑宽度为12m 每延米存在高压旋喷桩根数为16 根，937 延米总共为19984 根；坑底止水桩总共为41118 根。高压旋喷桩数量多，如果常规高压旋喷桩1天完成20 根，采用10 台机械，需206 天，即需要6 个多月，影响了施工工期。

⑵复杂地质情况下常规高压旋喷桩施工质量差。

传统高压旋喷桩工法适用于素填土、粉土、黏土等一般地层，遇到砂石层、卵砾石层，以及硬塑土等复杂地层时则无法钻进或产生桩位偏移。本项目地质特殊，部分地段存在较硬的黏土、较厚的粗砂层，施工质量难以保障。

为了解决上述问题，提高高压旋喷桩施工效率及施工质量，提出改良高压旋喷桩机，对原有的施工工艺进行优化，形成改良的高压旋喷桩施工新工艺。

2 高压旋喷桩机改良

2.1 改良原理

高压旋喷桩机成桩动力主要靠是钻杆、钻头、喷浆眼及高压水泥浆等，旋喷桩改良主要也是改良施工动力。改良主要分为两部分：一部分是本身机身改良。把常规高压旋喷桩机架改良为搅拌桩机机架，可以减少常规高压旋喷桩机每次接驳钻杆的时间，提高施工效率；第二部分是钻头及喷浆孔的改良，提高钻头钻进能力，缩小喷浆孔，在相同喷浆情况下，喷浆强度提高。即结合搅拌桩机垂直度高、无需接驳钻杆等优势，以及高压旋喷桩机可达到高压切割土体成为水泥土墙的优势，利用现有搅拌桩机，根据高压旋喷桩机的特性，卸掉搅拌桩原钻头，改良为自行设计的高压旋喷桩钻头，通过改良的钻头及施工工艺，形成新型可施工高压旋喷桩的搅拌桩机。见图1。

图1 搅拌桩机架示意图

2.2 制作高压旋喷桩钻头

常规的高压旋喷桩钻头采用普通铸铁材料，钻头根部采用“三叉牙式”钻齿。而改装搅拌桩机主要是钻头部分，采用高强度合金钢焊接成三角形钻头[3]。为了在硬黏土、砂卵砾石层等复杂地质更好地切削土体，本次改良是将钻头改成“三叉锯齿式”钻齿，钻齿采用钛合金材料，确保钻头具有足够的强度可适应复杂地质。

常规搅拌桩喷浆眼范围为1～2cm，而常规高压旋喷桩桩机喷浆眼范围为2～4mm，要将搅拌桩喷浆眼从常规的1～2cm 改良至2mm；规范中要求不小于20MPa压力[4]，因此改良后的搅拌桩机也需达到高压旋喷桩20MPa 的喷浆压力。搅拌桩机的机架结构不变，卸下搅拌桩钻头，参考高压旋喷桩桩机的喷浆眼形状及喷浆口范围和钻头形状，制作成可与搅拌桩机配套的高压旋喷桩钻头。在钻头制作中确保喷浆口范围为2mm，钻头比常规高压旋钻杆钻头大5cm，钻头中的钻筒采用铸铁管材料，钻齿采用钛合金材料，以确保钻头有足够的钻进强度。见图2。

图2

3 改良机械的应用

3.1 高压旋喷桩的布置

本工程坑底止水采用高压旋喷桩，基坑支护桩采用拉森钢板桩，坑底止水桩高压旋喷桩布置图见图3。

图3 高压旋喷桩布桩图

针对深基坑支护缝隙漏水，可以在支护桩背面施打高压旋喷桩，以高压旋喷桩作为掩体，封死水的流通路径路径，达到止水的效果。

⑴开挖前施打钢板桩过程中，发现锁口分开，在基坑外侧施打高压旋喷桩封堵漏水部位(见图4)；

图4

⑵止口调整部位，在钢板桩施工完成后，在对应部位施打高压旋喷桩，再进行开挖(见图5)；

图5

⑶转角部位属于薄弱部位，经常发生漏水现象，可以先开挖，如果发现有漏水现象，则采用高压旋喷桩封堵止水。分为阴角转角和阳角转角两种不同类型(见图6)；

图6

⑷在钢板桩与SMW 工法桩或钢板桩与灌注桩衔接处经常发生漏水现场，预先在接缝处施打高压旋喷桩止水处理(见图7)。

图7

3.2 改良机械操作流程及施工工艺

新型改良搅拌桩机施工高压旋喷桩机的施工方法包括以下步骤：

⑴测量定位。

先整平场地，按上述组装完成搅拌桩机后，再依据控制桩和施工布桩图，准确放出旋喷桩的孔位。

⑵钻机就位、钻孔。

根据现场放线移动钻机，使钻杆头对准孔位中心。同时为保证钻机达到设计要求的垂直度，钻机就位后必须作水平校正，使其导向架中的钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，垂直度控制按搅拌桩钻杆导向架控制垂直度不超过1/150，保证钻孔垂直度，确保桩位偏差。钻进成孔，孔径按设计要求为φ500mm 或者φ600mm，平面位置偏差不得大于50mm，采用原土造浆护壁。

⑶钻孔、试喷。

启动搅拌机电机，放松搅拌机吊索，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度可由电机的电流监测表控制，工作电流不应大于70A。如果下层速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。钻孔至设计标高，旋喷管及钻杆已在钻杆导向架上，进行试喷，确定施工技术参数。为保证施工质量须进行试桩，以校验和确定施工工艺参数是否合理。如本工程桩径500mm 单管高压旋喷桩进行封底时，水泥用量为200㎏/m，工作压力≥20MPa，实桩长为5m，旋喷桩底至地面高达13.4～16m，空桩长8.4～11m，通过试桩，确定成桩直径为500mm 的高压旋喷桩施工工艺参数如下：

注浆管：提升速度为20㎝/min；浆液压力：20MPa；流量>60L/min，水灰比：1:1。

⑷桩机喷注浆。

⑸废弃浆液处理。

⑹冲洗机具。

⑺移动旋喷机具至下一孔位。

4 结论

本项目通过改良搅拌桩机施工高压旋喷桩，具有如下优点：

⑴施工效率快。普通高压旋喷桩桩施工时，每2m 需接驳钻杆，且需配2 人接驳钻杆；新型搅拌桩机施工高压旋喷桩不需接驳钻杆，不需配2 人接驳钻杆，操作简便，节省人力及时间成本。

⑵成桩垂直度高。按搅拌桩桩机导向架控制垂直度比普通高压旋喷桩机按钻杆接驳垂直度要高，确保了施工桩基的成桩质量。

⑶成桩质量好。可以发挥搅拌桩机钻杆的动力以及高压旋喷桩机旋喷的动力，确保砂或土和水泥浆液充分搅拌混合成桩，单管高压旋喷桩改良搅拌桩机可达到双管高压旋喷桩桩机的施工效果。

【参考文献】2000.

[2] 张齐焰,高莹.高压旋喷桩防渗技术在卵石混砂土层中的应用[J].科技视界,2016（18）：196-199.

[3] 蔡桂标.特殊条件下旋喷桩止水帷幕施工技术及成桩质量分析[J].广东土木与建筑,2018，25（08）：26-28.

[4] JGJ 79-2012 建筑地基处理技术规范［S］.