高压旋喷桩在地基加固工程中施工质量的控制

2010年6月JournalofMinxiVocationalandTechnicalCollege

doi：10.3969/j.issn.1673-4823.2010.02.023

高压旋喷桩在地基加固工程中施工质量的控制

许晓英

（闽西职业技术学院土木建筑工程系，福建龙岩364021）

摘要：通过某高层建筑地基基础加固的工程实例，介绍了高压旋喷桩的加固原理，结合工程实践详细阐述了在地基基础加固中采用主动控制为主、被动控制为辅、两种手段相结合的动态控制方法来控制高压旋喷桩的质量以及施工前、施工过程中的预防措施。结果表明，采用高压旋喷桩处理地基可取得良好的加固效果及较好的技术效果。

关键词：高压旋喷桩；地基处理；质量控制中图分类号：TU753.8

文献标识码：A

文章编号：1673－4823(2010)02－0098-05

高压旋喷桩是高压喷射注浆法地基处理中的一种，就是利用钻机等设备，把安装在注浆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，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经一定时间的凝固，便在土中形成圆柱状的固结体，与周围土共同承受荷载[1]。

实践表明，本法对淤泥、淤泥质土、流塑或软塑性粘性土等地基都有良好的处理效果,目前高压旋喷施工技术已有了比较广泛的应用。下面浅谈高压旋喷桩在地基加固施工中工程质量的控制。

1.2地质概况

根据地质勘察报告，其土体自上而下分布如表

1所示。2

施工质量控制原理及方法

高压旋喷桩是利用工程钻机成孔，将旋喷注浆管置于预计的地基加固深度，通过360°旋转并徐徐提升注浆管，用高压发生设备产生的一定压力将预先制备好的以水泥、水及速凝剂掺合料等材料为主固化剂的浆液，从喷嘴中喷射冲击土体，把土和浆液强制拌和，随后凝聚固结，形成一种新的有增大地基强度、提高地基承载力、止水防渗、减少支挡结构物土压力、防止砂土液化和降低土的含水量等功能的半刚性水泥土桩[2-3]。

2.1加固原理

11.1

岩土工程概况工程概况

拟建工程位于龙岩市新罗区龙腾路与规划的登

2.2施工质量控制2.1.1控制方法

对地基处理实施质量控制的依据是项目的合同文件、设计文件、国家及政府有关部门颁布的有关质量管理方法的法律、法规性文件和有关质量检验与控制的专门技术法规性文件（包括国家强制性条文及强制性标准）。由于地基处理属于地下隐蔽工程，施工质量的保证和控制显得尤为重要。因此，在施工过程中必须投入大量精力，采用主动控制为主，被动

高西路交汇处，上部建筑为12~16层框架剪力墙结构，下部基础采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）和高压旋喷桩处理，处理后采用筏板基础。其中高压旋喷桩设计桩径Φ500mm，总桩数784根，桩端持力层为灰岩，设计复合地基承载力特征值为68kPa~

290kPa不等，桩间距1.6m×1.6m~3.0m×3.0m

不等,单桩竖向抗压承载力特征值Ra=388kN，平均设计桩长12.5m。

[收稿日期]2009-11-30[作者简介]许晓英（1971-），女，福建龙岩人，讲师，主要从事土木建筑专业课程教学工作。98

表1场地的土层分布及物理力学指标

物理性质

灰黑色、褐色、稍湿灰黑色、湿、松散灰黄色、浅黄色、湿、可塑浅黄色、灰黄色、湿~饱和松散黑色、流塑~软塑、饱和松散

浅黄色、灰黄色、饱和、稍密~中密~密浅黄色、松散~稍密、饱和褐黄色、黄色、湿、可塑~硬塑

浅黄色、黄色、褐黄色、褐色等，颜色较杂，湿，软塑~可塑

灰黄色、褐色、凝灰结构

层厚

重度

压缩模量

承载力特征值

岩土层名称

/m0.70~2.400.50~1.000.45~2.000.70~3.108.60

揭露厚度为

γ/(KN/m3)17.517.019.88.016.726.019.020.018.527.0

Epsi/MPa

--7.4----9.04.5-

fsk/KPa--180-130-140210401200

①杂填土②耕土③粉质黏土④粉砂⑤淤泥灰⑥卵石⑦砾砂⑧含碎石黏土⑨含角砾粉质黏土⑩中风化凝灰岩

0.70~16.000.90~5.800.55~15.701.50~12.40

揭露厚度为3.38

控制为辅，两种手段相结合的动态控制方法。地基处理施工质量控制见图1。

施工顺序。复核测量基线，水准点及桩位，检查施工场地所设水准点是否会受影响。沉管或导管应有明显进尺标记。最后，严把材料质量关。

→

输入

→

工程实施

→输出

→

邙预防和纠偏措施

邬邝

分析原因

2.2.4施工前的工艺试验

旋喷桩的试喷工作：高压喷射注浆方案确定

邝发现偏差

邙预测偏差

图1

后，应进行现场试验、试验性施工或根据工程经验确定施工参数及工艺[4]。现场试验、试验性施工目的是通过试喷检查桩位、核对地质资料，确定正式施工的技术参数，通过试喷检查注浆机械设备的运行状况是否完好、正常。

进行试喷时要了解并掌握场地的土层情况，这对拟定高压喷射注浆的试喷工艺是至关重要的。拟定高压喷射注浆工艺的试喷方案，其主要工艺参数有：喷嘴直径与个数；浆液压力；注浆管的提升与旋转速度；不同土层的喷浆厚度；浆液配制水灰比及其外加剂的掺入量；各项材料的使用数量。

进行现场试喷，试喷点的选择一般以土层中对喷射注浆效果（桩径、桩体强度、入土深度等）有较大影响的土层为主，对设计有特殊要求的工程应按设计要求处理；试喷完毕待桩体完全固结硬化后进行开挖，检查成桩形状与直径，并在桩体取试件进行室内强度试验，试验内容应根据设计要求的项目来确定；根据试喷后的效果检验与设计要求，再决定是否需要对试喷工艺进行局部修正，作为正式施工工艺交付实施；试喷数量一般为每一工程1~3个试桩，

邝

风险分析

邝调查研究

地基处理施工质量控制

2.2.2质量控制点

高压旋喷桩的主要质量控制点为水泥及外掺剂质量、水泥用量、桩体强度或完整性检验、地基承载力；一般控制项目有：钻孔位置、钻孔垂直度、孔深、注浆压力、桩体搭接、桩体直径、桩身中心允许偏差等。

2.2.3质量的事前控制

首先，熟悉设计图纸，领会设计意图，组织设计

交底与图纸会审，认真编写施工组织设计（方案）。施工组织设计应包括以下内容：施工平面图（标明桩位、编号、施工顺序、临时设施的位置、各种材料堆放点）；确定施工机具和配套设备；施工工艺及技术要求；人员组织、劳力计划及分工；保证工程质量、安全的技术措施及保证体系；进度计划、材料计划。其次，进行试桩，试桩不少于2个，以复核地质资料以及设备、工艺是否适宜，核定选用的技术参数。再次，确定

99

当有特殊要求或地层变化较大时应作适当调整；试喷时注浆机械设备应保持在完好状态下正常进行。

高压喷射注浆宜用普通硅酸盐水泥浆，强度等级不得低于32.5MPa，水泥用量、压力宜通过试验确定[5]。

2.2.5

质量的事中控制

施工过程中的质量主要从以下几个方面进行控制：孔位：应专人负责孔位的防线定位工作，钻孔前

需复核孔位，误差不得大于5cm[6]。

钻孔和注浆管插入深度：钻孔时必须有钻孔深度记录。技术负责人要核对注浆管深度和钻孔深度是否相符，钻孔的垂直度必须等于或小于设计要求。

水泥浆浓度用比重秤或比重计测定抽查拌制的水泥浆，是否合乎设计要求。

冒浆的处理：一方面及时排运出冒浆，保持现场干净，或加以回收再灌人。另一方面可透过冒浆出现的时间、冒浆中含土的种类和数量，水泥的含量和冒浆的多少等现象，间接了解高压喷射注浆质量，这是在施工过程中调整高压喷射注浆参数的重要依据之一。

喷射方向、提升速度和旋转速度的控制：提升速度应匀速缓慢，并有专人抽查。若有仪器监测，则可实现自动化管理。

压力和流量的控制：当出现压力下降低于设计值和压力骤增超过设计值时，都表明注浆管的状态有异常现象，或有漏浆的地方或是接头松动甚至脱落，或是堵管堵孔等，必须立即停机检查，修复后应继续施工直至喷完一孔为止。

施工中常见的质量问题和控制措施，如表2所示。

3工程施工质量控制

3.1

工程旋喷桩施工中异常质量问题的控制方法从工程开始施工到完成100多根高压旋喷桩，

发现喷嘴最大埋深达不到引孔深度的约占总施工量的50％(其中相差量小于0.5m的和相差量大于0.5m的各占一半);喷嘴最大埋深等于或大于引孔深度的也约占50％。针对喷嘴达不到且相差量大于0.5m的桩所占比例较大的问题，为了确保工程质量，经业主、设计、监理、施工四方探讨取得一致意见，采取以下控制措施。

100

3.1.1已经施工的高喷桩的分类及处理方法可不作处理的：喷嘴最大埋深不及引孔深度的

差值大于0.5m，但喷长超过11m的；喷嘴最大埋深不及引孔深度的差值小于0.5m。

3.1.2

将要施工的高喷桩处理方法

可分为四种情况：第一种情况，当喷嘴埋深等于

或大于引孔深度时可用原工艺要求施工。第二种情况，当出现喷嘴埋深不及引孔深度的差值小于0.5m时，改进原工艺要求施工。其理由是，原引孔深度是含有基岩取芯深度约0.3m；使用的喷嘴是20°斜向下的。当孔底不提升大压力（32MPa）旋喷120s可获得喷远0.6m左右，20°向下喷的结果已加深0.2

m;每退卸一节钻杆（2m）时复喷一回程，可形成竹节

形态的桩。第三种情况，当出现喷嘴埋深不及引孔深度的差值大于0.5m且喷长小于11m的，必须重新引孔后再钻到位方可进行高喷。第四种情况，当出现喷嘴埋深不及引孔深度的差值大于0.5m，但喷长大于11m的，采取每退卸一节钻杆（2m）时复喷一回程，形成竹节桩，增大摩阻力的方法处理（见表2）。

3.2返浆的处理

3.2.1

高压旋喷桩返浆机理的探讨若瞬间返浆量q出，则：q出=q入-s·p

·姨A+B+W-L其中：q入———注入量

S—渗失强度A—接触面积P—嘴外压力

B—喷成空间压缩流变量W—地下涌水量L—漏洞流失量

假设喷成空间压缩流变量B、地下涌水量W和漏洞流失量L均为0（以便观察未受该三种因素影响时，是否非返浆不可）。

那么，上式简化为：q出=q入·s·p

·姨A显然返浆量q出随注入量q入增加而增加，随渗失强度S、嘴外压力p、接触面积A增加而减少。

渗失强度S与介质有关，在粘土、淤泥等中较小，在砂土层、卵石层等中较大。

高喷地层内嘴外压力p与浆液喷切搅拌作功后

表2

序号

施工中常见的质量问题和控制措施

质量通病及施工异常现象

主要原因分析

注浆管分段提升时，接头搭接长度不够甚至未搭接

土层密实度偏大，喷射压力偏小，提升速度过快，喷射过程出现故障

注浆管内有碎碴等硬物或橡胶密封件破碎后堵塞管内

注浆泵工作不正常,吸浆管进浆不正常,司泵人员控制压力不熟练,注浆管拽漏或堵塞

防治或处置措施

应保证搭接长度不小于10cm并复喷切实把握地质分层资料，对密实程度大的土层制定详细的注浆工艺措施

1断桩

2缩径或桩径偏小

3注浆中管道与喷嘴堵塞

(1)拆卸检查注浆管路与注浆泵体并进行彻底清洗；(2)严禁使用过期结块水泥,加强水泥浆液过滤措施

(1)检查泵体与管道；(2)熟悉操作技能(1)复喷；(2)不提升注浆管,增大注浆量

4注浆压力骤降或上升

5不冒浆或断续冒浆土质松软;附近有空洞或空通道

继续注浆至冒浆液凝固后重新注浆；(3)掺加适量的速凝剂

6孔口大量冒浆

注浆泵密封不良,或接头处损坏,土层密实程度大,浆液切割土体范围小或喷嘴尺寸过大浆液析水或过早停止注浆

孔位偏差大,钻孔倾斜偏大,桩体直径不均匀,桩间间隙大

浆液水灰比、喷浆流量偏小,提升速度过快入土深度,土层密实上松下紧,喷射工艺自上而下无变化

(1)检查注浆管各接头；(2)分析土层密实度资料；(3)加快提升或旋转速度,提

高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径二次注浆或补灌水泥浆

保持孔位准确,钻孔垂直,桩体成桩搭接良好

调整适合的注浆工艺

喷射时结合上层触探曲线采取相应的喷射工艺

78910

成桩桩顶凹穴

旋喷封闭结构渗水漏水桩体截面抗压强度低桩体形状上粗下细

的残余压力、地层深度以及返浆阻力有关：一般而言，高喷输浆压力越大，喷切做功后的残余压力越大，则嘴外压力p越大。地层越深返浆通道越长，返浆阻力增大，则嘴外压力p越大（返浆通道越狭窄，返浆通道不规则，返浆阻力越大，也使嘴外压力p增大）。

接触面积A与喷切搅拌形状体积有关。当高喷压力越大，喷切搅拌体积越大，则接触面积A越大。另当嘴外压力越大，高喷桩周边层出现树根壮劈裂越多时，其面积A也越大。

从以上分析知道，本工程卵石地层和含砾土层中，当高喷压力达到一定程度，提升速度适当时，桩径足够大，并在桩周产生一定劈裂现象(产生3m孔距的的串孔就是证明)，使接触面积足够大，渗失量必然加大，则返浆量小；另因水钻砂土塌落，致使返浆通道不通畅，嘴外压力增大，也使返浆减少。反之

压力到一定程度（孔周介质少被喷切或不被喷切），并保持返浆通道畅通时，则返浆量多。类似现象正如在完整的石头中钻一个孔进行高喷，则产生百分百返浆。

由此推断，压力在20MPa左右，并用膨润土护壁保障返浆通道畅通情况下，那么本施工可保证95%以上全孔返浆。

本工程桩周劈裂现象，严重性可从出现的二孔串孔返浆中看出，孔距3m时还能在深部串孔返浆，那么可断言两排先施工后，中间一排施工时返浆现象必然增加，因为地层已经吃饱，渗失强度S已变很小。

3.2.2非正常返浆的处理

在旋喷过程中,往往有一定数量的土颗粒,随着

一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解地层状况，判断旋喷的大致效

101

果和拟定旋喷参数的合理性等。根据经验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量20%者为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并及时采取相应措施。

产生非正常返浆的原因主要有以下几种情况：第一情况，流量不变而压力突然下降。此时应检查各部位的泄漏情况，必要时拔出注浆管，检查密封性能。第二情况，出现不冒浆或断续冒浆。若系土质松软则视为正常现象，可适当进行复喷；若系附近有空洞、通道，则应不提升注浆管继续注浆直至冒浆为止，或拔出注浆管待浆液凝固后重新注浆直至冒浆为止，或采用速凝，使浆液在注浆管附近凝固。第三情况，冒浆量过大。其主要原因一般是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。

减少冒浆量的措施包括提高喷射压力（喷浆量不变），适当缩小喷嘴孔径（喷射压力不变），加快提升和旋转速度。

得出复合地基承载力平均值为fspm=300kPa，满足设计要求；同时采用FEI型基桩动测仪对328根基桩进行了低应变检测，优良桩占检测总数的98.6%，无不合格桩出现，表明桩身完整、施工质量良好。

通过对高压旋喷桩施工质量控制原理、方法和本工程施工质量控制的介绍，我们可以认识到其技术性较强和施工过程质量控制重要性的特点，在施工过程中加强各项工作的管理，提高操作者的素质，施工中调动各种因素参与管理，是工程成功的保证条件，严格的工序管理，是保证桩基质量的关键。

参考文献：

[1]建筑施工手册编写组.建筑施工手册[M].北京：中国建筑

工业出版社，2003：393-395.

[2]中国有色金属工业西安勘察院.高压旋喷注浆技术规程

[M].西安：西安交通大学出版，1993：25-32.

[3]阎明礼.地基处理技术[M]．北京：中国环境科学出版社，

1996：267-334.

[4]牛虹.高压旋喷法的施工特性及设备[J].工业建筑,2002,

32(10)：52-59.

[5]高大钊.地基加固新技术[M]．北京：机械工业出版社，

1996：181-207.

[6]中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范JGJ79-2002

[S].北京：中国建筑工业出版社，2002：57.

责任编辑：潘伟彬

4小结

该工程历时25d，全部完成704根桩的施工任

务。在施工过程中共开挖10根桩进行桩头质量的自检，均末发现异常情况。

某基础工程研究检测中心对此复合地基进行了静载试验检测，所测两点极限承载力均大于600kPa，

High-pressurerotaryjetgroutingpilesinthequalitycontrol

offoundationstrengtheningworks

XUXiao-ying

（CivilEngineeringDept.,MinxiVocationalandTechnicalCollege,

Longyan,Fujian,364021,China）

Abstract：Byacaseofhigh-risebuildingfoundationreinforcement,

reinforcementtheoryofthehigh-pressurerotaryjetgroutingpile;practice,

usingactivecontrol,

passivecontrol,

itdescribedthe

bymainlyTheresults

combinedwithengineering

tocontrolthe

itexplainedthedynamiccontrolmethodintheground-basedreinforcement,

andthecombinationofthetwomethods,

qualityandaswellasthepreventivemeasuresbeforeandduringtheconstruction.effectandtechnicalperformance.

showthatusinghigh-pressurerotaryjetgroutingpileinfoundationcangetgoodreinforcement

Keywords：high-pressurerotaryjetgroutingpile;foundationtreatment;qualitycontrol

102