高压旋喷桩的承载原理及应用浅析
关键词：高压旋喷桩；承载；应用
引言
高压旋喷桩以其经济实用的性能，设计方法，以及施工中基本不产生环境污染，在工程中得到了广泛的应用，扩底桩是在灌注桩基础上发展起来的一种新桩型，通过压力或机械的方式在桩底形成一个扩大头，增大有效承载面积，从而提高桩端承载力，使扩底桩成为以桩端支承为主，桩周侧摩阻力为辅的桩型。在同样桩长的情况下，可大大提高其承载力。
一、高压旋喷扩底桩的设计
1.1扩底桩选型
扩底桩将其上部荷载通过桩身传递到桩端，再进一步传递到桩端下端持力层土体，故设计计算时可将桩身等效为传力杆件，将单桩设计简化为桩身传力杆设计，而扩底基础的设计主要受埋深和三击贯入度的影响，故可以将扩底的设计用下式表示：
D=F（L，Ae，d）
式中L为桩间距（m），Ae为等效计算面积，d为等效基础埋深（m）。
同一工程既可选择大间距、埋置的基础，也可选择间距小、埋深浅的基础，对扩底桩的设计即为选择最佳间距、埋深和等效计算面积Ae，使工程造价最低。
由于这三者在施工中相互影响和制约，桩型的选择除了要考虑设计方案的经济型外，还要考虑扩底桩的施工因素，若桩型选择不当会造成施工困难，增加施工成本。
1.2设计桩长确定
高压旋喷扩底桩的设计桩长主要考虑上部结构荷载和桩端土层情况两个因素。既要满足上部结构的荷载要求，还要便于施工。
高压旋喷扩底桩的持力层可以为可塑～硬塑状态的粘性土以及粉土、砂土、碎石土。而扩底所在的加固土层可以经过确定为稳定的所有土层。当软塑状态粘性土、素填土、杂填土和湿陷性黄土经过试验确定为稳定可靠的土层时也可作为桩端被加固土层。
1.3扩底旋喷桩设计
根据实际工程情况及所做固结体室内试验情况，可采用底部扩大的扩底旋喷桩形式，上部桩径d=60cm，扩大头部分直径D=100cm，扩底端长120cm。桩距为1.5m，以第1层为持力层，平均桩长为17m。
根据室内试验结果，若工程采用425#普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为500kg/m3水灰比1：1～0.8：1，比重为1.49～1.60g/cm3。
水泥浆压力为20-30MPa，空压机压力为0.7MPa，旋转速度为10-20r/min，提升速度为10-25cm/min。
根据上述设计参数，利用复合地基的承载力计算公式和沉降计算公式，计算结果表明经过降水联合扩底旋喷桩加固后场地的地基承载力和沉降都达到预期要求。
二、高压旋喷扩底桩施工
2.1施工工艺
施工前应根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核高压喷射注浆的设计孔位。
1.定位
在施工过程中，必须采用跳打法以防止孔间串浆。移动地质钻机到指定桩位对中，同时保证钻机的垂直度，以使钻孔达到设计垂直度。钻机就位后，再作水平校正，使其钻杆轴线对准钻孔中心位置。钻机安放在设计的孔位上并应保持平稳、水平，桩架垂直，施工时旋喷杆的允许倾斜度不得大于1.5%。
2.钻孔：
钻机就位后，开启钻机钻孔，保证钻机钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm。钻进过程中要记录完整，对岩性、孔深、钻杆数量、长度、塌孔、掉块、漏浆的深度和时间记录详细，终孔后用砂袋塞住孔口，以防止杂物掉入孔内。钻孔设备采用GD-2型和G-2A型钻机进行施工。
3.插管
钻孔完毕后，拔出芯管，插入喷射注浆管至预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力不超过1Mpa。
4.喷射注浆
喷射注浆管插入预定深度后，由下而上进行喷射注浆，注浆时注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等是否符合设计要求，并做好记录。注浆管分段提升时注浆搭接长度不小于100mm。冒浆量小于注浆量20%为正常，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，采取相应措施：
冒浆量过大，可提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和旋转速度。
地层中较大空隙，出现不冒浆现象，可掺入速凝剂，缩短固结周期，使浆液在一定土层范围内固结；在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常喷浆。
5.成桩
成桩完毕，将注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆，可用水代替浆液在地面上喷射，以使泥浆管、注浆管和软管内的浆液全部排出。移动桩机至下一桩位继续施工。
6.高压旋喷桩施工工艺流程图
若工程采用425#普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为550kg/m3，水灰比1：1～0.8：1，比重为1.49～1.60g/cm3。
水泥浆压力为15MPa，空压机压力为0.7MPa，旋转速度为10-20r/min，提升速度为20cm/min，其中在扩底部分水泥浆压力为25MPa，空气压力为0.8MPa，选择速度为25r/min，提升速度为25cm/min。
2.2高压旋喷桩施工保证措施
（1）测量放线由专职测量人员负责测量放线及桩位的定位。
（2）桩机必须端正、稳固、水平、用经纬仪保持垂直度。
（3）旋喷前要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。喷射时，钻杆的旋转和提升必须连续不中断，拆卸钻杆连续旋喷时，要注意保持钻杆有0.1米的搭接长度，不得使喷射固结体脱节。
（4）浆液配制必须按规定的配合比进行配制。
（5）开挖沟槽及清障时，要控制好沟槽两边尺寸，以便设备的就位。
（6）搅浆系统要保持完好，准备好备用泵等设备。
（7）对开槽及溢出的泥土要及时清运，创造良好的施工环境。
三、高压旋喷扩底桩施工监督和质量控制
3.1施工质量控制与管理
高压旋喷桩加固地基属于隐蔽工程，施工时不能直接观察它的质量，但可以通过施工过程中各工序的操作、工艺参数和浆液浓度等因素的实际执行情况以及土层的各种反应（冒浆量大小和冒浆浓度、冒浆的通道位置、土开裂状态等）来控制高压旋喷桩的质量。
1．孔位
应专人负责孔位的放线定位工作，钻孔前需复合孔位，误差不得大于5cm。
2．桩体深度
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。
3．水泥浆配比控制
水泥浆配比是影响旋喷桩质量的重要因素，因此要严格加以控制。可以用比重称或比重计来抽查水泥浆是否复合设计要求。在工程中，使用便携式DA-130N比重计，每天对水泥浆配比进行抽查检验。
4．冒浆的处理
由于旋喷桩现场会产生较多的冒浆，因此要及时的进行处理。一方面及时排运出冒浆保持现场干净，或加以回收再灌入；另一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，间接了解高压旋喷桩质量，这是在施工过程中调整高压注浆参数的重要依据之一。
5．喷射方向、提升速度的控制
高压旋喷桩的喷射方向、提升速度和旋转速度也是影响高压旋喷桩桩身质量的关键因素，直接影响桩身的强度和直径。特别是高压扩底旋喷桩，在扩底部分一定要按照设计要求控制提升速度和喷射压力，以保证扩底桩的质量。因此，按照设计的要求，在施工过程中，监理单位组织了专门的人员对此进行了现场监控，并制定了严厉的处罚措施。
3.2质量监测和检测
3.2.1质量检查的内容
1．固结体质量检查
检查桩体的整体均匀性、垂直度、有效直径或长度、宽度、抗压强度、抗剪强度、弹性模量、渗透系数和耐久性等项测试。
2．注浆效果试验
3．工程质量测定
包括建筑物沉降，桩身质量检测等。
3.2.2检测数量
每个建筑工程喷射注浆处理后，不论其规模大小，均应进行检验。检验数量为高压旋喷注浆施工总孔数的2%～5%，少于20孔的工程，至少要检验2个点。检验不合格者，应在不合格的点位附近，进行补喷或采取有效的补救措施，然后进行检验。检验点的位置应重点布置在建筑工程的关键地方，如承重大、幕墙中心线等地方。检验时间应在喷射注浆后28天后进行。
3.2.3质检方法
质检方法有开挖检查、钻孔取芯、旁压试验、标贯、动力触探、载荷试验、透水试验、室内试验和其他破坏性试验等9种方法。
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2002）规定：高压旋喷注浆可根据工程要求和当地经验采用开挖检查、取芯、标贯、载荷试验或围井注水试验等方法进行检验，并结合工程测试、观测资料及实际效果综合评价加固效果；竖向承载力旋喷桩复合地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验；载荷试验必须在桩身强度满足试验条件时，并宜在成桩28天后进行。检查数量为桩总数的0.5%～1%，且单体工程不应小于3点。
四、高压旋喷扩底桩施工安全保证措施
（1）施工场地内保持清洁，各工点设标牌，标明负责人，工程项目等，建成文明施工工地。
（2）按照施工组织设计的平面布置图，认真搞好施工现场规划，做到布局合理，井然有序，施工现场的临时用电和排水设施安装要规范安全可靠。
（3）施工场地内各种材料要分类堆放整齐，挂设标牌，标明材料规格、产地等，不同材料不能混放。各级负责人及工作人员一律挂胸牌上岗。
（4）施工现场要设醒目的安全标语和安全警示标志，提示行人注意安全。
（5）施工时，注意保护环境，采取措施不压缩、不侵占、不污染水沟及河道，保护水源，保护树木、植被。运输道路、便道应洒水防尘，防止污染环境。
（6）电缆穿越易受机械损伤的场所时加设防护套管，且严禁用金属裸线作绑线。
（7）配电箱内的开关电器与配电线路一一对应配合，开关箱与用电设备之间实行“一机一闸”制，禁止“一闸多机”。且开关箱的开关电器的额定值与用电设备额定值相适应。
（8）所有配电箱、开关箱在其箱门处标注其编号、名称，用途和分路情况。
（9）所有配电箱、开关箱、电气线路、用电设备和保护设施进行检查处置均由电气专业人员完成。检查、维修周期每月至少一次，每次检查均按规定做好专门的台帐记录。
（10）正确使用个人劳动保护用品，进入施工现场必须戴好安全帽，在设有防护设施的高空作业时，必须栓好安全带。严禁穿拖鞋、光脚、赤膊等进入工地。
五、结论
高压旋喷桩以其经济实用的工程性能以及施工过程中基本不产生环境污染的良好工程特性在实际工程中得到了广泛的应用。扩底桩是在灌注桩基础上发展起来的一种新桩型，它是通过机械设备提供的压力在桩底形成一个扩大头，增大有效承载面积，从而提高桩端承载力，使扩底桩成为以桩端支承为主、桩周侧摩阻力承载为辅的桩型。在相同桩长情况下，其承载力得到大大提高。
参考文献
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