冻结高压旋喷桩技术领域
本实用新型涉及一种土建技术，尤其是一种冻结高压旋喷桩。
背景技术
人工地层冻结法(ArtificialGroundFreezing,AGF)(简称“冻结法”),是利用人工
制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水
与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行地下工程施工的特殊施工技术，其实质是
利用人工制冷临时改变岩土性质以加固地层。人工土冻结法由于基本不受支护范围和支护
深度的限制，能有效防止涌水以及城市挖掘、钻凿施工中相邻上体的变形而受到越来越多
的重视，成为地下工程的主要技术手段之一。
人工地层冻结冻土帷幕(墙)形成过程是：在冻结管内循环低温冷媒剂(盐水)，通过冻
结管与周围地层不断发生热交换，开始时在冻结管周围形成冻土圆柱，随着冻结管冷量的
不断供给，冻土圆柱不断扩展，相邻冻土圆柱交圈后形成具有一定厚度冻土帷幕向两边扩
展。
但人工冻结法施工后，使周围地层产生冻胀融沉现象，对周围环境来说，使得土的工
程性质和相邻建筑物受到不良影响，如造成地基失稳，使邻近建筑物产生倾斜、裂缝、严
重时会导致建筑物坍塌等事故，或使地下管线发生破坏等不良后果。
实用新型内容
本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种冻结高压旋喷桩，其采用
在高压旋喷桩中插入冻结管实施冻结，形成冻结高压旋喷桩，可有效地抑制冻胀融沉现象，
同时在保证地层承载力和防水性能的基础上，既可以提高高压旋喷桩的抗剪能力和抗弯能
力，也可减小水泥的使用量，节省了成本。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种冻结高压旋喷桩，包括高压旋喷桩体，在所述高压旋喷桩体的中心处设置一个与
所述桩体的中心线平行的冻结管，冻结管的上端口高出高压旋喷桩体上端面，冻结管上端
穿过高压旋喷桩体上端面的钢筋混凝土镇口板，并由钢筋混凝土镇口板固定。
一种冻结高压旋喷桩，包括高压旋喷桩体，在高压旋喷桩体内与其中心等距圆周上均
匀设置有若干与所述桩体的中心线平行的冻结管，冻结管的上端口高出高压旋喷桩体上端
面，冻结管上端穿过高压旋喷桩体上端面的钢筋混凝土镇口板，并由钢筋混凝土镇口板固
定。
一种冻结高压旋喷桩，包括高压旋喷桩体，在所述高压旋喷桩体的中心处设置一个与
所述桩体的中心线平行的冻结管，同时在高压旋喷桩体内与其中心等距的圆周上均匀设置
有若干与所述桩体的中心线平行的冻结管，冻结管的上端口高出高压旋喷桩体上端面，冻
结管上端穿过高压旋喷桩体上端面的钢筋混凝土镇口板，并由钢筋混凝土镇口板固定。
所述冻结管直径为89mm、108mm、127mm、146mm、159mm或168mm。
所述冻结管的底部位于桩体底端上方0.5～1m。
所述冻结管为无缝低碳钢管、PVC管、PPR管、ABS管或PE管。
所述冻结管的截面为圆形、工字形、X形、T形或Y形。
所述冻结管底部封闭，冻结管上口用封堵住。
冻结管的接头采用螺纹加焊接结构，抗拉强度不低于母管的75％。
加筋冻结高压旋喷桩施工完毕后，挖除桩头松散破碎的部分，露出20cm～30cm冻结管
管头，沿桩顶将冻结管用钢筋网连接，并用C20混凝土浇筑成镇口板。
高压旋喷桩是以高压泵为动力源，通过钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内，
喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿，并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土
体，强制土颗位与浆液搅拌混合。待浆液凝固后，形成圆柱状水泥土固结体即高压旋喷桩，
可以显著提高土体的强度和结构特性，当高压旋喷桩相互咬合后，便形成封闭的旋喷帷幕
体，起到防流砂、抗滑移、防渗透、防坍塌的作用。
本实用新型在高压旋喷桩中实施人工冻结法，可有效地抑制冻胀融沉现象。同时，高
压旋喷桩抗剪能力和抗弯能力不足，在高压旋喷桩中插入冻结管实施冻结，形成冻结高压
旋喷桩，在保证地层承载力和防水性能的基础上，既可以提高高压旋喷桩的抗剪能力和抗
弯能力，也可减小水泥的使用量，节省了成本。本实用新型可以应用于基坑工程的围护结
构，盾构进出洞端头的土体加固，以及地基处理工程中。
附图说明
图1是本实用新型实施例1结构示意图；
图2是本实用新型实施例2结构示意图；
图3是本实用新型实施例3结构示意图；
图4是本实用新型一个实施例的施工工艺流程图；
其中，1.冻结管，2.高压旋喷桩体，
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种冻结高压旋喷桩，包括高压旋喷桩体2，在所述高压旋喷桩体2的中
心处设置一个与所述桩体的中心线平行的冻结管1，冻结管1的上端口高出高压旋喷桩体2
上端面，冻结管1上端穿过高压旋喷桩体2上端面的钢筋混凝土镇口板，并由钢筋混凝土
镇口板固定。
冻结管1直径为89mm、108mm、127mm、146mm、159mm或168mm，插设在桩体的
中心部位。
冻结管1上端口高出外部高压旋喷桩体2上端面0.5-1m。
冻结管的底部位于桩体底端上方0.5～1m。
冻结管1为无缝低碳钢管、PVC管、PPR管、ABS管或PE管。冻结管的截面为圆形、工
字形、X形、T形或Y形等异形截面。通过向冻结管1中循环通入低温盐水、液氮等冷媒介
质，使地层中水结成冰，把岩土变成冻土。
冻结管底部封闭，冻结管上口用封堵住。冻结管的接头采用螺纹加焊接结构，抗拉强
度不低于母管的75％。加筋高压旋喷桩施工完毕，挖除桩头松散破碎的部分，露出20cm～
30cm冻结管管头，沿桩顶将冻结管用钢筋网连接，并用C20混凝土浇筑成镇口板。
实施例2：
如图2所示，一种冻结高压旋喷桩，包括高压旋喷桩体2，在高压旋喷桩体2内与其中
心等距圆周上对称设置有两个与所述桩体的中心线平行的冻结管1，冻结管1的上端口高出
高压旋喷桩体2上端面，冻结管1上端穿过高压旋喷桩体2上端面的钢筋混凝土镇口板，
并由钢筋混凝土镇口板固定。
冻结管1直径为89mm、108mm、127mm、146mm、159mm或168mm，插设在桩体的
中心部位。
冻结管1上端口高出外部高压旋喷桩体2上端面0.5～1m。
冻结管的底部位于桩体底端上方0.5～1m。
冻结管1为无缝低碳钢管、PVC管、PPR管、ABS管或PE管。冻结管的截面为圆形、工
字形、X形、T形或Y形等异形截面。通过向冻结管1中循环通入低温盐水、液氮等冷媒介
质，使地层中水结成冰，把岩土变成冻土。
冻结管底部封闭，冻结管上口用封堵住。冻结管的接头采用螺纹加焊接结构，抗拉强
度不低于母管的75％。加筋高压旋喷桩施工完毕，挖除桩头松散破碎的部分，露出20cm～
30cm冻结管管头，沿桩顶将冻结管用钢筋网连接，并用C20混凝土浇筑成镇口板。
实施例3：
如图3所示，一种冻结高压旋喷桩，包括高压旋喷桩体2，在所述高压旋喷桩体2的中
心处设置一个与所述桩体的中心线平行的冻结管1，同时在高压旋喷桩体2内与其中心等距
的圆周上均匀设置有六根与所述桩体的中心线平行的冻结管1，冻结管1的上端口高出高压
旋喷桩体2上端面，冻结管1上端穿过高压旋喷桩体2上端面的钢筋混凝土镇口板，并由
钢筋混凝土镇口板固定。
冻结管1直径为89mm、108mm、127mm、146mm、159mm或168mm，插设在桩体的
中心部位。
冻结管1上端口高出外部高压旋喷桩体2上端面0.5-1m。
冻结管1的底部位于桩体2底端上方0.5～1m。
冻结管1为无缝低碳钢管、PVC管、PPR管、ABS管或PE管。冻结管的截面为圆形、工
字形、X形、T形或Y形等异形截面。通过向冻结管1中循环通入低温盐水、液氮等冷媒介
质，使地层中水结成冰，把岩土变成冻土。
冻结管底部封闭，冻结管上口用封堵住。冻结管的接头采用螺纹加焊接结构，抗拉强
度不低于母管的75％。加筋高压旋喷桩施工完毕，挖除桩头松散破碎的部分，露出20cm～
30cm冻结管管头，沿桩顶将冻结管用钢筋网连接，并用C20混凝土浇筑成镇口板。
冻结高压旋喷桩施工工艺流程如图4所示。
一、高压旋喷桩施工工艺如下：
(1)钻机定位
移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，
钻杆的垂直度偏差不大于1％～1.5％。就位后，首先进行低压(0.5MPa)射水试验，用以检
查喷嘴是否畅通，压力是否正常。
(2)制备水泥浆
桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥
和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网
(孔径为0.8mm)，过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网(孔径为0.8mm)，
第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。
(3)钻孔(三重管法)
当采用地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设计标高(预钻孔孔径为15cm)。
(4)插管(单重管法、二重管法)
当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。当第一阶段贯
入土中时，可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥
浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察
工作电流不应大于额定值。三重管法钻机钻孔后，拔出钻杆，再插入旋喷管。在插管过程
中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力(0.5～1.0MPa)边下管边射水。
(5)提升喷浆管、搅拌
喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值
(20～40MPa)，坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提升
速度提升钻杆。若为二重管法或三重管法施工，在达到设计深度后，接通高压水管、空压
管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，
分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。
(6)桩头部分处理
当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向
上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。
(7)若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌：按上述(4)～(6)步骤重复
喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵(清水泵、空压机)，停止水泥浆
(水、风)的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。
(8)清洗
向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干
净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。
(9)移位
移动桩机进行下一根桩的施工。
(10)补浆
喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶
部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。
二、高压旋喷桩推荐的主要施工技术参数
(1)单重管法
浆液压力20～40MPa，浆液比重1.30～1.49，旋喷速度20r/min，提升速度0.2～
0.25m/min，喷嘴直径2～3mm，浆液流量80～100L/min(视桩径流量可加大)。
(2)二重管法
浆液压力20～40MPa，压缩空气压力0.7～0.8MPa。
(3)三重管法
浆液压力0.2～0.8MPa，浆液比重1.60～1.80，压缩空气压力0.5～0.8MPa，高压水压
力30～50MPa。
三、冻结管施工方法与注意事项如下：
(1)施工方法
每根高压旋喷桩施工完毕，随即施工加筋材料。加筋材料选用冻结管，冻结管直径通
常为89、108、127、146、159和168mm，根据高压旋喷桩直径来选择。冻结管插设在桩体
的中心部位，或者绕设在桩体中心部位的周圈设置，冻结管插入深度一般比外部旋喷桩短
0.5-1m。冻结管材质通常为无缝低碳钢管，也可以采用PVC、PPR、ABS、PE等塑料管；冻
结管截面通常为圆形，也可以采用“工字形”、“X形”、“T形”、“Y形”等异形截面。
冻结管必须在旋喷桩水泥土硬化前插入。选用的冻结管外表面必须通直光滑，先采用
人工往桩中心压入一部分冻结管，再利用桩机将冻结管剩余部分全部压入水泥土中。加筋
高压旋喷桩施工完毕，挖除桩头松散破碎的部分，露出20cm～30cm冻结管管头，沿桩顶将
冻结管用钢筋网连接，并用C20混凝土浇筑成镇口板。
(2)注意事项
A.冻结管1必须在旋喷桩机钻杆提出后立即插入，以保证在水泥土未凝结之前完成。
B.冻结管1接头采用螺纹加焊接，抗拉强度不低于母管的75％。
C.冻结管1插入前要先配管，保证冻结管同心轴线重合，焊接时，焊缝要饱满，保证
冻结管有足够强度，以免拔管时冻结管断裂。
D.冻结管1插入完毕后，用木塞等封堵管口，以免异物掉进冻结管。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保
护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域
技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以
内。