高壓旋噴樁在地下連續(xù)墻槽壁加固中的應(yīng)用

俞菱慶　范振華　俞久康

【摘 要】 主要論述高壓旋噴樁加固技術(shù)在蘇州火車站改造工程地下連續(xù)墻槽壁加固中的設(shè)計、施工，分析闡述了該技術(shù)在地下連續(xù)墻槽壁加固工程中的工作機理。工程實踐表明，高壓旋噴樁是解決地下連續(xù)墻槽壁加固的很好方法，該技術(shù)具有施工速度快、加固效果好，對場地適應(yīng)性強等特點，不僅保證了施工安全，而且降低了加固成本，取得了較好的整體效果，具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】 地下連續(xù)墻 槽壁加固 旋噴 引孔 回灌

1、前言

由于地下連續(xù)墻施工工藝對環(huán)境影響較小， 水平抗側(cè)剛度大， 水平變形小， 止水效果好， 可有效地保護周圍環(huán)境，近年來，隨著城市建設(shè)發(fā)展的需要， 在地鐵、房建等大型深基坑工程中越來越廣泛地采用地下連續(xù)墻作為圍護結(jié)構(gòu)。從地下連續(xù)墻成槽過程來看，由于地質(zhì)因素、地層土壓力、孔隙水壓力、地下水位及土體的蠕變等因素的影響，在成槽過程中或墻體澆筑之前，槽壁處于不穩(wěn)定狀態(tài)之中，隨時會出現(xiàn)滑裂或坍塌的危險，尤其地下連續(xù)墻的異形墻幅陰陽角處及空口較大的位置塌槽現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，造成成槽機抓斗埋入槽內(nèi)，無法取出，造成上百萬的經(jīng)濟損失，若事故是發(fā)生在鋼筋籠安放之后，那么鋼筋籠被埋，所造成的質(zhì)量及經(jīng)濟損失是無法估量的。因此，在施工中，應(yīng)事先且必須根據(jù)場區(qū)土層的物理力學(xué)性質(zhì)、地下水位、泥漿質(zhì)量和單元槽段長度等因素，對槽壁進行穩(wěn)定性分析，并采取相應(yīng)加固措施，保證槽壁的穩(wěn)定。地下連續(xù)墻槽壁加固的方法很多，在蘇州火車站改造工程施工中，由于工期緊，體量大，樁基施工和地下連續(xù)墻同時施工，場地?fù)頂D，交叉影響，地質(zhì)情況復(fù)雜，地下連續(xù)墻槽壁加固采用高壓旋噴樁加固技術(shù)。該技術(shù)有輕便、場地占用小、效率高、加固效果好的特點，作為一支加固輕騎兵穿插在地下連續(xù)墻施工中，效果極佳，為地下連續(xù)墻槽壁在復(fù)雜地質(zhì)條件下加固提供很好借鑒經(jīng)驗。

2、工程概況及地質(zhì)情況

2.1工程概況

蘇州火車站改造工程由普速站房、城際站房和跨線高架候車廳三部分組成，南側(cè)普速站房長469m，寬30m，北側(cè)城際站房長241m，寬60m，南北站房通過內(nèi)部空間高達14m的高架候車廳連為整體。總建筑面積85717m2，其中地上建筑為54445 m2，地下空間部分為31272 m2，建筑總高度31.25 m，地下三層，地上二層，地下二、三層為地鐵車站，地鐵2#、4#線十字貫穿火車站。地鐵車站主體圍護結(jié)構(gòu)及出入口、風(fēng)井圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計為地下連續(xù)墻，墻體厚度0.8m，深度33～57m。其中2#線基坑深度17m，連續(xù)墻入土（過基坑底）深度40m；4#線基坑深度23.4m，連續(xù)墻入土深度28m；2#、4#線連續(xù)墻墻頂距自然地面高度為11.5m，4#線與2#線相交的部分及4#線與其東西兩側(cè)風(fēng)亭相交的部分，墻頂距自然地面高度為17.5m，墻頂空口高度屬國內(nèi)目前最深的工程之一。圖2.1.1為地下結(jié)構(gòu)分區(qū)示意圖。

2.2 地質(zhì)概況

蘇州站場地位于太湖沖湖及瀉湖沉積平原區(qū)，地勢平坦，第四系覆蓋層厚度較大。據(jù)勘察結(jié)果，60m以內(nèi)土層為第四系全新世至早更新世沉積的疏松沉積物，以粘性土為主，間夾砂性土。按各土層的物理力學(xué)性質(zhì)、沉積環(huán)境、成因類型，分述兩個不利土層：

①-1、①-2層土質(zhì)為淤泥層與填土層，處于自然地面下1m～3.8m左右。從現(xiàn)場施工情況發(fā)現(xiàn)，此兩層土層局部夾雜有既有房屋基礎(chǔ)、原河道堤壩、河道淤泥等不利土質(zhì)；在抗拔樁施工時，部分區(qū)域自然地面下4.5m深處還存在既有建（構(gòu)）物基礎(chǔ)，采用了大開挖的方式挖除了地下障礙物，重新回填好的粘土得以順利施工。

④-3層土質(zhì)為稍～中密粉砂夾粉質(zhì)粘土層，層厚1.3m～6.5m，層底標(biāo)高-15.85m～-9.38m，透水性較強，土層水平向差異性較大，層理發(fā)育，凝聚力很小，另外地下水含量比較大，水位比較高（地下1m左右）。

3、槽壁加固穩(wěn)定性分析和加固方案設(shè)計

3.1 穩(wěn)定性分析

3.1.1 兩個不利土層正好處于墻頂空口位置，而且成槽地段有既有房屋基礎(chǔ)、原河道堤壩、河道淤泥等不利土質(zhì)含砂量較大，透水性較強，形成了惡劣土層。在開挖槽孔時，抓斗上下帶動槽內(nèi)泥漿，對槽壁反復(fù)沖擊，產(chǎn)生擠壓力及吸附力，在槽壁泥漿護壁上吸附出孔隙，槽壁外圍地下水被吸入槽內(nèi)，同時帶動砂層內(nèi)的粉砂進入槽內(nèi)，形成局部凹陷的滑動面，造成上面土體整體坍塌。尤其異形墻幅陰陽角處及空口較大的位置，塌槽更為嚴(yán)重。

3.1.2 地下連續(xù)墻鋼筋籠最長達48.3m，最大重量60t，因此在吊裝時增加也了很大的困難，同時也要花費很長時間進行吊裝及安裝鋼筋籠；成槽深度最深達60m左右，增加了施工難度，每幅槽段施工時間也相應(yīng)的加長，使開挖好的槽壁空放的時間加大（挖槽在50m以上的槽段槽壁開挖時間約36小時左右，單幅施工完成時間55小時左右），對槽壁的穩(wěn)定性形成了很大的風(fēng)險源。另外上部土層出現(xiàn)小范圍的坍塌，二次清孔，施工時間更長，極大降低了弱質(zhì)土層段的槽壁穩(wěn)定性。

3.2 加固方案設(shè)計

根據(jù)土層的物理力學(xué)性質(zhì)、地下水位及護壁泥漿等進行地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性分析，導(dǎo)出槽壁穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型公式，并提出相應(yīng)的加固措施，防止槽壁的坍塌。高壓旋噴樁加固技術(shù)是通過在地層中的鉆孔內(nèi)下入噴射管，用高壓射流直接沖擊、切割、破壞、剝蝕原地基材料，受到破壞好擾動后的土石料與同時灌注的水泥漿發(fā)生充分的摻拌混合、充填擠壓、移動包裹，至凝結(jié)硬化，從而構(gòu)成堅固的凝結(jié)體。該加固技術(shù)具有適用范圍廣，施工便捷，場地占用小，加固效果好的特點。由于該工程工期緊，基礎(chǔ)工程體量大，樁基施工和地下連續(xù)墻同時施工，地鐵2#、4#線十字貫穿火車站，施工場地?fù)頂D，交叉影響，地質(zhì)情況復(fù)雜，而且導(dǎo)墻大部分施工完畢，經(jīng)過反復(fù)論證，地下連續(xù)墻成槽超過50m的墻體、異形墻幅陰陽角處及空口較大的位置均在槽壁兩側(cè)加固采用高壓旋噴樁加固技術(shù)，保證上部兩層不利土層不會坍塌。在地鐵2#、4#線十字交叉處的連續(xù)墻槽壁兩側(cè)各設(shè)置1排Ф850@1000的高壓旋噴樁進行加固處理，樁長23m；在4#線兩端頭井位置墻體及剩余部分連續(xù)墻體槽壁兩側(cè)各設(shè)置1排Ф850@1000的高壓旋噴樁進行加固處理，樁長20m；在2#線異形槽幅段陰陽角位置設(shè)置Ф850高壓旋噴樁進行加固處理，樁長20m。

4、槽壁加固的施工

4.1施工工藝（見圖4.1.1）

4.2放樣定位

放樣時由現(xiàn)場測量人員根據(jù)連續(xù)墻槽壁加固樁位布置圖，以地下連續(xù)墻為參照進行測量放樣（導(dǎo)墻邊至樁中心425mm），確定旋噴樁樁位，樁位放樣誤差小于5cm。

4.3鉆機引孔

由于導(dǎo)墻、道路已施工完畢，旋噴樁施工時不能對其造成破壞，旋噴樁位放好并經(jīng)復(fù)核合格后，用XM50型工程鉆機引孔，鉆頭直徑65mm，引孔至導(dǎo)墻底部，引孔時用水平尺檢查鉆機機架垂直度，樁機墊平墊穩(wěn)。

4.4旋噴機就位

引孔成型后，用XPL200型雙重管旋噴機注漿，就位時檢查鉆機機架垂直度，樁機墊平墊穩(wěn)，鉆進中不得發(fā)生傾斜和移動，垂直度偏差小于1/100（用水平尺檢查鉆機機架水平度來控制）。

4.5、旋噴注漿作業(yè)

由于本工程高壓旋噴樁采取的二重管施工法，見圖4.5.1，旋噴鉆機就位好后，鉆孔并同時插噴管，下噴管前先檢查和調(diào)試水嘴，氣嘴及噴漿口是否完好暢通。下噴管必須垂直對準(zhǔn)孔心，保證噴管提升和旋轉(zhuǎn)，當(dāng)噴管下至設(shè)計樁底深度以下10cm左右開始拌送水泥漿，然后開啟高壓水及壓縮空氣，待送漿30秒后且孔口冒漿正常時方可旋噴提升。成樁結(jié)束后及時做好樁頂回灌和廢漿處理。在鉆進過程中，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)孔斜過大，應(yīng)及時調(diào)整樁機水平度及鉆桿垂直度，終孔后校量鉆具，孔深精度控制在±10cm以內(nèi)。提升噴漿時，噴漿的壓力控制在20～22MPa，提升速度：15cm/min；旋噴速度： 12r/min；水泥漿流量：65L/min；水泥用量：水泥摻入比20%，每米樁長水泥用量180㎏；氣壓力控制在0.7～0.8 Mpa。在不同地質(zhì)層、不同幅段時，可適當(dāng)調(diào)整施工參數(shù)，使其施工符合設(shè)計加固要求。在④-3粉砂夾粉質(zhì)粘土層高壓旋噴時，噴漿提升速度應(yīng)控制在12cm/min，噴漿量控制在70L/min，其它施工參數(shù)同上述。

4.6回灌

因旋噴樁成樁后樁頂可能有一個收縮過程，噴射灌漿完畢后，應(yīng)繼續(xù)向孔內(nèi)灌注漿液，直到液面不再下沉為止，保證樁體上部成樁質(zhì)量。

5、工藝控制要點

5.1在正式施工前先進行試樁，現(xiàn)場實驗性施工，確定最優(yōu)的注漿量、氣用量、配比，漿、氣的工作壓力和其他施工參數(shù)。

5.2鉆機開鉆前需復(fù)核孔位、孔距，檢查鉆機的水平、立軸的垂直度，鉆進時應(yīng)避免鉆機的劇烈震動、跳動甚至水平移動以保證垂直度。漿液的拌制配比要嚴(yán)格控制，重量誤差小于5%，漿液必須攪拌均勻，并在輸送過程后進行再攪拌，以保證漿液的均勻性。

5.3對噴漿漿液配比嚴(yán)格控制，定時對漿液進行檢查檢測工作，嚴(yán)格按照操作程序施工，減少操作失誤。

5.4嚴(yán)格控制雙重管高壓旋噴施工使用水泥的質(zhì)量，加強水泥的防潮工作，漿液進入貯漿桶必須經(jīng)過濾網(wǎng)。

5.5每次雙重管高壓旋噴施工作業(yè)前，檢查噴漿嘴、檢查高壓旋噴鉆桿旋轉(zhuǎn)速度、提升速度及高壓漿泵噴漿壓力、氣泵的壓力、流量，保證雙重管高壓噴射設(shè)備的施工參數(shù)符合設(shè)計要求。

5.6采用分段控制、復(fù)核施工水泥用量的方式保證雙重管高壓旋噴施工工程中的水泥摻入量達到設(shè)計要求。

6、經(jīng)濟效益分析

高壓旋噴樁加固技術(shù)適用于軟弱土層，適用范圍廣，砂類土、粘性土、黃土和淤泥地層均能進行噴射加固，廣泛應(yīng)用于各種建筑物的地基加固工程中。該技術(shù)中設(shè)備體積小，可多臺鉆機同時展開施工，轉(zhuǎn)移靈活，施工速度較快，工序間連續(xù)性較好，加固質(zhì)量較好，和同類加固技術(shù)相比，成本明顯降低，有效地確保了施工質(zhì)量和工程進度。工程實踐表明，高壓旋噴樁是解決地下連續(xù)墻槽壁加固的很好方法，該技術(shù)具有施工速度快、加固效果好，對場地適應(yīng)性強等特點，不僅保證了施工安全，而且降低了加固成本，杜絕了由于塌槽掩埋成槽機抓斗或鋼筋籠的事件發(fā)生，避免了重大經(jīng)濟損失，取得了較好的整體效果，具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。

7、結(jié)束語

在蘇州火車站改造工程地下連續(xù)墻施工中，經(jīng)過高壓旋噴樁加固的槽壁沒有發(fā)現(xiàn)塌槽現(xiàn)象，共施工高壓旋噴樁697根，從地下連續(xù)墻周邊開挖土體觀察，水泥混合凝結(jié)體質(zhì)密，加固均勻，效果極佳。在場地?fù)頂D，交叉影響，地質(zhì)情況復(fù)雜的情況下，采用高壓旋噴樁加固技術(shù)解決了地下連續(xù)墻槽壁坍塌的問題，為地下連續(xù)墻槽壁在復(fù)雜地質(zhì)條件下加固提供很好借鑒經(jīng)驗。同時也發(fā)現(xiàn)高壓旋噴樁加固能引起導(dǎo)墻局部變形和地面局部隆起，關(guān)鍵在最后出地面的2-3m處，控制好送漿壓力，不宜太大。

參考文獻

[1] 叢靄森編著，《地下連續(xù)墻的設(shè)計施工與應(yīng)用》中國水利水電出版社，2001

[2] GB50299一1999地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003

[3] 丁憲良，劉粵編著，《地基與基礎(chǔ)工程施工》，中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2005

[4] 于志成，施文華編著，《深基坑支護設(shè)計與施工》，中國建筑工業(yè)出版社，1997