珠海橫琴梧桐樹大廈袖閥管雙液注漿加固深層砂層防止沖孔樁塌孔的技術(shù)應(yīng)用

梁仟名

摘 要：珠海橫琴新區(qū)梧桐樹大廈礫砂層埋藏較深，厚度較大，含水量豐富，透水性強(qiáng)，塔樓灌注樁開挖后需補(bǔ)樁，在補(bǔ)樁沖孔施工中由于開挖形成較大水頭差，出現(xiàn)連續(xù)涌水、流砂、塌孔等現(xiàn)象。對(duì)成孔失敗的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，經(jīng)論證，選用袖閥管雙液分層注漿法對(duì)樁位及周邊深層礫砂層進(jìn)行加固止水，對(duì)袖閥管雙液注漿施工方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹。經(jīng)加固的礫砂層能滿足沖孔施工要求，流砂、塌孔等現(xiàn)象得到控制，補(bǔ)樁施工得以順利實(shí)施。

關(guān)鍵詞：灌注樁；沖孔；補(bǔ)樁；塌孔；原因分析；袖閥管雙液注漿；加固；深層砂層

1 工程概況

珠海橫琴梧桐樹大廈塔樓為樹形建筑，總高188.8m，四層地下室，±0.000為絕對(duì)標(biāo)高5.4m，樁頂標(biāo)高為-16.2～-21.6m。該項(xiàng)目位于橫琴口岸服務(wù)區(qū)，是服務(wù)區(qū)四項(xiàng)目之一，該區(qū)考慮地下車庫(kù)聯(lián)通，采取共用支護(hù)體系的形式開挖地下室土方，該項(xiàng)目施工進(jìn)度較快，在開挖至-10.5m時(shí)，由于塔樓樹形懸挑鋼結(jié)構(gòu)形式改變，上部荷載增加較大，需在原施工灌注樁外圍進(jìn)行補(bǔ)樁。

補(bǔ)樁初期，同時(shí)進(jìn)行的3個(gè)樁位分別位于塔樓的北、西、南側(cè)，由于深層砂層較厚，沖孔樁成孔過(guò)程中均出現(xiàn)流砂、涌水和塌孔的情況，現(xiàn)場(chǎng)緊急采取回填膨潤(rùn)土、加大泥漿比重等措施均無(wú)法防止塌孔，經(jīng)錘尺丈量，塌孔位置在-35～-45m之間，孔口不斷流出清水，無(wú)法成孔。

2 原因分析

該項(xiàng)目補(bǔ)樁與原施工灌注樁采用同一成孔工藝，口岸服務(wù)區(qū)另一項(xiàng)目也采用沖孔的形式成孔，并未出現(xiàn)連續(xù)塌孔的情況，即便個(gè)別樁有流砂、涌水發(fā)生，通過(guò)加大泥漿比重可避免塌孔?？梢娫擁?xiàng)目補(bǔ)樁沖孔出現(xiàn)異常，并非該成孔工藝不適用與口岸服務(wù)區(qū)地質(zhì)。

地質(zhì)詳勘報(bào)告反映：該項(xiàng)目位于海邊，地下水埋深1.21～2.83m，平均1.93m，水量豐富。地下礫砂層埋深-26.34～-53.64m，滲透系數(shù)K′=11.1×10-2～18.8×10-2cm/s，平均15.0×10-2cm/s，為強(qiáng)透水層，為場(chǎng)地主要含水層。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，口岸服務(wù)區(qū)四項(xiàng)目共用一個(gè)大基坑，為樁錨支護(hù)體系，該項(xiàng)目已開挖至-10.5m，其余三個(gè)項(xiàng)目還處于-0.5m標(biāo)高處施工灌注樁，二者高差達(dá)10m。同時(shí)發(fā)現(xiàn)該大基坑尚有局部止水帷幕未完成施工。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和場(chǎng)地地質(zhì)條件進(jìn)行分析，該項(xiàng)目沖孔過(guò)程中，由于場(chǎng)地存在將近10m水頭差，而場(chǎng)地下方存在厚度較大、透水性強(qiáng)的礫砂層，在強(qiáng)大水頭差的作用下，地下水在礫砂層中極易形成滲流通道，沖孔樁施工穿透砂層時(shí)，地下水極易突破泥漿護(hù)壁，通過(guò)樁孔向地表泄壓，這意味著樁孔為地下水提供了泄壓孔，塌孔是不可避免的。

初期實(shí)施的3個(gè)孔位均在砂層范圍內(nèi)出現(xiàn)流砂、涌水現(xiàn)象，最終因水壓過(guò)大，無(wú)法通過(guò)加大泥漿比重和回填膨潤(rùn)土阻止塌孔。塌孔之后緊急回填土試圖填實(shí)孔內(nèi)空間，事后仍不斷涌出清水。這些現(xiàn)象與上述原因分析極為吻合。

3 加固措施

根據(jù)上述原因分析，加固原理主要是阻止承壓地下水流經(jīng)樁邊砂層，避免流動(dòng)水帶走砂粒，引起塌孔。為了達(dá)到固化砂層和防止產(chǎn)生涌水問(wèn)題，徹底解決流砂塌孔問(wèn)題，經(jīng)多方論證后，項(xiàng)目部決定對(duì)砂層采取袖閥管雙液注漿加固砂層方法進(jìn)行處理。

砂層加固的目的是實(shí)現(xiàn)沖孔樁成孔至澆筑水下混凝土過(guò)程中保持孔體完整，避免塌孔導(dǎo)致成樁失敗。

該項(xiàng)目采用1m直徑?jīng)_孔灌注樁，在樁位及周邊共設(shè)置5根袖閥管進(jìn)行注漿加固，加固范圍為1m直徑的立方體，按袖閥管孔平面布置圖分別進(jìn)行1～5#管注漿施工。每個(gè)樁位按地質(zhì)詳勘報(bào)告估算砂層厚度，加固長(zhǎng)度為礫砂層上下各2m的范圍。

袖閥管注漿液的主要材料為水泥漿和水玻璃，漿液凝結(jié)速度快，初凝時(shí)間短，能起到瞬間加固砂層和防止地下水流動(dòng)帶走漿液，損失凝結(jié)材料的問(wèn)題。漿液通過(guò)高壓注漿方式能以劈裂擠壓形式及時(shí)填充砂層中的空隙，進(jìn)入砂層中的軟弱部位，形成有一定強(qiáng)度的人工加固體，增強(qiáng)砂層的密實(shí)度和壓縮模量，減少加固體的滲透系數(shù)。

4 施工方案

4.1 加固范圍

該項(xiàng)目補(bǔ)樁共37根，每根樁注漿孔布置5個(gè)，加固范圍共計(jì)185個(gè)。

4.2 加固注漿參數(shù)

袖閥管套殼料采用膨潤(rùn)土現(xiàn)場(chǎng)配置，采用42.5普通硅酸鹽水泥和水玻璃混合液，水玻璃模數(shù)為3.0～3.3，水灰比為1：1，水玻璃摻量為3%，注漿壓力控制在1～2MPa。

4.3 工 期

投入3臺(tái)鉆機(jī)施工，每臺(tái)鉆機(jī)每天鉆孔3個(gè)，185個(gè)孔施工時(shí)間為21d。

4.4 勞動(dòng)力配置

投入鉆孔人員9人，注漿人員3人，雜工3人，安全員1人。

4.5 主要機(jī)械配置

采用XY-100型鉆機(jī)3臺(tái)、？準(zhǔn)110mm鉆頭，采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，全孔取芯，鉆進(jìn)長(zhǎng)度至砂層以下2m，同時(shí)做好記錄。注漿泵BW-250型2臺(tái)，漿液攪拌機(jī)2臺(tái)。

4.6 袖閥管施工工藝流程

測(cè)放孔位→鉆機(jī)就位→鉆孔→制備套殼漿→注入套殼料→下袖閥管→制備注漿液→漿液注漿→第一次注水→第二次注漿→第三次注漿→第N次注漿→封孔口。

4.7 施工方法及技術(shù)要求

（1）定位：全站儀測(cè)放樁位的坐標(biāo)點(diǎn)，采用拉線和卷尺量測(cè)的方法定出另外4點(diǎn)坐標(biāo)，用木樁標(biāo)注。

（2）鉆機(jī)就位及鉆孔：鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)就位，應(yīng)使鉆機(jī)底部平整穩(wěn)固，在開鉆前利用吊錘對(duì)鉆頭和鉆孔的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，并在鉆進(jìn)2m時(shí)及以后每加一節(jié)鉆桿均需對(duì)鉆機(jī)調(diào)平校正，要求鉆孔的傾斜度≤1%。施工采用兩序法，地質(zhì)鉆一次造孔泥漿護(hù)壁，灌漿自下而上施灌。鉆機(jī)采用泥漿護(hù)壁造孔，孔深按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

（3）備、置換套殼料：套殼料采用膨潤(rùn)土現(xiàn)場(chǎng)配制。成孔后立即通過(guò)鉆桿將套殼料置換孔內(nèi)泥漿，方法是將通過(guò)循環(huán)泥漿的管接到擠壓式注漿機(jī)上，在注漿壓力的作用下，通過(guò)鉆桿將孔內(nèi)泥漿置換成套殼料。套殼料在壓力的作用下，通過(guò)鉆桿進(jìn)入鉆孔底部，隨著套殼料的進(jìn)入，泥漿從地面孔口置換出來(lái)，置換出來(lái)的泥漿通過(guò)鉆孔口的泥漿溝排到泥漿循環(huán)池。在發(fā)現(xiàn)排出的泥漿中含有套殼料時(shí)，停止置換。

（4）裝袖閥管：在套殼料置換完成后要立即插入袖閥管。袖閥管插入前根據(jù)深度要進(jìn)行連接，在插入時(shí)相鄰兩節(jié)袖閥管用長(zhǎng)度為20cm的套管連接，采用膠合劑將袖閥管和連接套管粘牢。第一節(jié)袖閥管安裝好堵頭，再對(duì)管中注入清水，目的是減小袖閥管的彎曲度。袖閥管每節(jié)連接好后，依次下放到鉆孔中，直到孔底，下放時(shí)盡量保證袖閥管的中心與鉆孔中心重合。根據(jù)注漿要求，在注漿管部位下B型注漿管，非注漿部位下A型管。將注漿管下入注漿管孔中，要確保注漿管下到孔底，上部要高出地面20cm，利用注滿水的注漿管的重力作用，使注漿管不會(huì)浮起，最后在注漿管上部蓋上蓋，以防止雜物進(jìn)入注漿管，影響注漿作業(yè)質(zhì)量。

（5）制漿：等到套殼料具有一定的強(qiáng)度后（時(shí)間不得少于24h），可進(jìn)行注漿施工。制漿材料采用42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為1：1，水玻璃摻量為3%。

（6）注漿：注漿應(yīng)先按1～5的序號(hào)分別進(jìn)行，4～5#適當(dāng)提高注漿壓力，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的加固目的。注漿過(guò)程中主要通過(guò)聽聲音、看壓力、看注漿量（由前面灌漿現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)取得參考數(shù)據(jù)）來(lái)判斷注漿的實(shí)施效果。注漿中應(yīng)密切注意注漿壓力的變化。每段注漿時(shí)，壓力表應(yīng)出現(xiàn)兩次峰值，在注漿剛開始，出現(xiàn)第一次峰值，持續(xù)的時(shí)間很短；隨后壓力逐漸下降在一定范圍內(nèi)相對(duì)平穩(wěn)，持續(xù)時(shí)間在一分鐘左右，壓力表出現(xiàn)第二次峰值，當(dāng)出現(xiàn)第二次峰值后，將注漿內(nèi)管上提進(jìn)行下一段注漿。壓力表出現(xiàn)第一次峰值是由于套殼料引起的，當(dāng)套殼料被擠碎，這個(gè)峰值很快下降；隨著漿液的注入，砂層中間的空隙被填充，注漿壓力也逐漸增大，達(dá)到第二次峰值。

（7）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：保持注漿壓力（1.0～2.0MPa）下，注入量<1～2L/min，并穩(wěn)壓20min，即可結(jié)束注漿。在注漿過(guò)程中，應(yīng)觀察相鄰注漿孔的返水、排水、冒漿情況，若周圍有漿液冒出，說(shuō)明注漿效果好。做注漿記錄，包括注漿壓力、注漿量、水泥用量等。

（8）封孔：在壓密注漿結(jié)束后，采用悶蓋將孔口封閉并保護(hù)好，以便重復(fù)使用。

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)注漿加固的砂層能滿足沖孔施工要求，補(bǔ)樁施工不再出現(xiàn)砂層坍塌現(xiàn)象，透水現(xiàn)象基本得到控制，不再出現(xiàn)涌水。采用袖閥管雙液注漿定位準(zhǔn)確、瞬時(shí)能起到強(qiáng)化和加固作用，比單液注漿更能控制砂層穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)深層砂層加固處理后，沖孔樁施工不再出現(xiàn)涌水、塌孔現(xiàn)象，補(bǔ)樁得以順利實(shí)施。