雙高壓旋噴樁在超深地下連續(xù)墻接縫止水加固中的運(yùn)用研究

殷湘艦 周意紅

(1:天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司,天津 300051; 2:中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所,天津 300308)

0 引言

高壓旋噴樁是20世紀(jì)70年代從日本引進(jìn)的一種加固土體的應(yīng)用技術(shù),是化學(xué)注漿技術(shù)結(jié)合高壓射流切劃技術(shù)發(fā)展起來的.目前,在國(guó)內(nèi)深基坑土體加固工程中有一定的運(yùn)用,但相關(guān)的成熟理論計(jì)算與施工經(jīng)驗(yàn)不多[1-3],特別是在含有承壓水中的粉土、粉砂層中運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)更少.本文以天津某地鐵車站基坑地下連續(xù)墻接縫土體加固為例,提出了三重管雙高壓旋噴樁施工參數(shù)和管控要點(diǎn),以期指導(dǎo)工程實(shí)踐.

1 引用工程實(shí)例簡(jiǎn)介

1.1 工程概況及地質(zhì)情況

天津地鐵某車站為換乘車站,主體采用蓋挖逆作法施工,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1 000mm的鋼筋混凝土連續(xù)墻,連續(xù)墻接頭型式為十字鋼板,地連墻盾構(gòu)井段設(shè)計(jì)深度約43m,基坑開挖深度約24m,寬約26m.

本場(chǎng)地地層有第四系全新統(tǒng)人工填土層(Qml)、第Ⅰ陸相層(Q43al)、第Ⅰ海相層(Q42m)、第Ⅱ陸相層(Q41al+h)及第Ⅲ陸相層(Q3eal),巖性主要為粘性土、粉土及粉砂.車站主體結(jié)構(gòu)基底主要位于⑦1粉質(zhì)粘土、⑦2粉土、⑦4粉砂層上.本場(chǎng)地內(nèi)表層地下水類型為第四系孔隙潛水,勘測(cè)期間水位埋深1.2m～3.0m.微承壓水以第Ⅱ陸相層⑤1粉質(zhì)粘土、⑥1粉質(zhì)粘土為隔水頂板.淺層微承壓水主要賦存于⑥2粉土(0.5m/d)、⑥4粉砂(2.0m/d)、⑦2粉土(1.0m/d)、⑦4粉砂(2.0m/d)、⑨2粉土、⑨4、⑨9粉砂層中,微承壓水穩(wěn)定水位埋深約為2.58m～2.80m.此次加雙高壓加固穿透的土體主要為粉質(zhì)粘土、粉土,粉砂(見圖1).

1.2 雙高壓旋噴樁設(shè)計(jì)

因基坑大多在城市主干道下,周邊最近建筑物離主體基坑11.5m,加之運(yùn)營(yíng)既有線,風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別高,結(jié)合地連墻詳細(xì)施工記錄及“降水試驗(yàn)及降水運(yùn)行情況”,確定本車站繼續(xù)開挖后地連墻接縫處可能出現(xiàn)滲漏風(fēng)險(xiǎn).為確保基坑開挖安全,特在其接縫處外側(cè)增設(shè)3根Φ1 000@500雙高壓旋噴樁，呈“品”字形布置,采用三重管雙高壓旋噴法施工,要求樁體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.5MPa,加固深度如圖1所示.

圖1 三重管雙高壓旋噴樁加固深度示意圖

2 雙高壓旋噴樁工藝原理及流程

雙高壓旋噴注漿的基本工藝原理(見圖2)是將包裹壓縮空氣的高壓水流和包裹壓縮空氣的高壓水泥漿流分別通過噴射器上、下部的噴嘴噴出,上部的高壓水噴射流先對(duì)土體進(jìn)行一次切割破碎,以下部的高壓水泥漿噴射流再對(duì)土體進(jìn)行二次擴(kuò)大切割破碎,而且水、氣同時(shí)作用于土體,增強(qiáng)了破壞土體的能力,之后水泥漿與土體攪拌混合形成止水加固樁體,止水加固效果較好.工藝流程見圖3.

圖2 三重管雙高壓旋噴樁示意圖

圖3 工藝流程

3 工程機(jī)械及施工參數(shù)確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需要,確定設(shè)備的型號(hào)、種類及數(shù)量如表1所示.

表1 機(jī)械設(shè)備及材料配置

經(jīng)過查閱規(guī)范與相關(guān)文獻(xiàn)后[4-7],結(jié)合本工程特點(diǎn),經(jīng)試驗(yàn)確定本工程的施工參數(shù)如表2所示.

表2 施工參數(shù)

4 施工管控要點(diǎn)

4.1 成孔順序

為防止旋噴時(shí)漿液串孔,保證旋噴樁水泥漿有一定凝結(jié)時(shí)間及施工連續(xù)性,鉆孔通常采取間隔跳槽施工.

4.2 引孔垂直度控制

引孔垂直度直接關(guān)系到雙高壓樁體咬合尺寸及整體止水效果,是雙高壓施工管控的重點(diǎn)工作,在本工程中,主要采用以下措施保證成孔垂直度.

(1) 通過平整基層和調(diào)整鉆機(jī),來確保引孔鉆機(jī)鉆頭的垂直度;

(2) 在引孔過程中,每換一節(jié)桿測(cè)一次垂直度,通過采用水平靠尺及線錘測(cè)方法,來校核鉆桿的垂直度并適時(shí)進(jìn)行調(diào)整;

(3) 引孔完成后埋入測(cè)斜管,通過測(cè)斜儀來檢測(cè)引孔垂直,對(duì)于垂直度偏差較大的孔,進(jìn)行重新套孔或引孔,引孔完成后用遮擋物將孔口蓋住,避免雜物落入孔中.

4.3 水泥漿制備

(1) 漿液用量可根據(jù)下式確定:

Q=qt(1+β)

式中,q為單位時(shí)間的噴射量,本例中為70L/min；t為每根樁的噴射時(shí)間;β為損失系數(shù),β=0.1～0.2

每延米噴射時(shí)間:

t=L/V=100/(6～10)=16.7～10(min)

每延米水泥漿液用量:

Q=70×(10～16.7)×(1.1～1.2)=770～1 402.8(L)

水泥漿液密度:ρ為1.512kg/ L,則每延米水泥漿液重量:

M1=Q×ρ=770～1 402.8×1.512=1 058.4～2 121(kg)

根據(jù)水灰比1∶1得知,每延米水泥重量:

M2=M1/2=529.2～1060.5(kg)

(2) 先加水后加水泥,水泥漿的攪拌時(shí)間不少于180s;

(3) 純水泥漿的攪拌存放時(shí)間自制備至用完的時(shí)間應(yīng)少于2.5h,漿液在灰漿拌和機(jī)中要不斷攪拌,直到噴漿前;

(4) 漿液應(yīng)在過篩后使用,并定時(shí)檢測(cè)其密度.

4.4 旋噴注漿施工控制要點(diǎn)

(1) 當(dāng)噴射注漿管插入預(yù)定深度后,先送高壓漿液,再送高壓水和壓縮空氣.在一般情況下,壓縮空氣可晚送30s,壓力要緩慢往上加到設(shè)計(jì)值,觀察機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況和地面返漿情況,如有異常,應(yīng)立即停止施工、泄壓,解決問題;

(2) 在樁底部邊旋轉(zhuǎn)邊噴射1min后,再開始由下而上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴射注漿,注意記錄時(shí)間,同時(shí)實(shí)測(cè)提升速度,看是否在設(shè)計(jì)范圍內(nèi).粉土、粉砂層提升速度控制為6cm/min,粉質(zhì)粘土層8cm/min～10cm/min;

(3) 由于機(jī)械故障、停電等情況造成旋噴停止的,在續(xù)噴時(shí)一定要進(jìn)行復(fù)噴,復(fù)噴長(zhǎng)度為不小于50cm,并在施工記錄上記錄詳實(shí);

(4) 噴射過程中拆卸噴射管時(shí),應(yīng)進(jìn)行下落搭接復(fù)噴,搭接長(zhǎng)度不小于0.2m,噴射過程中因故中斷后,恢復(fù)噴射時(shí),應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴,搭接長(zhǎng)度不小于0.5m；中斷超過漿液初凝時(shí)間,應(yīng)進(jìn)行掃孔,恢復(fù)噴射時(shí),復(fù)噴搭接長(zhǎng)度不小于1m;

(5) 噴射過程中孔內(nèi)漏漿,停止提升,直至不漏漿為止,再繼續(xù)提升;

(6) 噴射過程中要記錄每個(gè)高壓噴射注漿孔施工時(shí)間全過程.

4.5 泥漿排泄

雙高壓旋噴樁產(chǎn)生大量廢棄的泥漿和水泥漿混合物,由于是成流體狀態(tài),可在囤土場(chǎng)附近修建一個(gè)臨時(shí)泥漿池,泥漿池容量能夠滿足2～3根樁容量即可,將產(chǎn)生的漿液抽送至泥漿池.如現(xiàn)場(chǎng)沒有砌筑泥漿池的場(chǎng)地,可以直接接管排入泥漿罐車.

4.6 充填回灌

每一孔的高壓噴射注漿完成后,孔內(nèi)的水泥漿很快會(huì)產(chǎn)生析水沉淀,應(yīng)及時(shí)向孔內(nèi)充填灌漿直到飽滿,孔口漿面不再下沉為止.終噴后,充填灌漿是一項(xiàng)非常重要的工作,回灌的好與差將直接影響工程的質(zhì)量,必須做好充填回灌工作.

(1) 將輸漿管插入孔內(nèi)漿面以下2m,輸入注漿時(shí)用的漿液進(jìn)行充填灌漿;

(2) 充填灌漿需多次反復(fù)進(jìn)行,回灌標(biāo)準(zhǔn)是:直到飽滿,孔口漿面不再下沉為止;

(3) 應(yīng)記錄回灌時(shí)間、次數(shù)、灌漿量、水泥用量和回灌質(zhì)量.

4.7 樁體質(zhì)量控制

查閱相關(guān)規(guī)范與文獻(xiàn)后,確定三重管雙高壓旋噴樁質(zhì)量控制允許偏差范圍如表3所示.

表3 質(zhì)量控制允許偏差范圍

5 結(jié)語

經(jīng)過在多個(gè)旋噴樁咬合部位鉆孔取芯,芯塊完整且強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求,再結(jié)合降水試驗(yàn)數(shù)據(jù),抽水量與設(shè)計(jì)給出的計(jì)算量基本吻合,基坑在探坑及開挖過程中,地鐵接縫處無明顯滲水現(xiàn)象,達(dá)到了止水加固的目的.總之,通過本例雙高壓旋噴樁在超深地連墻接縫加固止水工程中的運(yùn)用與研究,得到了一些有益的施工方法和經(jīng)驗(yàn).

(1) 方案確定后,應(yīng)結(jié)合工程情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、試驗(yàn)性施工或根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定施工參數(shù)及工藝；

(2) 加強(qiáng)施工過程控制,嚴(yán)格執(zhí)行施工確定的水灰比、提升速度、旋噴壓力等技術(shù)參數(shù),施工過程中安排專人全程盯控,并認(rèn)真做好各項(xiàng)記錄；

(3) 引孔垂直度直接關(guān)系到樁體咬合尺寸及整體止水效果,要做為施工質(zhì)量管理的重點(diǎn)工作,可從基底找平處理、機(jī)械選型、引孔單桿垂直檢測(cè)等方面進(jìn)行控制；

(4) 結(jié)合本例的地質(zhì)水文特性,只要嚴(yán)格控制施工工藝流程,特別是提桿速度、水壓及漿壓,在含承壓水的粉土、粉砂層中的成樁質(zhì)量還是可以保證的；

(5) 旋噴完成后,必須進(jìn)行充填灌漿,回灌的好與差將直接影響工程的質(zhì)量；

(6) 雙高壓旋噴樁的最大有效加固深度、土層適應(yīng)性、引孔垂直度控制與檢測(cè)等方面還需要進(jìn)一步研究與分析.

參 考 文 獻(xiàn)

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