淺談雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管法在深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

王啟輝

【摘要】通過雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的工程實(shí)例，介紹了雙重管高壓旋噴樁施工方法、機(jī)械設(shè)備選型、施工工藝、施工技術(shù)參數(shù)的確定及施工質(zhì)量控制等方法，驗(yàn)證了雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管法在深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工中的良好效果。

【關(guān)鍵詞】雙重管；高壓旋噴樁；內(nèi)插鋼管；深基坑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；施工

引言：隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地鐵施工已成為其中的重要板塊，在城市建構(gòu)筑物、地下管線高度密集、交通干道繁忙的前提下，對于城市地鐵的施工要求越來越高。在常用的地鐵深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法中，地下連續(xù)墻、灌注樁、鋼板樁等施工方法采用的大型施工機(jī)械設(shè)備對施工場地的平面和空間有較高的要求；一但地鐵深基坑受到城市建構(gòu)筑物平面和空間限制時(shí)，大型施工機(jī)械設(shè)備就發(fā)揮不出其優(yōu)勢，而采用雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管的施工方法既靈活，又能保證基坑施工的安全和質(zhì)量。本文介紹了高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管圍護(hù)結(jié)構(gòu)在廣州市軌道交通三號線天河客運(yùn)站Ⅲ號通道深基坑中的應(yīng)用，作為受場地條件及建（構(gòu)）物凈空限制，且地質(zhì)復(fù)雜的深基坑工程，為以后本地區(qū)類似工程的施工提供了一些參考經(jīng)驗(yàn)。

1、工程簡介

1.1工程概況

廣州市軌道交通三號線天河客運(yùn)站Ⅲ號通道位于三號線天河客運(yùn)站中部東側(cè)，下穿華南路E匝道橋，橫穿廣汕公路，伸至廣汕公路與長興路路口停車場。地面為主要交通干道，交通十分繁忙，車流量極大。三號線天河客運(yùn)站Ⅲ號通道總長度117.9m，為地下一層框架結(jié)構(gòu)，采用明挖順作法施工。其中，Ⅲ號通道下穿華南快速路E匝道橋橋下部分長4.6m，橋下凈空在1.98～2.34m之間，基坑邊距E匝道橋0#橋臺錐坡底3.65m，距1#橋墩7.6m，墩、臺基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁。通道結(jié)構(gòu)頂板埋深約3.7m，結(jié)構(gòu)寬6米，高4.9m，結(jié)構(gòu)厚度為0.5m，橋下基坑平面布置圖如下：

Ⅲ號通道平面示意圖

1.2工程地質(zhì)

本工程結(jié)構(gòu)頂板位于<4-1>沖積-洪積土層，底板位于<5H-1>花崗巖殘積土層，其余部分（側(cè)墻）位于<3-2>沖積、洪積砂層。花崗巖殘積土為砂質(zhì)粘性土及礫質(zhì)粘性土，土質(zhì)的均勻性較差，砂層密實(shí)度較差，富水性較強(qiáng)，穩(wěn)定性差，尤其在地下水作用下極易坍落，具體地質(zhì)情況及地層物理力學(xué)參數(shù)如下：

Ⅲ號通道地質(zhì)剖面圖

地層物理力學(xué)參數(shù)表

巖土名稱 巖土分層 天然密度 天然含水量 孔隙比 剪切試驗(yàn) 滲透系數(shù)

天然快剪 固結(jié)快剪

粘聚力 內(nèi)摩擦角 粘聚力 內(nèi)摩擦角

ρ w e c φ c φ k

（g/cm3） （%） （kpa） （°） （kpa） （°） （m/d）

人工填土層 <1> 1.890 —— —— —— —— —— —— 0.500

沖積～洪積砂層 <3-2> 1.900 —— —— —— 30.000 —— —— 10.000

沖積～洪積土層 <4-1> 1.930 25.700 0.762 21.200 19.900 25.800 22.700 0.020

河湖相沉積土層 <4-2> 1.730 50.400 1.352 7.100 6.000 8.200 6.500 0.005

可塑狀花崗巖殘積土層 <5-1> 1.840 27.100 0.853 20.500 23.500 27.000 25.000 1.500

硬塑～堅(jiān)硬花崗巖殘積土層 <5-2> 1.870 24.400 0.800 26.400 25.600 29.000 27.500 1.500

1.3水文地質(zhì)

本工程地下水水位埋藏變化較大，初見水位埋深為1.1～3.1m，標(biāo)高為20.44～22.84m。穩(wěn)定水位埋深1.2～3.1m，標(biāo)高為20.77～22.54m。地下水位的變化與地下水的賦存、補(bǔ)給及排泄關(guān)系密切，每年5～10月大氣降雨充沛，水位會明顯上升，而在冬季因降水減少，地下水位隨之下降。

2、施工方法的確定

天河客運(yùn)站Ⅲ號通道下穿華南快速路E匝道橋下凈空在1.98～2.34m之間，基坑邊距E匝道橋0#橋臺錐坡底3.65m，距1#橋墩7.6m，場地內(nèi)地下管線較為復(fù)雜，若采用地下連續(xù)墻、灌注樁及鋼板樁等常規(guī)施工方法，成槽機(jī)、沖擊鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)及打樁機(jī)等施工設(shè)備因受場地小和華南快速路E匝道橋下凈空不足而無法展開施工。又由于本工程工期較緊，經(jīng)過與業(yè)主、設(shè)計(jì)等相關(guān)單位協(xié)商溝通，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算分析，采用雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管法施工是可行的，具體的施工方法為：E匝道橋外基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800鉆孔灌注樁加混凝土支撐組合形式的方法進(jìn)行施工，E匝道橋下基坑圍護(hù)采用4排φ800雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插φ89（t=4.5mm）鋼管圍護(hù)加Ⅰ45a工字鋼支撐組合形式的方法進(jìn)行施工。為保證旋噴機(jī)有工作空間，在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，先將下穿橋下通道范圍內(nèi)的地面向下降2m，采用土釘錨固邊坡，再進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

3、機(jī)械設(shè)備選型

由于天河客運(yùn)站Ⅲ號通道下穿華南快速路E匝道橋橋下通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管的施工方法，在地面標(biāo)高降低2m后，結(jié)合在廣州地鐵以往的施工經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備情況調(diào)查，本工程采用的施工設(shè)備情況如下表：

主要施工設(shè)備表

序號 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 單位 備注

1 地質(zhì)鉆機(jī) GY-1A 1臺

2 旋噴鉆機(jī) GX-1 1臺

3 旋噴高壓泵 XPB-90D 1臺

4 高壓清水泵 3XB 1臺

5 水泥漿攪拌器 ― 1臺

6 高壓膠管 JB.B 35m

7 空壓機(jī) W-3.5/5-J型 1臺

4、施工工藝

雙重管高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設(shè)計(jì)高程，將預(yù)先配制好的漿液通過注漿輸送管與空壓機(jī)風(fēng)管輸出的壓縮空氣在噴嘴處混合，從噴嘴中高速噴射出來，直接破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌?，在土中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體，從而使地基達(dá)到加固。

4.1 施工工藝流程

（1）雙重管高壓旋噴樁施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→測量定位→鉆機(jī)就位→鉆孔、插管（制備水泥漿）→噴射注漿→成樁→樁機(jī)移位。

（2）無縫鋼管施工工藝流程：鉆孔定位→鉆機(jī)就位→鉆孔及跟管→清孔→注漿→二次注漿→養(yǎng)護(hù)。

4.2施工控制要點(diǎn)

（1）測量定位：根據(jù)施工平面布置圖，采用全站儀測出雙重管高壓旋噴樁及無縫鋼管鉆孔中心位置和標(biāo)高。

（2）鉆機(jī)就位：將鉆機(jī)安置在現(xiàn)場精確測設(shè)的孔位上，使鉆頭對準(zhǔn)孔位中心。鉆機(jī)安裝定位應(yīng)準(zhǔn)確、水平、穩(wěn)固。鉆機(jī)就位后作水平校正，使其鉆桿軸線垂直對準(zhǔn)鉆孔中心位置，鉆桿垂直度應(yīng)<1%。就位后，進(jìn)行低壓（0.5Mpa）射水試驗(yàn)，檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

（3）鉆孔、插管：采用雙重管旋噴樁注漿管進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆孔和插管兩道工序可以合二為一。開鉆前，根據(jù)設(shè)計(jì)樁長選用鉆桿，并逐一丈量鉆桿，計(jì)算鉆具總長，鉆具總長減去設(shè)計(jì)樁長即為機(jī)上余尺，利用機(jī)上余尺控制成孔深度，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鉆孔位置與設(shè)計(jì)孔位偏差不得大于50mm。樁機(jī)移位時(shí)，即開始按試驗(yàn)最終確定的水灰比制備水泥漿。

（4）噴射注漿：注漿過程應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)最終確定的施工技術(shù)參數(shù)，控制好注漿壓力和提升速度，并做好施工記錄。

（5）樁機(jī)移位：施工完成后，應(yīng)沖洗干凈注漿管等機(jī)具設(shè)備，再將鉆機(jī)等設(shè)機(jī)具備移至新孔位。

（6）雙重管高壓旋噴樁的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)后，采用地質(zhì)鉆機(jī)在每根高壓旋噴樁中心取芯成孔，終孔、清孔合格后下φ89的無縫鋼管，采取試驗(yàn)確定的水灰比進(jìn)行鋼管內(nèi)注漿。

5、樁位布置與施工技術(shù)參數(shù)的確定

（1）樁位布置

天河客運(yùn)站Ⅲ通道底板位于<5H-1>花崗巖殘積土層中，為砂質(zhì)粘性土及礫石粘性土，土質(zhì)的均勻性較差，砂層密實(shí)度較差，富水性較強(qiáng)，穩(wěn)定性差，尤其在地下水作用下極易坍落，為滿足基坑開挖變形控制要求，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，下穿華南快速路E匝道橋下段通道基坑圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)樁位布置為：基坑底采用φ500mm單重管旋噴樁加固，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用4排φ800mm雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插φ89（t=4.5mm）鋼管圍護(hù)，具體的樁位平面布置如下：

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁位平面示意圖

（2）施工技術(shù)參數(shù)的確定

根據(jù)規(guī)范，結(jié)合在廣州市軌道交通線的施工經(jīng)驗(yàn)，為防止地下水上浮和基底隆起，可利用雙重管高壓旋噴樁施做圍護(hù)結(jié)構(gòu)和單重管旋噴樁加固基底是有效、可靠的方法。若要確定合理、經(jīng)濟(jì)的施工參數(shù)，在雙重管高壓旋噴樁施工前，先在施工場地外施做3組試驗(yàn)樁，以確定最佳的施工技術(shù)參數(shù)，經(jīng)試樁，工藝參數(shù)結(jié)果如下表：

試驗(yàn)樁施工技術(shù)參數(shù)對照表

樁號 設(shè)計(jì)樁徑 注漿壓力 提升速度 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 水泥漿液水灰比 水泥用量 注漿流量 空氣流量

mm Mpa mm/min r/min kg/m L/min m3/min

試驗(yàn)樁1 800 24 180 12 1.1 350 50 1.2

試驗(yàn)樁2 800 26 150 15 1.2 450 60 1.5

試驗(yàn)樁3 800 28 120 18 1.2 500 70 1.8

對3組試驗(yàn)樁采取淺層開挖檢查和靜載荷試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行檢測。試驗(yàn)結(jié)果說明，復(fù)合地基承載力特征值fak≥150Kpa，雙重管高壓旋噴樁28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu>3Mpa，均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。最終確定的施工技術(shù)參數(shù)如下：

注漿壓力26Mpa，提升速度150mm，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速15r/min，水泥漿液水灰比1.2；

水泥用量450kg/m，注漿流量60L/min，空氣流量1.5m3/min，水泥P.O.42.5級。

6、施工質(zhì)量控制

（1）旋噴樁、無縫鋼管等施工材料進(jìn)場前應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可使用。

（2）測量定位準(zhǔn)確，鉆桿垂直，搭接合規(guī)，樁心偏差控制在50mm以內(nèi)，垂直度偏差小于192mm。

（3）根據(jù)試驗(yàn)施工技術(shù)參數(shù)施工，嚴(yán)控施工流程，確保旋噴樁的質(zhì)量。特別是在注漿提升過程中應(yīng)保持鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升連續(xù)不斷，拆卸鉆桿繼續(xù)旋噴時(shí)，其搭接長度不小于100mm。

（4）對旋噴樁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，現(xiàn)場取樣，確定單樁承載力，檢驗(yàn)單軸抗壓強(qiáng)度。

（5）無縫鋼管兩端應(yīng)加工15cm長的絲扣，在鋼管上每隔10cm加工φ10mm的泄?jié){孔，成梅花型布置。受現(xiàn)場條件影響，每根無縫鋼管長度分別為3m和4.5m，為了使相鄰兩樁在同一垂直面上的接頭不超過總管數(shù)的50%，3.5m和4.5m管要錯(cuò)開布置。

（6）無縫鋼管安裝應(yīng)嚴(yán)格按工程工藝流程進(jìn)行，安裝質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（7）注漿前先沖洗無縫鋼管內(nèi)雜物，再將注漿管插入孔底，采用水灰比1.2水泥漿由下往上順序注漿，直至水泥漿從無縫鋼管頂口流出濃漿為止。

7、施工效果

為確定雙重管高壓旋噴樁復(fù)合地基圍護(hù)結(jié)構(gòu)的加固效果，選取了3組芯樣（直徑4cm，高度8cm）采用應(yīng)變式無側(cè)限壓縮儀試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)，雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管圍護(hù)結(jié)構(gòu)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最小值為4.07Mpa，大于設(shè)計(jì)值3Mpa，滿足設(shè)計(jì)要求?；娱_挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體無滲漏水，第三方監(jiān)測單位監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：基坑四周地面累計(jì)沉降量為2.2mm，華南快速路E匝道橋墩臺累計(jì)沉降量為2.8mm，橋下明挖段基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形值為-17.8mm，均小于報(bào)警值 24mm和控制值30mm，說明基坑安全、穩(wěn)定。

8、結(jié)語

①通過對廣州市軌道交通三號線天河客運(yùn)站Ⅲ號通道采用雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插φ89（t=4.5mm）鋼管圍護(hù)結(jié)構(gòu)加固的工程實(shí)例，表明地鐵深基坑在受場地平面及城市建（構(gòu)）筑物凈空限制，無法采用剛度、強(qiáng)度較大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)措施情形下，采用雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管圍護(hù)結(jié)構(gòu)在地鐵深基坑施工中是可行的，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有較好的安全性、穩(wěn)定性和止水性。②該工程實(shí)例也表明在地下含水量豐富的砂層、沖-洪積土層、河湖相沉積土層、殘積土層以及風(fēng)化巖層的城市深基坑施工中，采用雙重管高壓旋噴樁加固地基是一種較好的方法，并且加固效果明顯，質(zhì)量良好。③保證高壓旋噴樁加固地基的關(guān)鍵是根據(jù)工藝性試驗(yàn)選取合理的設(shè)備和施工技術(shù)參數(shù)。④本文為城市深基坑在受場地面積及建（構(gòu)）筑物凈空限制時(shí)，不能采用常規(guī)施工方法，而采用雙重管高壓旋噴樁內(nèi)插鋼管圍護(hù)的類似工程提供了一些經(jīng)驗(yàn)參考。

參考文獻(xiàn)：

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