高壓旋噴加灌注樁在卵礫石地層基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

胡勝華，譚 靖，劉寶斌

（1.湖北鄂西地質(zhì)基礎(chǔ)工程有限公司，湖北宜昌443100；2.武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北武漢430205）

高壓旋噴加灌注樁在卵礫石地層基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

胡勝華*1，譚 靖2，劉寶斌1

（1.湖北鄂西地質(zhì)基礎(chǔ)工程有限公司，湖北宜昌443100；2.武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北武漢430205）

結(jié)合宜昌當(dāng)陽(yáng)東城明珠小區(qū)基坑支護(hù)工程實(shí)踐，敘述了高壓旋噴加灌注樁技術(shù)，在卵礫石地層基坑支護(hù)工程中形成防滲帷幕的應(yīng)用，闡明了高壓旋噴樁的加固成樁機(jī)理、工藝流程、技術(shù)參數(shù)、主要工序的施工質(zhì)量控制方法、效果分析以及高壓旋噴樁的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用前景等。

高壓旋噴；灌注樁；基坑支護(hù)；防滲帷幕；加固機(jī)理；施工技術(shù)

1 工程概況

湖北當(dāng)陽(yáng)市東城小區(qū)基坑支護(hù)工程為一層地下室基坑（主樓高17層），建筑物設(shè)計(jì)室內(nèi)±0.00相當(dāng)于黃海高程63.10m，基坑面積約13869.5m2，設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高57.60m，坑頂高程約60.7～62.0m，坑深3.1～4.9m，基坑工程重要性等級(jí)為二級(jí)。本基坑支護(hù)防滲帷幕采用高壓旋噴加灌注樁（6～7層既有建筑物附近）輔以土釘錨噴護(hù)坡（面），由湖北鄂西地質(zhì)基礎(chǔ)工程有限公司承擔(dān)工程施工。

2 地質(zhì)情況

2.1 工程地質(zhì)

場(chǎng)區(qū)北、東緊臨當(dāng)陽(yáng)市主要水源渠道——百里長(zhǎng)渠，周圍建筑物密集，多為4～7層，既有建筑物與支護(hù)結(jié)構(gòu)最近約5m。確保鄰近既有建筑物安全和基坑止水帷幕的止水效果是重點(diǎn)和難點(diǎn)。場(chǎng)區(qū)地勢(shì)較平，屬一級(jí)階地地貌單元，地層成因類型為：上部第四系覆蓋層為沖、洪積成因，下臥基巖為泥巖，屬海相碎屑沉積成因。該建筑場(chǎng)地內(nèi)的地基土自上而下為①雜填土、②卵礫石、③泥巖。

（1）雜填土：場(chǎng)區(qū)均有分布，雜色，以粘性土、粉土為主，含量70%以上，夾少量碎石、磚渣，堆積時(shí)間超過(guò)5年，密實(shí)度較差。本層厚為1.00～3.50m。

（2）卵礫石：雜色，松散，卵石含量40%，粒徑20～60mm，圓礫含量25%，粒徑5～20mm，主要成分為石英石巖、燧石等，充填粉細(xì)砂。本層厚度為6.7～12.0m。

（3）泥巖：灰白色，巖芯呈短柱狀、長(zhǎng)柱狀，巖石極軟，巖體較破碎—較完整，RQD65%～80%，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅴ級(jí)。該層為良好的持力層。

2.2 水文地質(zhì)

場(chǎng)區(qū)地下水賦存于卵礫石層中的孔隙潛水，受大氣環(huán)境影響不大，其補(bǔ)給源主要為附近河水，水位與河水同步。根據(jù)場(chǎng)地地層的巖土性質(zhì)，第①層雜填土為弱透水層,第②層卵礫石為強(qiáng)透水層，第③層泥巖為微透水層，屬相對(duì)隔水層。

3 高壓旋噴加固成樁機(jī)理

高壓旋噴注漿法是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)地層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水（空氣）成為20～40MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來(lái)，沖切、擾動(dòng)、破壞土體，同時(shí)鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒（卵礫石）強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，形成一個(gè)圓柱狀固結(jié)體（即旋噴樁），以達(dá)到加固地基或止水防滲的目的[1]。

三管法旋噴是一種水、氣噴射、漿液灌注攪拌混合的方法，即用3層噴射管使高壓水和空氣同時(shí)橫向噴射并切割土體，借助空氣上升力把被破碎的部分土體排出地表，與此同時(shí)，噴漿嘴將低壓水泥漿噴射注入到被切割、攪拌的地基中，隨著鉆桿（噴嘴）作旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動(dòng)，使水泥漿與土體（卵礫石）混合、凝固，達(dá)到加固目的，形成較大的固結(jié)體，加固直徑可達(dá)800～2000mm。噴射注漿法的加固半徑和很多因素有關(guān)，其中包括噴射壓力、提升速度、被加固土體的抗剪強(qiáng)度、噴嘴直徑和漿液稠度等[2]。高壓噴射流在切割破碎土體過(guò)程中，在邊緣的剩余壓力對(duì)土層還有一定的壓密效果，固結(jié)體相互咬合，樁端進(jìn)入基巖，形成止水帷幕。

4 支護(hù)工程設(shè)計(jì)

（1）采用旋噴套接的封閉式高噴墻作為基坑支護(hù)止水帷幕。高壓旋噴樁設(shè)計(jì)直徑800mm，底部進(jìn)入泥巖1.0m，相鄰兩樁中心間距700mm，相互咬合100mm，采用三管法施工，需先用工程地質(zhì)鉆機(jī)施打110～130mm的先導(dǎo)孔。在G—H段采用3排高壓旋噴樁加固，即坑內(nèi)側(cè)一排進(jìn)入基巖，相鄰兩排樁深5m，形成寬度2m的加固區(qū)，在D—E段（4層既有建筑物附近），采用2排進(jìn)入泥巖的高壓旋噴樁加固，兩排樁相互咬合100mm。

（2）灌注樁布置在既有建筑物附近B—C段，樁直徑600mm，底部進(jìn)入泥巖1.0m，相鄰兩樁中心間距1200mm，樁外側(cè)用高壓旋噴樁止水。支護(hù)結(jié)構(gòu)與既有建筑物之間采用花管注漿，注漿花管用?48mm鋼管制作，長(zhǎng)5m，間距1000mm，注入M20水泥砂漿。灌注樁頂用冠梁連接，冠梁寬700mm，高600mm，C30混凝土，其頂面高程比自然地面稍低。

（3）樁前余土頂部平齊既有建筑物基礎(chǔ)，頂寬3m，坡比1∶1，采用土釘掛網(wǎng)噴砂漿護(hù)坡（面）。土釘花管外徑?48mm，長(zhǎng)1.0m，間距1000mm×1000mm，布設(shè)眼孔，打（振）入坡面，注M20水泥砂漿，坡面掛16#鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸100mm×100mm，噴射M20水泥砂漿，厚度50mm。噴射砂漿護(hù)面層預(yù)留泄水孔，?50mmPVC泄水管，長(zhǎng)300mm，間距1500mm×1500mm，梅花布置。

（4）在坡頂四周設(shè)置截水溝，坑底四周設(shè)置排水盲溝和集水井，用潛水泵將坑底的水排出坑外。

5 主要施工工藝及控制措施

5.1 高壓旋噴施工工藝

（1）高壓旋噴施工工藝流程如下：準(zhǔn)備工作—引孔鉆機(jī)就位—鉆進(jìn)成孔—制漿—過(guò)濾—插管—試噴—加壓噴射、成樁—廢漿處理—拔管、設(shè)備清洗—移位。

（2）高壓旋噴施工要點(diǎn)：

①主要設(shè)備選擇如表1所示。

表1 主要設(shè)備選擇表

②按規(guī)劃紅線和建筑物設(shè)計(jì)軸線、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)圖等測(cè)放支護(hù)結(jié)構(gòu)軸線、鉆孔位置，用工程地質(zhì)鉆機(jī)施工引孔，引孔直徑?110mm～?130mm，深度以進(jìn)入持力層（泥巖）1.0m控制。原則上采用清水鉆進(jìn)，若出現(xiàn)垮孔，采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土作為制漿的主要材料，施工時(shí)，分別建立鉆進(jìn)泥漿系統(tǒng)與高壓旋噴水泥漿系統(tǒng)，防止串漿、混漿。

③水泥漿液制備：選用32.5的復(fù)合硅酸鹽水泥，漿液水灰比（1∶1）～（1∶1.5），攪拌水泥漿時(shí)，先往攪拌桶中加水，然后加水泥，每次攪拌時(shí)間不少于2min，攪拌好的水泥漿過(guò)濾后放入集料箱中，集料箱要有低速攪拌機(jī)不斷攪拌，保持水泥漿液良好的可噴性。

④試噴：下噴射管前，要在地面進(jìn)行試噴，檢查高壓設(shè)備和管道系統(tǒng)以及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，設(shè)備的壓力和排量必須滿足設(shè)計(jì)要求。各部位密封圈必須良好，各管道和噴嘴內(nèi)不得有雜物，并做高壓水射水試驗(yàn)。在下放旋噴管時(shí)，為防止噴嘴堵塞，可邊下放噴漿管邊噴射低壓水，直到孔底。

⑤高壓旋噴漿液作業(yè)：將注漿管下放到設(shè)計(jì)深度后，啟動(dòng)高壓水射流泵、注漿泵和空壓機(jī)，即可供漿、供風(fēng)、供水開(kāi)噴。待各壓力參數(shù)和流量參數(shù)均達(dá)到要求，且孔口已返出水泥漿時(shí)，在孔底停漿約0.5min，即可按設(shè)計(jì)要求的速度徐徐提升鉆桿，進(jìn)行高壓旋噴作業(yè)。借噴射旋轉(zhuǎn)提升的協(xié)調(diào)作用，將水泥漿和原土中的粗顆粒、砂礫石等物質(zhì)旋轉(zhuǎn)成一體，固結(jié)后成樁。注漿管分段提升時(shí)的搭接長(zhǎng)度不得小于100mm。在噴射漿液過(guò)程中，施工人員必須認(rèn)真檢查記錄水泥漿的水灰比和流量、高壓泵壓力、鉆桿提升速度和回轉(zhuǎn)速度等施工參數(shù)，出現(xiàn)壓力突降或聚增、孔口回漿量和回漿濃度異常、甚至不返漿等情況時(shí)，查明原因后及時(shí)處理。

⑥噴射結(jié)束立即清洗設(shè)備、管道、噴嘴等，不得有水泥等殘留物。

（3）高壓旋噴施工參數(shù)控制：一般情況下，水壓21～28MPa，氣壓0.7～0.9MPa，漿壓1.3～1.5MPa，罐壓0.4～0.5 MPa，攪拌速度14～23r/min，提升速度0.08～0.15m/min，特殊情況下（漏漿等）提升速度降到0.05m/min，返漿正常后再恢復(fù)提升速度。

5.2 灌注排樁施工

選用CZ-5型沖擊鉆機(jī)成孔、導(dǎo)管法灌注水下混凝土，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范組織施工，混凝土灌注完7d后才能進(jìn)行附近的高壓旋噴施工。

5.3 錨釘噴漿護(hù)坡施工

（1）按照設(shè)計(jì)要求，分段開(kāi)挖工作面，修整邊坡，打（振）入注漿花管，埋設(shè)噴射砂漿厚度控制標(biāo)志。

（2）土釘注M20水泥砂漿，采用42.5的硅酸鹽水泥，綁扎16#鐵絲網(wǎng)，墊好保護(hù)層墊塊。

（3）噴射M20水泥砂漿，厚度50mm。噴射作業(yè)要緊隨開(kāi)挖工作面，同一分段內(nèi)噴射應(yīng)自下而上進(jìn)行。噴射時(shí)，噴嘴與受噴面要保持垂直，距離為0.6～1.0m。噴射砂漿終凝2h后，噴水養(yǎng)護(hù)[3]。

（4）設(shè)置坡頂、坡面和坡腳的排水系統(tǒng)。

5.4 基坑監(jiān)測(cè)

為保證基坑支護(hù)的平穩(wěn)安全，除精心設(shè)計(jì)、精心組織、精心施工外，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)基坑邊坡土體、邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境和建筑物等進(jìn)行有針對(duì)性的監(jiān)測(cè)，同時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)信息反饋，指導(dǎo)施工、改進(jìn)施工工藝、合理安排施工進(jìn)度，充分體現(xiàn)動(dòng)態(tài)和信息化施工。

（1）在高噴樁頂、冠梁頂，每20m設(shè)置一個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，鄰近建筑物的外角各設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容為水平位移和垂直位移。

（2）坡頂周邊5m范圍內(nèi)及坡面上的土體裂縫。

（3）水位觀測(cè)。

（4）基坑變形容許值：基坑頂部土體、支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移（最大值）監(jiān)控報(bào)警值為25mm，地面沉降、建筑沉降（最大值）監(jiān)控報(bào)警值為20mm，變化速率≤2mm/d。

5.5 施工控制措施

5.5.1 先導(dǎo)孔施工

先導(dǎo)孔需穿過(guò)卵礫石層并進(jìn)入基巖不少于1m，要確保先導(dǎo)孔的孔位誤差小于50mm、孔深誤差小于100mm、垂直度偏差小于1%，孔壁穩(wěn)定，高壓旋噴管能夠順利下到孔底。

5.5.2 水泥漿拌制

每桶拌制用水泥4包（200kg），按1.0～1.5水灰比計(jì)算用水量，并在桶上做好標(biāo)記，每桶攪拌前，先按標(biāo)記往桶內(nèi)加入適量的水，然后加入32.5水泥，邊加邊攪，攪拌時(shí)間不少于2min，直至攪拌成符合要求的水泥漿備用。

5.5.3 水泥漿過(guò)濾

攪拌好的水泥漿，放入鄰近的儲(chǔ)漿箱，儲(chǔ)漿箱上方覆蓋16目紗網(wǎng)過(guò)濾，防止未充分?jǐn)嚿⒌乃囝w粒和雜物進(jìn)入，堵塞噴漿孔及管道。

5.5.4 高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)

高壓噴漿設(shè)備和管路連接可靠，壓力與排量滿足設(shè)計(jì)要求，各部位密封性能良好，各管道和噴嘴內(nèi)不得有雜物，并做噴水試驗(yàn)，合格后方可噴射漿液，保證注漿量和壓力的可靠性及施工安全。

5.5.5 旋噴注漿

將注漿管下置至設(shè)計(jì)深度后，啟動(dòng)高壓水射流泵、注漿泵和空壓機(jī)進(jìn)行旋噴作業(yè)，在樁底停漿約0.5min后按確定的速度徐徐提升鉆桿，借噴射旋噴的作用，將水泥漿和原地層中的粗顆粒、礫石等旋轉(zhuǎn)成一體，固化后成樁。在注漿過(guò)程中，要認(rèn)真檢查水泥漿的水灰比和流量、高壓泵壓力、鉆桿的提升速度及回轉(zhuǎn)速度等施工參數(shù)，并及時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)施工記錄。

5.5.6 注漿異常情況處理

（1）三管法注漿過(guò)程中孔口不冒漿或孔內(nèi)嚴(yán)重漏漿，采取以下措施處理：孔口少量返漿時(shí)，降低噴漿管提升速度，孔口不返漿時(shí)，立即停止提升；加大漿液濃度，或摻入少量速凝劑；降低噴射壓力、流量，進(jìn)行原位灌漿，待返漿正常后，再緩慢提升機(jī)具。

（2）孔口大量冒漿，可能是噴漿管密封不良或接頭處損傷，或者噴嘴尺寸過(guò)大，防治措施一是檢查噴漿管各接頭，確保接頭密封完好；二是根據(jù)土體密實(shí)度選擇合適的噴嘴[2]。

5.5.7 效果分析

（1）基坑支護(hù)施工完畢，隨著抽水、開(kāi)挖，監(jiān)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)、附近地面、既有建筑物的變形等，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形6～18mm，周圍地面垂直變形3～12mm，均未超過(guò)預(yù)警值，帷幕面沒(méi)有明顯集中滲水點(diǎn)，說(shuō)明該基坑支護(hù)是穩(wěn)定的，高壓旋噴止水帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

（2）隨著地下室施工進(jìn)度，分段開(kāi)挖樁前土，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)回填。樁前土的坡面噴護(hù)，減少基坑內(nèi)支撐，節(jié)約投資，方便施工。

6 結(jié)論

高壓旋噴樁作為基坑支護(hù)、止水帷幕，尤其適應(yīng)卵礫石地層、碎石土地層以及經(jīng)過(guò)拋石護(hù)坡的堤防、庫(kù)岸的加固處理、城市地面塌陷充填加固、水庫(kù)加固、礦山堵漏等，應(yīng)用前景廣闊。

[1] JGJ79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]DLT5200-2004水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JGJ120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

TU761

B

1004-5716(2015)02-0176-03

2014-03-13

2014-03-14

胡勝華（1976-），男（漢族），湖北安陸人，高級(jí)工程師、一級(jí)建造師，現(xiàn)從事巖土工程和探礦工程的施工管理工作。