高壓旋噴施工技術在砂卵石地層的應用

（中鐵十一局集團有限公司，湖北 武漢 430000）

某工程需要對水泥公司生料庫、水泥庫地基進行基礎工程施工，考慮到成本和工期，該工程在投標時對工程地質條件進行勘測之后，認為工程中建筑物的基礎需要采用多種技術工藝相結合的方式才能滿足質量要求和降低施工成本的目標。

1 工程概況

由于地基承載力以及結構要求的特殊性，該工程在論證階段，提出如果按照傳統(tǒng)的工藝（例如采用鉆孔灌注樁）進行施工，容易造成工期長、造價高的問題。采用粉噴樁靜壓注漿、高壓旋噴漿結合方式的地基處理施工工藝，能夠發(fā)揮樁間土和水泥樁的共同作用，滿足業(yè)主控制成本的要求，同時也提升了上述結構的地基承載力，能夠大大縮短工期。經(jīng)過公開招標、工藝選型、工期論證和造價論證等，在對方案進行優(yōu)化之后，形成了高壓旋噴樁的施工工藝方案。這一方案中要求以最短的施工工期，最低廉的成本造價，高質量地完成工程。實踐證明，高壓旋噴施工工藝在進行地基處理時，防滲漏、帷幕止水等方面發(fā)揮出極大優(yōu)勢，滿足了提高地基承載力的要求，在樁基礎的施工過程中以及地基處理具有非常大的優(yōu)勢。

2 高溫旋噴注漿技術原理

在特殊地質、軟弱圍巖隧道施工中，容易出現(xiàn)溜塌、地表沉陷、滑塌情況，因此加固技術非常重要。特殊地質、軟弱圍巖隧道施工技術的選取，不僅要考慮降低施工成本，還要考慮施工安全、施工質量和施工進度，在加固措施到位時，才能確保隧道投入使用后的運營安全。在高溫旋噴注漿技術實施的過程中，利用高壓旋噴前后循環(huán)、相互搭接形成拱棚，應對特殊軟弱圍巖隧道地質注漿加固軟弱地層，其技術原理是沿拱部外緣施作相互咬合的旋噴柱體，提高圍巖穩(wěn)定性，還可以保證施工過程中的施工安全。在它的保護下，工作人員能夠安全、高效地進行開挖作業(yè)。高溫旋噴注漿技術使用的是鉆機鉆孔，施工理念源自“軟巖隧道重在加固”。過施做玻纖錨桿首先采用大直徑深孔引水技術應用，在隧道輪廓以外引水，然后利用水平旋噴臺車在預加固掌子面沿隧道周邊進行水平旋噴樁施工。目前國內的技術應用已經(jīng)趕超國際水平，大大降低了超前大管棚和小導管斷面預加固運用機械化作業(yè)施工的安全風險。通過高壓泵充分混合砂顆粒與漿液，待漿液凝固后以同心圓形式鉆到設計深度后，將配制好的漿液噴射到砂土內回撤鉆桿，噴射時稀釋一定范圍內的砂體，并在噴嘴作緩慢進退和旋轉的同時，在隧道拱頂及周邊形成形成水平旋噴樁。封閉的水平旋噴帷幕體，保證了隧道安全掘進，提高了砂土體的結構和強度，起到防坍塌、滑塌和地表沉降的作用。

3 施工技術的應用

3.1 地質環(huán)境

在對場地、地質、環(huán)境、條件進行勘測后，發(fā)現(xiàn)該場地位于斜盆地東端標高為156.33 m 處，場地平坦，最大相對高差為9.88 m，土層包含粉質黏土厚度為0.28 m~21.33 m，含少量礫石層高標高141.55 m~168.77 m，曾參0~0.5 m，可塑性較高，屬于干強度中等，無土壤搖振反應，卵石部分呈現(xiàn)棕黃色，密實度較高。卵石母巖成分為硅質砂巖，粒徑20 mm~180 mm，泥質含少量沙礫充填，局部含粉質黏土以及碎石層底標高108.33 m~109.18 m，層頂埋深0.00 m~45.50 m，含碎石粉質黏土碎石含量為20%左右，呈棕黃色飽和狀態(tài)，層底標高98.72 m~158.33 m。承壓干強度中等，無搖震動反應，稍微有光澤。基層表現(xiàn)為灰色，硬度為5~6 級，石灰系下統(tǒng)船山組層頂埋深3.20 m~63.45 m。中層層狀構造為完整硬巖，地下水主要存在于石灰?guī)r裂隙區(qū)域內附含水性中等強度的含水層。地下水埋層大約為5 m，水溫調制條件中等的地下水主要補給為大氣降水。筆者針對該場地層卵石硅質砂巖以及少量砂礫充填的地質情況進行初步判斷，在進行該基礎施工時，地形卵石不均勻，容易造成基礎持力下降，粒徑不均勻、密實度不均勻、層厚等不均勻等現(xiàn)象，需要進行地基加固處理。

3.2 地基處理

根據(jù)建筑物結構要求，在地基處理設計上設定了地基基礎設計方案，提出設計方案中要采用高壓旋噴施工工藝，根據(jù)場地地層庭條件，精心進行了方案的優(yōu)化，方便了人員施工、滿足了地基承載力要求、節(jié)省了工作造價、縮短了施工工期[1]。

3.3 技術設計方案

在應用高壓旋噴施控技術時，首先要利用錨桿鉆機將帶有特制噴嘴的注漿管，按照高壓旋噴施工技術的要求，裝置在地層位置的頂端，使其能夠旋轉和上下提升，形成較大量的水泥漿液，以20 MPa 左右壓強為準的高壓流噴射而出，增強原土的地基承載力，使包括漿液和土體、地層有沙土顆粒和直徑較大的卵石碎石土等混合混凝土凝固為新的固結體。根據(jù)設計方案要求，設計樁身為10.00 m~12.00 m，利用計算軟件進行分析，模擬地下水水位、地質條件、周邊條件等，并模擬出裝水泥的含量，水泥采用水灰比為1 的水泥樁間距，生料庫為0.88 m×0.88 m，水泥樁樁間距為0.85 m×0.85 m，見表1。

表1 地基基礎設計要求

在技術施工中需要注意一些事項：水泥須采用普通硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥采用雙管高壓旋噴施工工藝噴射壓力為25 MPa，旋轉速度為20 r/min~25 r/min。水泥用量要小于120 kg/m。旋噴樁的早期運行過程中要加入1.5%的水泥用量，垂直度偏差小于1.5%灌注土內的噴射注漿管。參數(shù)達到規(guī)定值時應停止噴射注漿，并按照設計要求由下而上用噴射管進行注漿，完成注漿后，將高壓旋噴管迅速拔出水泥立方體，經(jīng)過25 d 的抗壓強度，經(jīng)測量抗壓強度值≤4MPa。旋噴樁與高壓注漿泵的距離要大于等于50 m，要防止地下障礙物中的涌水和漏水情況發(fā)生。

4 高壓旋轉噴射施工工藝重點難點分析

4.1 潛孔錘成孔

針對該地層具有多層碎石粉質、黏土加層、結構復雜的特性，施工時容易出現(xiàn)塌孔，按照設計要求必須采用泥漿護壁，防止由于在卵石層成孔困難，在引孔式旋噴樁施工中引孔的難度較大，為了滿足采用潛孔錘成孔、卵石層進行引孔時旋風裝施工的要求，保證施工質量。先將空孔部分進行挖除，避免樁身垂直度以及樁芯位置產生的影響，減少空孔高度過度問題。噴射注漿參數(shù)孔位偏差小于50 mm。

4.2 二次復噴

針對地層厚度不均的情況，采用二次復噴的措施，能夠保證各層段施工技術參數(shù)。由于該工期施工工期較為緊張，工程量較大，必須保持設備正常運轉，確保工程連續(xù)性。在施工準備時，先將場地加以平整，保證道路暢通、水電接通。施工設備主要包括空壓機、交流電焊機、旋噴樁機、高壓注漿泵、潛孔錘基、全站儀、水準儀和攪漿機等[3]。

4.3 施工流程

按照設備安裝、測量定位，預鉆下沉、旋噴注漿、提升拔管、沖洗鉆具，移動到新樁位，工藝流程進行施工，鉆機鉆頭對準樁位鉆進時，以低壓0.5 MPa 射水鉆進，保證噴嘴和管道暢通。噴射鉆頭達到設計深度時，主要技術參數(shù)包括提升速度16 cm/min~20 cm/min，噴水壓力小于等于1 MPa，旋轉速度為20 r/min~25 r/min，局部地段需要提高強度的部位，要根據(jù)上述操作，噴射注漿壓力回轉鉆提升噴射管停機壓縮空氣，先關高壓水再停止送交，慢慢提升噴射注漿管。將上述施工中各項參數(shù)進行記錄，認真記錄后還要在必要時采取添加凝結劑增加注漿量等措施，遇到塊石等障礙物時放慢或停止提升定位噴射，見表2。

表2 高壓噴射施工參數(shù)

4.4 合理調配水泥漿用量

攪拌好的水泥漿時間不能超過4 h。如果噴射漿液出現(xiàn)不冒漿以及泵流量不變，而噴射壓力下降或出現(xiàn)大量冒漿壓力下降，應立即停止施工并拔出噴漿管進行檢查。在施工結束之后要進行檢測，包括施工用的原材料水泥注漿。單樁承載力靜壓實驗可以測出靜壓樁數(shù)占總樁數(shù)的百分比，全部檢驗方完成之后，才能進入下一道工序進行施工。運用高壓旋噴樁施工，施工效果較好。

5 施工效果檢測及分析

通過養(yǎng)護期滿開挖檢測發(fā)現(xiàn)樁頭表現(xiàn)沙土和水泥結合良好，樁頭復噴處理的方式要求樁頭直徑大于設計要求。在對現(xiàn)場進行了單樁復合地基實驗點的荷載實驗之后，分別檢測了多根工程樁，實測極限承載力值均為600 kN，滿足設計要求。

6 結語

在工程中根據(jù)施工條件勘測之后采用高壓旋噴施工工藝，應用后證明高壓旋噴樁能夠取代傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁技術，滿足一般建筑物對地基承載力的需求。高壓旋噴施工工藝適合在砂卵石底層進行樁的施工，能夠形成穩(wěn)定的復合地基。樁徑小、密實度高是高壓旋噴施工工藝的優(yōu)勢，相對于傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁工藝可以縮短工期，大大降低施工成本。