高壓旋噴注漿技術(shù)在人工挖孔樁施工中的應(yīng)用

劉 虎 張明亮,2 江 波 黃 清

1. 湖南省第六工程有限公司 湖南 長沙 410015；2. 湖南建工集團有限公司 湖南 長沙 410004；3. 湖南長順項目管理有限公司 湖南 長沙 410114

1 工程背景

1.1 工程介紹

湖南廣電節(jié)目生產(chǎn)基地項目沿中央主軸南北兩側(cè)共布置了7個建筑單體（圖1），下設(shè)整體地下室，地下室層數(shù)為1～4層。本工程采用人工挖孔樁，施工總樁數(shù)為955根，樁徑在1.1～1.7 m之間，樁長設(shè)計為不小于6.5 m，且擴大頭直徑大于2 m時樁長不小于3倍擴大頭直徑。樁身及護壁混凝土強度等級為C35、C40，持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。實際樁長須依據(jù)施工勘察報告逐一確定，結(jié)合已有樁長數(shù)據(jù)，部分樁長超過16 m，個別樁長甚至長達28.91 m。

圖1 工程單體布置

1.2 地質(zhì)狀況

根據(jù)施工勘察（超前鉆）結(jié)果，工程場地內(nèi)目前埋藏地層主要為白堊系神皇山組泥質(zhì)粉砂巖和礫巖?；娱_挖至設(shè)計底標(biāo)高后，面層可見有3條軟弱夾層帶分布（圖2），場內(nèi)存在較多軟弱夾層（粉細砂、粉質(zhì)黏土），其中有1根樁穿越夾層累計厚度達到19.1 m。

圖2 軟弱夾層范圍分布及施工分區(qū)布置示意

2 樁基施工現(xiàn)狀及處理措施

2.1 樁基施工現(xiàn)狀

1）根據(jù)施工勘察（超前鉆）結(jié)果，本工程大部分鉆孔鉆至持力層（中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑨層）時遇到軟弱夾層，軟弱夾層厚度不一。同時在前期試樁和塔吊基礎(chǔ)樁開挖過程中已發(fā)生涌砂（泥）及流砂（泥）情況，且人工挖孔樁施工處于春夏季，基坑內(nèi)水位高，透水層位置地下水位已明顯高于基坑底標(biāo)高，地下水較豐富。

2）由于軟弱夾層的存在，人工挖孔樁最長達28.91 m。

2.2 處理措施

為了保證人工挖孔樁施工作業(yè)中的人身安全及護壁質(zhì)量，必須對軟弱夾層的單根人工挖孔樁四周先行進行加固處理，經(jīng)與設(shè)計院及技術(shù)專家人員多次論證后選擇單樁二重管法高壓旋噴注漿加固工藝。

3 施工場地布置

本工程地下室根據(jù)后澆帶位置劃分為16塊相對獨立的施工區(qū)域（見圖2），高壓旋噴注漿加固的場地布置除應(yīng)滿足施工的要求外，還應(yīng)對以下幾個方面著重考慮：

1）當(dāng)車輛、設(shè)備通道跨過施工后澆帶時（地下室底板后澆帶已根據(jù)方案設(shè)置為基坑內(nèi)臨時排水并開挖完成）需要鋪設(shè)鋼質(zhì)路基箱。

2）因高壓旋噴樁施工工藝需要，鉆機鉆孔、噴射作業(yè)冒漿、清洗、機械移位等工序均不可避免地對基坑底土體造成破壞，因此在局部地基軟弱致使車輛及設(shè)備無法通行處須鋪鋼質(zhì)路基箱。

3）在水泥漿攪拌區(qū)域，需要設(shè)置專門的水泥堆放場地，并應(yīng)有排水、防水、防潮等措施。

4）每個水泥攪拌區(qū)域附近均應(yīng)設(shè)置沉淀池，用來收集泥漿制作及設(shè)備清洗過程中產(chǎn)生的污水。污水經(jīng)沉淀后用污水泵將其抽至基坑內(nèi)臨時排水溝，最終通過基坑內(nèi)集水井抽排至基坑外排水系統(tǒng)，水泥漿與泥漿的混合物終凝固化后轉(zhuǎn)運至西側(cè)場內(nèi)土方堆場翻曬晾干后外運。

5）經(jīng)計算，當(dāng)人工挖孔樁和高壓旋噴加固同時進行時，現(xiàn)場的用電會出現(xiàn)超負荷的情況，此時需要考慮在現(xiàn)場增設(shè)1臺功率為500 kW的柴油發(fā)電機，供2套高壓旋噴鉆機機組使用。

4 高壓旋噴注漿施工工藝

4.1 高壓旋噴注漿設(shè)計

根據(jù)實際情況，對位于軟弱夾層地質(zhì)條件下的人工挖孔樁四周環(huán)形布置高壓旋噴注漿孔，固化軟弱夾層，降低涌砂、坍孔發(fā)生概率，確保人工挖孔樁施工作業(yè)安全與護壁質(zhì)量[1-3]。需高壓旋噴加固的軟弱夾層有5類：面層厚度超過5 m的粉質(zhì)黏土；面層厚度超過4 m的粉細砂；非面層夾層厚度超過2 m的粉質(zhì)黏土；非面層厚度超過2 m的粉細砂；非面層粉質(zhì)黏土與粉細砂連續(xù)厚度超過2 m。

考慮本工程軟弱夾層以粉細砂為主，部分為粉質(zhì)黏土（含砂量高）的特點，經(jīng)設(shè)計院驗算及多次專家論證后，本工程高壓旋噴注漿孔直徑設(shè)為600 mm，同一人工挖孔樁四周環(huán)形布置的各高壓旋噴注漿孔中心距人工挖孔樁邊100 mm，中心弧形間距371～398 mm，理論旋噴搭接長度205～234 mm。根據(jù)軟弱夾層區(qū)域人工挖孔樁的4種樁徑（1.7、1.4、1.3、1.1 m），分別設(shè)計4種布置形式（圖3）。

4.2 高壓旋噴注漿施工流程

圖3 不同樁徑高壓旋噴注漿孔布置

高壓旋噴注漿系利用高壓泵將水泥漿液通過鉆桿端頭的特制噴頭，以高速水平噴入土體，借助液體的沖擊力切削土層，同時鉆桿一面以一定的速度旋轉(zhuǎn)，一面低速徐徐提升，使土體與水泥漿充分旋噴混合凝固，形成具有一定強度的圓柱固結(jié)體（即旋噴樁），從而使地基得到加固。其工藝流程為：鉆機就位→調(diào)整鉆架角度→鉆孔→插管→試噴→噴射注漿作業(yè)→噴射結(jié)束→拔管→器械清洗。

經(jīng)論證，本工程確定的高壓旋噴注漿技術(shù)參數(shù)為：旋噴固結(jié)體直徑為600 mm，旋噴提升速度為12～15 cm/min，回轉(zhuǎn)速度為10～15 r/min，水泥漿液流壓力為25～28 MPa，水泥漿液流量為60 L/min，空氣壓力≥0.7 MPa，水灰比為0.8。高壓旋噴樁噴射成孔水泥用量約350 kg/m。此外，根據(jù)現(xiàn)場鉆孔實際地質(zhì)情況及類似工程施工經(jīng)驗，若施工過程中所遇地下水處于流動狀態(tài)且水壓過高，將導(dǎo)致旋噴樁不易成形，影響旋噴注漿成樁質(zhì)量，這時可適時摻加2%～4%的水玻璃（模數(shù)為2.3～3.4，溶液濃度為20～30 °Be'），加快旋噴樁的凝結(jié)以保證注漿質(zhì)量。

5 結(jié)語

高壓旋噴注漿施工完成后，對應(yīng)每根人工挖孔樁形成了單樁止水帷幕，通過人工挖孔樁施工，驗證了高壓旋噴注漿加固工藝的可行性。對復(fù)雜地質(zhì)條件下的軟弱夾層采用高壓旋噴注漿加固處理，見效快、經(jīng)濟合理，不僅有效保證了人工挖孔樁工程的施工作業(yè)安全，也為今后類似工程的施工積累了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗。