地鐵車站高壓旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)

周華

摘要：高壓旋噴樁止水帷幕結(jié)構(gòu)在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，本文以濟(jì)南地鐵R2線閆千戶車站項(xiàng)目為例，車站主體總長(zhǎng)為486.8m（凈），為該線最長(zhǎng)車站，車站主體基坑采用鉆孔排樁+止水帷幕+內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，車站除兩處蓋板外均采用明挖順作法施工?，F(xiàn)介紹該車站高壓旋噴樁止水帷幕施工過程中施工主要工藝方法、技術(shù)參數(shù)及黏土地層止水效果，旨在為以后同類工程施工提供參考依據(jù)。

Abstract： The water curtain structure of high pressure rotary jet pile has been widely used in building engineering. This paper takes Jinan metro line R2 Yanqianhu station project as an example. The total length of the main body of the station is 486.8m （net）， which is the longest station of the line. The main pit of the station is in the form of drilled row piles + waterproof curtain + inner support. The station uses open cut except for two cover plates. This paper introduces the construction technology， technical parameters and water-stopping effect of clay stratum in the construction process of the waterproof curtain of the high pressure rotary jet grouting pile in this station.

關(guān)鍵詞： 粘土地層;止水帷幕;高壓旋噴樁;深基坑支護(hù)

Key words： clay strata;waterproof curtain;high pressure rotary jet pile;deep foundation pit support

中圖分類號(hào)：TU745 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）20-0185-03

0 ?引言

高壓旋噴樁止水帷幕結(jié)構(gòu)施工過程是在圍護(hù)樁的外側(cè)采用雙重管法高壓噴射是以不小于28MPa的高壓水泥漿射流通過直徑為1.9mm的噴嘴噴出來(lái)，水泥漿射流的四周是采用壓縮空氣來(lái)加以保護(hù)，隨著噴管的不斷旋轉(zhuǎn)與提升，高壓水泥漿射流不斷的沖切并且破壞土體，同時(shí)以漿射流較大的能量，將粘土與水泥漿摻攪且形成樁體;同時(shí)壓縮氣也起到了升揚(yáng)置換的作用，壓縮氣使切割的部分土體從孔口冒出，水泥漿與粘土混合物固結(jié)后，形成所需要加固體，達(dá)到止水帷幕效果。

1 ?工程概況

閆千戶站為R2線與M1線換乘車站，車站位于張莊路與匡山小區(qū)中路交叉口。R2線車站沿張莊路北側(cè)東西向布置，為地下二層島式站臺(tái)車站，車站中心里程SK9+808.418，車站主體總長(zhǎng)為486.8m（凈），車站寬度為18.1～23.3m（凈），開挖深度約18.2～25.12m（換乘節(jié)點(diǎn)），站臺(tái)中心處頂板覆土約3.45m，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約18.3m。

M1線站臺(tái)位于第一茶葉市場(chǎng)地塊內(nèi)，車站呈南北向布置，為地下三層島式站臺(tái)車站，車站主體結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)204m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度23.3m，開挖深度為26.56～27.49m，站臺(tái)中心處頂板覆土約3.95m，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約25.3m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1000mm和Φ1200mm鉆孔灌注樁，同時(shí)在鉆孔樁外側(cè)設(shè)置Φ800@450高壓旋噴樁止水帷幕。

2 ?旋噴樁施工工藝

2.1 施工工藝流程

旋噴樁施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→布孔放樣→鉆機(jī)就位→校核鉆機(jī)垂直度→鉆孔（水泥漿循環(huán)）→插管→試噴→高壓噴射注漿→噴射結(jié)束→補(bǔ)噴→機(jī)械清洗。

其中，鉆孔要采用水泥漿循環(huán)，水泥漿循環(huán)、插管、試噴、高壓噴射注漿產(chǎn)生的泥漿要進(jìn)行廢漿處理。

2.2 施工前相關(guān)準(zhǔn)備工作

正式進(jìn)場(chǎng)施工前，首先要進(jìn)行各類管線調(diào)查，在確定各類管線的位置關(guān)系后對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清表工作，將需要施工的位置開挖2～3m深進(jìn)行地下障礙物清除，考慮到旋噴返漿厲害問題，提前預(yù)放樁位，樁位軸線上留2m寬2m深的溝槽，對(duì)于無(wú)法清除的市政管線做好標(biāo)記，在實(shí)際施工過程中進(jìn)行避讓;為確保施工現(xiàn)場(chǎng)“三通一平”，在布置施工機(jī)械、輸送管路和電力線路位置的時(shí)候一定要考慮其合理、實(shí)際性。

高壓旋噴樁的定位主要是以鋼尺輔助全站儀進(jìn)行控制，先以全站儀測(cè)定控制點(diǎn)并做好標(biāo)記，經(jīng)復(fù)測(cè)合格后采用鋼尺及施工線確定各樁中心，并且及時(shí)采用插鋼筋方法對(duì)每個(gè)樁進(jìn)行標(biāo)識(shí)，測(cè)放樁位必須保證樁中心的精確度（<30mm）。

經(jīng)施工經(jīng)驗(yàn)判斷旋噴樁的返漿量在10%至20%之間，因此現(xiàn)場(chǎng)必須設(shè)置沉淀池，施工過程中產(chǎn)生的廢漿排入沉淀池沉淀，經(jīng)沉淀后將表層清水排入現(xiàn)場(chǎng)三級(jí)沉淀池進(jìn)行二次沉淀后排入允許的市政官網(wǎng)中。沉淀產(chǎn)生的稀泥土能外運(yùn)的直接隨基坑土方外運(yùn)，不能外運(yùn)的稀泥添加沉淀粉二次攪拌后方可外運(yùn)。

旋噴后臺(tái)和水泥罐必須設(shè)置在一期，因就目前形式比較注重?fù)P塵控制，因此水泥罐入口和出口處必須密封嚴(yán)實(shí)，拌漿過程中產(chǎn)生的渣粒及廢漿必須及時(shí)清理到指定位置，不能隨意排放。

2.3 施工鉆孔注漿施工

現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作完成后將旋噴樁鉆機(jī)按要求移至施工樁位，在鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心（樁心偏差控制在20mm內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)10mm）后及時(shí)調(diào)正樁機(jī)的平整度和鉆桿的垂直度（控制在0.5%內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)0.2%）;正式施工前及時(shí)調(diào)試樁機(jī)、空壓機(jī)和灰漿攪拌機(jī)，保證能正常施工;采用全站儀或?qū)︺@桿編號(hào)方法校驗(yàn)鉆桿長(zhǎng)度，保證鉆桿長(zhǎng)度滿足孔底標(biāo)高設(shè)計(jì)深度。

鉆孔前首先在地面進(jìn)行試鉆，在確保各組件都順利運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行鉆進(jìn)，施工過程中要安排技術(shù)人員進(jìn)行旁站，對(duì)鉆桿長(zhǎng)度、速度（下鉆、提升）做詳細(xì)記錄，為確保噴嘴不堵塞，要邊射水邊鉆進(jìn)，水壓不得超過1MPa，鉆進(jìn)過程中及時(shí)檢測(cè)鉆桿垂直度。

通過計(jì)量?jī)x器對(duì)材料控制，每次按照配比設(shè)計(jì)量稱量，攪拌灰漿以先加水后加水泥的原則進(jìn)行攪拌，攪拌過程要嚴(yán)控水灰比（1：1），每桶漿液的攪拌時(shí)間控制在10～20min（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際為18min），漿液在灰漿拌和機(jī)中要不斷攪拌，防止沉淀造成泥漿比重不足，并隨時(shí)在泥漿桶中取樣檢測(cè)泥漿比重，直到噴漿前。

噴漿前要做泥漿比重（1.5～1.56g/m3），且將漿液過二次篩網(wǎng)（分別為0.8m和0.8mm）后方可使用，技術(shù)人員確定孔深到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后開始由下向上旋噴噴漿。噴射過程中，未保證不扭斷旋噴管，在后臺(tái)儀器顯示表中盯控注漿壓力，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)值后再逐漸提升旋噴管。為保證樁底樁體質(zhì)量，到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，在該位置連續(xù)旋轉(zhuǎn)10秒鐘左右，待孔口冒漿正常后再旋噴提升，同時(shí)將泥漿清理排出，樁底位置應(yīng)比設(shè)計(jì)低約0.2m。

每根樁旋噴完成后考慮到漿液的析水作用，樁身通常情況下會(huì)產(chǎn)生不同程度的收縮，會(huì)導(dǎo)致固結(jié)體頂部出現(xiàn)不用程度的降落，為保證質(zhì)量及時(shí)采用水泥漿（水灰比1：1）補(bǔ)灌。

2.4 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁數(shù)據(jù)總結(jié)分析

2.4.1 P863#高壓旋噴

樁自樁底至樁頂29.5m，旋噴工作時(shí)間從8：49至13：00，共計(jì)4.2小時(shí)，旋噴時(shí)間為118min，平均提升速度：2950÷118=25cm/min，與設(shè)計(jì)相符。

漿量計(jì)算以單位時(shí)間噴射的漿量及噴射持續(xù)時(shí)間，計(jì)算出漿量

Q=（H/v）q（1+β）=（29.5/0.25）*0.108*（1+0.2）

=15.2928m3

每米水泥量（W）：（W+W/3.15）=Q/H ?即W=393.5kg

水泥用量為11607.8kg。

式中：q為單位時(shí)間噴漿量（m3/min）;Q為漿量（m3）;β為損失系數(shù)，通常0.1～0.2;H為噴射長(zhǎng)度（m）;v為提升速度（m/min）;水密度1g/m3，水泥密度3.15g/cm3。

P863#高壓旋噴樁試樁實(shí)際參數(shù)如表1，其結(jié)果符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.4.2 P864#高壓旋噴

樁自樁底至樁頂29.5m，旋噴工作時(shí)間從23：39至3：49，共計(jì)4.2小時(shí)，旋噴時(shí)間為118min，平均提升速度：2950÷118=25cm/min，與設(shè)計(jì)相符。

漿量計(jì)算以單位時(shí)間噴射的漿量及噴射持續(xù)時(shí)間，計(jì)算出漿量

Q=（H/v）q（1+β）=（29.5/0.25）*0.108*（1+0.2）

=15.2928m3

每米水泥量（W）：（W+W/3.15）=Q/H ?即W=393.5kg

水泥用量為11607.8kg。

P864#高壓旋噴樁試樁實(shí)際參數(shù)如表1，其結(jié)果符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.4.3 P865#高壓旋噴

樁自樁底至樁頂29.5m，旋噴工作時(shí)間從13：10至17：21，共計(jì)4.2小時(shí)，旋噴時(shí)間為118min，平均提升速度：2950÷118=25cm/min，與設(shè)計(jì)相符。

漿量計(jì)算以單位時(shí)間噴射的漿量及噴射持續(xù)時(shí)間，計(jì)算出漿量

Q=（H/v）q（1+β）=（29.5/0.25）*0.109*（1+0.2）

=15.4344m3

每米水泥量（W）：（W+W/3.15）=Q/H ?即W=397kg

水泥用量為11715.27kg。

P865#高壓旋噴樁試樁實(shí)際參數(shù)如表1，其結(jié)果符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.4.4 試樁實(shí)際參數(shù)

試樁實(shí)際參數(shù)表如表1所示。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)采用取芯結(jié)果并分析總結(jié)數(shù)據(jù)參數(shù)

我項(xiàng)目部于2017年9月17日進(jìn)行鉆芯取樣，并及時(shí)對(duì)芯樣進(jìn)行送檢。通過試樁施工相關(guān)參數(shù)及結(jié)果情況，總結(jié)結(jié)論并經(jīng)過第三方檢測(cè)試驗(yàn)確定該地層采用P42.5水泥用量為390kg/m。

3 ?質(zhì)量保證措施

3.1 施工前做好檢查工作

為保證高壓旋噴樁施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)效果，必須注意以下質(zhì)量保證措施到位：在施工前對(duì)原材料、機(jī)械設(shè)備及噴射工藝等進(jìn)行檢查，主要有以下幾方面：

①根據(jù)不同的地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整漿液配合比，在原材料（水、水泥、摻合料和速凝劑等外加劑）到場(chǎng)后及時(shí)取樣并送檢，在水的鑒定結(jié)果、水泥等原材質(zhì)量合格證及復(fù)驗(yàn)報(bào)告拿到后方可施工確保每個(gè)地層都保質(zhì)保量完成;

②機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后及時(shí)檢查各機(jī)械是否可以正常使用，并提供合格證及時(shí)報(bào)驗(yàn)，檢查各部件的完整性、密閉性，并及時(shí)將壓力表標(biāo)定;

③在確定施工工藝后及時(shí)進(jìn)行試樁（數(shù)量不少于2個(gè)），根據(jù)試樁結(jié)果及時(shí)調(diào)整參數(shù)，確保各地層的噴漿符合設(shè)計(jì)要求;

④在準(zhǔn)備階段及時(shí)排查市政管網(wǎng)，后對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行開挖（深度控制在2～3m），并清除障礙物，確保施工正常;

⑤設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后及時(shí)對(duì)樁位、壓力表、流量表的精度和靈敏度進(jìn)行檢查。

3.2 施工過程中重點(diǎn)檢查

機(jī)械架設(shè)好后首先標(biāo)定鉆桿的長(zhǎng)度和垂直度，確保符合設(shè)計(jì)區(qū)間后再次確定樁中心;第一桶水泥漿攪拌前對(duì)原材料重量和配合比進(jìn)行驗(yàn)證;控制好鉆機(jī)下、提鉆速度，同時(shí)安排技術(shù)人員盯控旋轉(zhuǎn)速度;不定時(shí)的抽查后臺(tái)儀器各參數(shù)的數(shù)值，確保各數(shù)值在設(shè)計(jì)范圍內(nèi);時(shí)刻關(guān)注孔位位置，發(fā)現(xiàn)冒漿厲害或不足及時(shí)調(diào)整參數(shù);計(jì)算好標(biāo)高及提升速度，確保搭接長(zhǎng)度;及時(shí)、準(zhǔn)確的按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況填寫施工記錄表施工記錄表。

3.3 施工完畢后檢測(cè)

施工結(jié)束后，待達(dá)到時(shí)間后及時(shí)對(duì)樁進(jìn)行樁身和樁徑檢測(cè)，主要包含以下方面：通過取芯觀察樁體的的整體性及勻稱性;取芯前將土體挖至樁頂標(biāo)高，采用尺量的方法確定樁徑;將樣品送至實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)強(qiáng)度;將取出的固結(jié)樣品及時(shí)送至實(shí)驗(yàn)室確定抗?jié)B情況。

4 ?施工質(zhì)量弊病預(yù)防措施及處理方法

根據(jù)旋噴樁施工工藝特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程地質(zhì)情況，為確保旋噴樁的施工質(zhì)量，針對(duì)施工中可能會(huì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析并提出預(yù)防措施及處理方法。

4.1 固結(jié)體強(qiáng)度不均勻、縮徑

產(chǎn)生原因：施工前沒有認(rèn)真考察現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，選擇旋噴方法未考慮在不同地質(zhì)中的噴漿情況;施工過程中因機(jī)械發(fā)生大大小小的問題會(huì)導(dǎo)致樁體不均勻;下鉆、提升速度太快，導(dǎo)致噴漿不均勻，樁徑大小不一，旋轉(zhuǎn)速度控制不好也會(huì)引起同樣的問題;噴漿后漿液未有效的和土體攪拌在一起;下鉆過程中當(dāng)遇見較硬土體時(shí)，沒有有效的切落土體，導(dǎo)致樁徑直接縮小。

預(yù)防措施及處理方法：仔細(xì)查看地勘報(bào)告，并隨機(jī)進(jìn)行地質(zhì)取芯，確定地質(zhì)后根據(jù)其選擇旋噴方法;下鉆到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后性進(jìn)行試噴氣，當(dāng)一切正常后開始配漿，且漿液要經(jīng)過多次過濾，開始噴漿后一定要確保噴漿的連續(xù)性。根據(jù)首樁取芯的固結(jié)體的形狀及樁身勻質(zhì)性，調(diào)整鉆桿的提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、噴漿量及噴射壓力。根據(jù)地質(zhì)情況對(duì)不容易切土位置及標(biāo)高位置在不提桿的情況下多噴漿;施工過程中多進(jìn)行水灰比的檢測(cè)。嚴(yán)格要求噴嘴的加工精度、位置、形狀、直徑等，保證噴漿效果。

4.2 壓力上不去

產(chǎn)生原因：施工過程中導(dǎo)致油管和氣管破損或連接處密閉性不好導(dǎo)致漏氣。吸漿管內(nèi)存有空氣或安全閥的安全壓力過低或密封圈泄漏。油管局部破裂導(dǎo)致漏油，氣閥不同程度損壞。施工過程中未按設(shè)計(jì)要求將塞油泵調(diào)至設(shè)計(jì)數(shù)值。

預(yù)防措施及處理方法：發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)停機(jī)檢查，主要從以上四個(gè)方面進(jìn)行檢查，待全部檢查合格后不要立即噴漿，應(yīng)先用清水進(jìn)行調(diào)壓，直至達(dá)到所要求的壓力為止，后重新開始施工。

4.3 壓力驟然上升

產(chǎn)生原因：噴嘴在旋噴過程中北其他物體堵塞。施工前沒有仔細(xì)清洗管路，導(dǎo)致其他雜物進(jìn)入管路并堵塞管路。泵體或出漿管路有堵塞。

預(yù)防措施及處理方法：應(yīng)停機(jī)檢查，首先卸壓，如噴嘴堵塞將鉆桿提升，用銅線疏通;其他情況堵塞應(yīng)松開接頭進(jìn)行疏動(dòng)，待堵塞消失后再進(jìn)行旋噴。

4.4 鉆孔沉管困難偏斜、冒漿

產(chǎn)生原因：注漿量與設(shè)計(jì)量相差較大;不冒漿主要原因是該地層中存在的空隙導(dǎo)致的，冒漿量過大是主要是由于噴漿量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值所致;遇地下有埋設(shè)物，地面有不平不實(shí)現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致鉆桿傾斜，超出允許值。

預(yù)防措施及處理方法：放點(diǎn)后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行挖探坑形式或釬探形式探清下孔位下方的埋設(shè)物，并及時(shí)清理，若無(wú)法清理應(yīng)在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)位調(diào)整;針對(duì)冒漿量過大的現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)調(diào)整各參數(shù)（提高噴射壓力、加快提升速度和旋轉(zhuǎn)速度、縮小噴嘴直徑等）;控制好水泥漿液的配合比;施工前平整好場(chǎng)地（最好硬化）或?qū)C(jī)械放置于堅(jiān)硬的材料上，鉆桿施工過程中垂直度應(yīng)在允許范圍內(nèi)（<0.3%）;針對(duì)冒漿嚴(yán)重的地方可采取在漿液中適量加入速凝劑，以此來(lái)控制固結(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定地層中及時(shí)凝固;在有空隙的地段可增大注漿量，保證填滿空隙后再進(jìn)行提桿和旋轉(zhuǎn);根據(jù)實(shí)際情況更改噴頭，側(cè)扣式噴頭可以有效的減小出漿口孔徑并提高噴射能力，控制好實(shí)際漿液量和設(shè)計(jì)量相當(dāng)，減少冒漿。

4.5 固結(jié)體頂部下凹

產(chǎn)生原因：在噴射后水泥漿液與切落的土攪拌混合后，由于漿液的析水特性樁徑會(huì)產(chǎn)生一定的收縮作用，因而造成在固結(jié)體頂部出現(xiàn)個(gè)別位置下沉。整個(gè)樁體會(huì)因?yàn)椴煌刂凡煌鏊裕瑢?dǎo)致整個(gè)樁體因地質(zhì)變化下沉。

預(yù)防措施及處理方法：實(shí)際施工過程中樁長(zhǎng)應(yīng)比設(shè)計(jì)長(zhǎng)0.3～1.0m，或在旋噴樁施工完畢，將固結(jié)體頂部鑿去部分，在凹穴部位用混凝土填滿或直接在旋噴孔中再次注入漿液，或在旋噴注漿完成后，在固體的頂部0.5～1.0m范圍內(nèi)再鉆進(jìn)0.5～1.0m，在原位提桿再注漿復(fù)噴一次加強(qiáng)。

5 ?總結(jié)

通過對(duì)閆千戶車站深基坑旋噴樁止水帷幕施工情況總結(jié)，可以得出以下結(jié)論：

①旋噴樁施工范圍（占地面積）小、振動(dòng)小，噪音低，施工可平行作業(yè)面多，總體施工工期短;

②高壓旋噴樁適用于人工雜填土、黏土、粉質(zhì)粘土等地層的加固止水處理效果比較好。

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