高壓旋噴樁新式三重管法的應(yīng)用

黃強

摘 要：基于改良高壓旋噴樁施工工藝，采用新式三重管法施工砂石為主的地基，止水效果顯著。

關(guān)鍵詞：高壓旋噴樁 新式三重管法 止水帷幕 應(yīng)用

1.導(dǎo)言

高壓旋噴樁作為地基止水處理的一種技術(shù)措施，多用于深基坑止水帷幕、防止地基突涌冒水等方面地基加固。深圳至中山跨江通道西人工島西小島成功應(yīng)用高壓旋噴樁新式三重管法止水施工技術(shù)，減緩海水滲透小島內(nèi)，達到基坑施工期間安全穩(wěn)定目的，值得借鑒。

2.工程概況

西小島島壁結(jié)構(gòu)采用插入式鋼圓筒結(jié)構(gòu)，島壁外側(cè)的海水水位平均高程+0.52m，鋼圓筒底部的粗砂、礫砂、砂礫狀強風(fēng)化巖、碎塊狀強風(fēng)化巖與海水聯(lián)通，富含承壓水，具有較高的滲透性。小島內(nèi)標(biāo)高-35m以下地層以風(fēng)化巖為主，標(biāo)高-30～-35m地層以滲透性較強的黃色中粗砂為主，標(biāo)高-18.5～-30m地層以黏土、淤泥質(zhì)土為主，標(biāo)高-18.5m以上為回填中粗砂。西小島內(nèi)基坑需開挖至-10m以下，僅靠西小島內(nèi)外降水井降水，達不到基坑開挖穩(wěn)定要求。為了滿足基坑施工期間西小島地下水滲流穩(wěn)定和突涌穩(wěn)定要求，沿小島內(nèi)鋼圓筒壁布置高壓旋噴樁止水帷幕。

止水帷幕采用三排連續(xù)的高壓旋噴樁，設(shè)計樁底標(biāo)高至中風(fēng)化巖層頂部，設(shè)計樁底標(biāo)高-36.2～-48.7m，樁頂標(biāo)高-21.5～-30.2m，樁長8.7～27m，樁徑0.8m，搭接寬度0.2m。取芯28d無側(cè)限抗壓強度不小于1.5MPa，取芯率不小于85%，樁長不小于設(shè)計值。要求單孔取芯注水滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/ s，一周內(nèi)小島及周邊鋼圓筒停止抽水狀態(tài)下小島內(nèi)潛水滲流水量不大于300m3/d，小島內(nèi)承壓水水位標(biāo)高不高于-11.0m。

3.高壓旋噴樁施工

3.1高壓旋噴樁工藝流程

鉆機就位→試噴→鉆進→邊提升邊高壓旋轉(zhuǎn)噴漿→廢棄漿液處理→沖洗機具。

3.2施工控制要點

⑴施工前測量定位；⑵調(diào)整好鉆桿垂直度；⑶嚴(yán)格按照水灰比稱重配比；⑷事先在樁架上標(biāo)識好鉆桿底部達到樁底設(shè)計標(biāo)高時鉆桿頂端到達樁架的計算位置，用以控制鉆桿鉆進深度；⑸噴漿時嚴(yán)格控制上提和旋轉(zhuǎn)速度，抽查氣壓和噴漿壓力，抽查水泥漿流量和比重；⑹噴漿時注意返漿效果；⑺儀表標(biāo)定；⑻斷樁補樁處理。

3.3工藝試驗

3.3.1第一次試樁

試樁使用高壓旋噴樁機功率2 2 k w，噴嘴2 m m，采用傳統(tǒng)三重管法施工。施工參數(shù)：氣壓0. 6～0. 8 M P a，水泥漿壓≥3 0 MPa，旋轉(zhuǎn)速度為10-14r/min。允許偏差：樁位中心±50mm，樁長不小于設(shè)計，垂直度不大于1%。設(shè)五組試驗，每組三根樁，樁徑0.8m，相互搭接寬度0.2m。前四組水灰比分別為1：1、1：1.2、1：1.3、1：1.5，提升速度10cm/min，噴漿量70L/min；第五組水灰比為1：1，提升速度12cm/ min，噴漿量70L/min。

工藝試驗樁樁底標(biāo)高-36.2m，頂標(biāo)高-21.5m，樁長14.7米，孔口標(biāo)高+2.5m。試樁施工完成后進行取芯檢驗，取芯檢測結(jié)果顯示：本次試樁取芯樁長為3.65m～13.25m，均未達到設(shè)計樁長要求；芯樣上部分連續(xù)較完整和下部分破碎無法制樣，存在明顯不均質(zhì)性；五組取芯率36.4%～81.7%，未達到設(shè)計要求85%；取芯28天無側(cè)限抗壓強度2.1～8.5MPa，均達到1.5MPa以上，合格率為100%。

試樁成果分析：

①槽底部較硬，旋噴樁機動力頭功率22kw，動力較小，切割地層力不足，攪拌土漿不夠均勻，致下部分芯樣夾泥、夾砂、水泥含量少，芯樣破碎不完整，無法制樣。

②設(shè)計要求樁體垂直度不超1 %，平面位置偏差不大于5 0 m m，樁間搭接0 . 2 m。在樁間搭接中心取芯，按照最不利偏差成樁，樁底中心最大偏位為38.74m*1%+0.05m=0.437m>0.2m，可能存在樁間未搭接造成取芯未達到設(shè)計樁長情況。

③由于成樁深度較深，加上制漿后臺與鉆機距離較遠，噴漿管從后臺到噴漿口長度約130m，能量損耗較大，從噴漿管出來的漿壓和水泥漿流量不足，影響成樁質(zhì)量。

④出漿孔和出氣孔相距較近，當(dāng)高壓噴漿時，空氣壓力0.65Mpa，漿壓30Mpa，漿壓遠遠大于空氣壓力，且由于樁底較深，周邊地質(zhì)密實，空氣沒有及時溢出，導(dǎo)致漿液、氣體在氣管周圍推擠，水泥漿及土質(zhì)混合物一小部分進入氣管中。時間長凝固，使氣管堵塞，拔管檢修，重新接樁影響成樁效果。

3.3.2第二次試樁

試樁使用高壓旋噴樁機功率59kw，噴嘴2mm，噴漿管口至后臺制漿罐長度調(diào)整在50m內(nèi)，氣壓調(diào)整為0.7～1.0MPa，水泥漿壓≥30 MPa，旋轉(zhuǎn)速度為21r/min。第二次試樁分兩組。第一組成樁樁徑為0.8m，間距為0.6m，搭接0.2m，正梅花形布置；第二組成樁樁徑為0.8m，間距為0.4m，搭接0.4m，正梅花形布置。第一組前三根，第二組后九根采用“新式三重管法（高壓雙噴法）”施工。新式三重管法是將傳統(tǒng)三重管（空氣+高壓水泥漿+水）施工工藝改造為“空氣+雙高壓水泥漿三重管高壓旋噴樁”施工工藝，并在管底兩側(cè)焊上15cm切割葉片；第一組后六根，第二組前九根采用“雙重管法（單噴法）”。提升噴漿水灰比為1：1，雙噴漿量140L/min，提升速度在粉砂、中粗砂、強風(fēng)化巖層中為10cm/min，在淤泥及黏土地層為15cm/min；單噴漿量70L/min，提升速度在各地層均為10cm/min。

本次試樁底標(biāo)高-48.7m，頂標(biāo)高-21.5m，樁長27.2米，孔口標(biāo)高+3.5m。試樁施工完成后進行取芯檢驗，取芯檢測結(jié)果顯示：

（1）第一組試樁（搭接寬度0.2m）取芯率在65.1%～78.2%范圍內(nèi)，黏土淤泥中成樁較完整，砂石地層較破碎無法制樣，不滿足設(shè)計要求的85%。

（2）第二組試樁（搭接寬度0.4m）采用單噴高壓噴漿的樁體取芯率51.1%、57.4%、57.8%，黏土淤泥中成樁較完整，砂石地層較破碎無法制樣，不滿足設(shè)計要求的85%。

（3）第二組試樁（搭接寬度0.4m）采用雙噴高壓噴漿的樁體較完整，取芯率90.3%、94.0%、94.7%，滿足設(shè)計要求的85%。

（4）試樁取芯共取9簇，28天無側(cè)限抗壓強度為2.8～6.8MPa，均滿足設(shè)計不小于1.5MPa要求。第一組單噴和雙噴各一簇芯樣總長分別為17.6m、23.7m，第二組單噴有一簇芯樣總長20.3m，均達不到設(shè)計樁長，其他6簇均達到設(shè)計樁長。

深中通道管理中心召開高壓旋噴樁試樁施工技術(shù)總結(jié)會，會中確定調(diào)整高壓旋噴樁樁徑0.8m、搭接0.4m，三排連續(xù)，要求施工主要參數(shù)：氣壓0.7～1.0MPa、水泥漿壓≥30MPa、旋轉(zhuǎn)速度21r/min、水泥漿水灰比1：1、比重1.52g/cm3；在粉砂、中粗砂、風(fēng)化巖層中采用雙噴施工，提升速度10cm/min；在淤泥及黏土地層中采用單噴施工，提升速度15cm/min；雙噴漿量140L/ min，單噴漿量70L/min；水泥用量雙噴粉砂及以下1064kg/m，單噴淤泥及黏土層355kg/m。以此進行典型施工。

3.4典型施工及正式施工

典型施工完成，抽芯結(jié)果滿足設(shè)計要求，在辦理設(shè)計變更手續(xù)后監(jiān)理人批準(zhǔn)了旋噴樁正式施工方案和開工報告，施工參數(shù)參照典型施工，在砂層及以下地層采用“新式三重管法（高壓雙噴法）”，到淤泥及黏土層時，關(guān)閉一條水泥漿管，采用雙重管法單噴水泥漿施工。

正式施工期間，參建單位認為單孔取芯進行注水試驗不能全面分析西小島基坑島壁止水帷幕的阻斷效果。因此，考慮通過在島內(nèi)承壓水層內(nèi)埋設(shè)孔隙水壓力傳感器及水位管，對承壓水層的孔隙水壓力及小島內(nèi)水位進行監(jiān)測，在止水帷幕完成后，停止鋼圓筒和小島內(nèi)降水，觀察停泵期間，島內(nèi)承壓水層的孔壓及水位變化情況，可對島內(nèi)外承壓水的阻斷情況進行評價，并從整體上驗證島壁止水帷幕效果。故設(shè)計單位同意取消抽芯檢測，改為埋設(shè)孔隙壓力管和水位管檢測驗證止水帷幕的阻斷效果。正式施工完成一段時間后進行了止水效果檢驗。

4.止水效果檢驗

4.1暫停抽水

止水效果檢驗期間小島及周邊鋼圓筒的降水井停止抽水一周。

4.2試驗孔位和儀器布置

水位管SW1-2和SW1-1分別布置在小島東西兩側(cè)標(biāo)高為-18.0m潛水位地層；水位管SW2-2、SW2-1及孔隙水壓力測頭1～4號分別布置在小島東西兩側(cè)承壓水層，其標(biāo)高分別為-37.4m、-37.5m、-37.5m、-37.5m、-33.0m、-35.4m。一周內(nèi)每天早上8點監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖1、圖2、圖3所示。

4.3滲水量計算

一天內(nèi)透水量為Q = A* h * n（Q-滲水量m3；A-小島投影面積m2；h-島內(nèi)回填砂中潛水水位變化量m；n-給水度，查工程手冊中粗砂取0.25 ）。西小島島內(nèi)面積為 7134.8m2，根據(jù)潛水位變化量與時間曲線關(guān)系圖查得SW1-1水位在第五天水位變化量最大，為150mm，故西小島一天內(nèi)最大透水量為7134.8*0.15*0.25=267.56 m3，滿足設(shè)計不大于300m3/d要求。

4.4水位標(biāo)高計算

孔隙水水位標(biāo)高=測頭埋設(shè)標(biāo)高+孔隙水壓強換算高度（孔隙水壓強換算高度h=p/（ρg），h-換算高度m，p-孔隙水壓強Pa，ρ-水密度取1000kg/m3，g-重力加速度取10N/ kg），得h=10-4p，經(jīng)計算得到1～4號孔最高水位標(biāo)高分別為-13.48m、-14.06m、-14.1m、-11.59m；根據(jù)承壓水位標(biāo)高隨時間變化曲線圖查得，SW2-2、SW2-1孔的承壓水最高水位分別為-11.219m、-12.629m。在承壓水位1～4號及SW2-2、SW2-1孔中最高水位標(biāo)高為-11.219m。承壓水最高水位標(biāo)高滿足設(shè)計不高于-11.0m要求。

5.結(jié)束語

采用傳統(tǒng)三重管法和雙重管法施工的高壓旋噴樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土中處理地基，對于應(yīng)用在砂石地層，其取芯率低，成樁質(zhì)量不佳，止水效果差。深中通道西小島止水帷幕通過改良高壓旋噴樁施工工藝，在砂石為主的地層中采用新式三重管法施工高壓旋噴樁，止水效果顯著。

參考文獻：

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