單機雙軸高壓旋噴樁在地基處理中的應用

敖小平 郭志浩 王志堅

江西省地質(zhì)工程（集團）公司 江西 南昌 330030

高壓旋噴樁以水泥為主要原料，加固土體的質(zhì)量高、可靠性好，具有增強地基強度、提高地基承載力[1]、止水防滲、減少支擋建筑物土壓力、防止砂土液化和降低土的含水量等多種功能[2-3]。該工藝在地基基礎工程中廣泛應用，現(xiàn)有技術是通過履帶式低架旋噴樁機[4]以及后期出現(xiàn)的滾筒式旋噴樁機[5-6]進行施工。履帶式低架旋噴樁機施工深度有限，每次鉆進一定深度后，需要不斷通過孔口接桿進行鉆進，造成施工過程不連續(xù)、工效低。此外，在履帶式低架旋噴樁機施工時也經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆的問題。采用滾筒式旋噴樁機進行施工可以一次性成樁，然而滾筒式旋噴樁機采用的是單根鉆桿[7-8]，當工程量較大或工期緊張時，需要投入大量滾筒式旋噴樁機，這對場地條件以及用電用水等都有很大的要求。同時，為保證多臺滾筒式旋噴樁機的施工，需要更多的人手操作，從而大大增加勞動力成本，且多臺滾筒式旋噴樁機的水泥攪拌系統(tǒng)也會對環(huán)境帶來影響。本文針對工程量比較大的項目，提出并介紹了單機雙軸旋噴樁雙重管加固地基施工技術，并在上海市靜安區(qū)某項目中成功應用。

1 工程概況

背景工程位于上海市靜安區(qū)，基坑開挖面積較大，約31 900 m2，外圍總周長799 m，基坑支護結(jié)構(gòu)安全等級為一級，環(huán)境保護等級為一級，基坑開挖深度為22.9 m。

本工程場地地層屬上海地區(qū)濱海平原地貌，場地內(nèi)地層總體分布較穩(wěn)定。基坑開挖深度范圍涉及的土層主要有：①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉性土、④黏土、⑤1-1黏土、⑤1-2粉質(zhì)黏土、⑥暗綠色粉質(zhì)黏土、⑦1砂質(zhì)粉土、⑦2粉砂。

本工程基坑圍護止水及地基加固采用高壓旋噴樁進行處理，工程量57 924 m3。高壓旋噴樁設計直徑為800 mm，搭接200 mm，設計樁長為20～26 m，水泥摻量為25%。

本工程地基加固及基坑止水的旋噴樁工程量大、工期緊，傳統(tǒng)的高壓旋噴樁施工工藝無法滿足施工要求。為此，通過技術創(chuàng)新及設備改進，提出了單機雙軸高壓旋噴樁新工藝。

2 單機雙軸高壓旋噴樁施工原理

單機雙軸高壓旋噴樁施工原理主要為“五相同五同步”，具體如下：通過同一臺卷揚機控制雙軸以同一速度同步下沉和提升，通過同一個控制箱的相鄰2個開關控制2個鉆桿動力頭功率相同的電動機以同一轉(zhuǎn)動速度進行攪拌，通過同一套水泥漿攪拌系統(tǒng)攪拌同一水泥漿，通過相鄰2個動力控制箱控制2套功率相同的注漿泵以同一注漿壓力進行同步注漿，通過同一臺空氣壓縮機的2根分支輸氣管以同一壓力將壓縮空氣同步送到雙軸管道。雙軸間距根據(jù)設計樁徑和搭接長度進行定位固定，形成一次完成2根高壓旋噴樁施工的創(chuàng)新工藝，從而滿足設計要求。單機雙軸高壓旋噴樁機及其施工情況如圖1、圖2所示。

圖1 單機雙軸高壓旋噴樁機示意

圖2 單機雙軸高壓旋噴樁施工示意

3 施工操作要點

3.1 施工技術準備

1）熟悉圖紙，進行施工技術交底，提高施工人員對工程技術要求、規(guī)程、規(guī)范及工藝技術措施的熟悉程度。

2）按有關規(guī)定做好水泥等原材料的采樣及復試工作。

3.2 放線定位

由現(xiàn)場測量人員根據(jù)設計圖紙用全站儀測定樁的控制點，并做好標識。經(jīng)監(jiān)理單位檢查合格后，用引線和直尺定位區(qū)間樁位。開挖溝槽前采用引線控制，確保樁位誤差小于50 mm。

3.3 鉆機組裝

根據(jù)設計圖紙要求及高壓旋噴樁搭接間距，確定單機雙軸的間距，組裝2個鉆桿動力頭、2套注漿系統(tǒng)及1個攪拌系統(tǒng)、1臺空氣壓縮機（帶2根分支輸氣管）。

3.4 鉆機就位

開挖溝槽后將組裝完畢的鉆機進行就位。在施工前必須對樁機的平整度、對中、垂直度等進行檢查，確保鉆頭與樁位之間偏差小于10 mm，樁機垂直度小于1%。鉆孔前應檢查所有附屬設備并進行試運行，觀察設備運行是否處于正常狀態(tài)。根據(jù)設計孔深確定鉆桿長度，鉆桿長度應大于設計樁長2 m，采用油漆在鉆塔旁標注鉆孔深度控制線。

3.5 雙軸同步下沉鉆進

用單機雙軸鉆機成孔，鉆頭直徑75 mm，通過一臺卷揚機控制安裝2個電動機的固定架，從而使雙軸鉆桿可以以相同速度同步下沉和提升，鉆孔深度應大于設計樁底深度0.3～0.5 m。鉆孔過程中用鉆塔吊錘線檢查樁機的垂直度，鉆進中不得發(fā)生傾斜和移動，垂直度偏差小于1/100，確保雙軸或兩排的高壓旋噴樁搭接符合設計要求。

3.6 雙軸同步攪拌

1）當雙軸鉆桿下沉至地面以下約30 cm時，通過樁機操作室中電動機控制箱的開關進行同步啟動，雙軸鉆桿連接的是相同功率的電動機，啟動后雙軸轉(zhuǎn)速相同，同步下沉攪拌。

2）根據(jù)地層摩阻力的情況，可以選擇功率為22 kW或38 kW的電動機。

3.7 相同壓力同步送氣

1）采用1個空氣壓縮機安裝1個出口開關，然后分成2根送氣管與雙軸連接。

2）在雙軸鉆桿接觸地面之前立即開動空氣壓縮機將高壓空氣經(jīng)由雙軸輸送至鉆頭，以免鉆頭噴漿口被堵塞。

3.8 相同壓力同步注漿

1）采用同一套水泥漿攪拌系統(tǒng)進行自動計量給料，配制符合設計要求的水泥漿。

2）攪拌系統(tǒng)攪拌合格后的水泥漿，通過管道進入攪拌系統(tǒng)后臺的同一儲漿池。

3）2套注漿泵通過管道在同一儲漿池取漿，然后以相同的注漿壓力同步輸送至雙軸。

4）2套注漿泵的型號均為XFB-90D，功率為90 kW，工作壓力為38 MPa，由同一操作人員啟動或關閉2個注漿泵動力控制箱的開關。

3.9 雙軸同步攪拌提升

1）當雙軸鉆桿達到設計深度后，通過卷揚機和鉆桿電動機同步由底部向上旋噴提升。

2）噴漿后，觀察高壓泵是否達到預定的注漿壓力，確認穩(wěn)定后約5 s開始逐漸提升雙軸鉆桿，以防出現(xiàn)異常情況而扭斷鉆桿。雙軸鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升均按設計要求的速度連續(xù)工作直至樁頂標高，不得隨意中斷。若提升過程中出現(xiàn)故障，應停止提升，以免出現(xiàn)樁身不均勻或斷樁，立即檢查并及時修復。

4 施工過程質(zhì)量控制措施

1）鉆孔前，先對組裝完的雙軸鉆桿鉆頭噴漿口進行射水試驗，檢查鉆桿及噴漿口、噴氣孔是否堵塞，待氣、水壓正常后，才能進行鉆孔下沉施工。

2）高壓旋噴樁加固土體的主要材料為P.O 42.5R水泥，進場原材料按規(guī)程進行抽樣送檢，檢驗合格后才能使用。水泥采用罐裝封閉并做好環(huán)保措施，攪拌系統(tǒng)的自動計量儀器應有在有效期內(nèi)的鑒定合格證。

3）高壓旋噴樁正常施工前，應該通過不少于3根試驗樁確定高壓旋噴樁施工參數(shù)，如水灰比、提升速度、漿液相對密度、單機雙軸水泥用量等，通過試驗選擇最佳施工參數(shù)。

4）灰漿攪拌應均勻，并進行過濾。儲漿池中漿液采用電動機不斷攪動，以免出現(xiàn)沉淀情況。

5）提升噴漿過程中出現(xiàn)中斷，修復后重新施工時，應在中斷處向下0.5 m左右重復噴漿攪拌，防止出現(xiàn)斷樁。

6）雙軸提升前，密切關注孔口漿液是否正常返漿。如果不正常，則停止提升，檢查原因；如果是空隙或滲透漏漿，則保持注漿不提升，直至孔口返漿正常后才能提升雙軸鉆桿。

5 結(jié)語

單機雙軸高壓旋噴樁具有施工速度快、成樁質(zhì)量好、噪聲小、污染小等優(yōu)點。上海市靜安區(qū)某項目通過應用該新設備、新技術，確保了施工工期，在基坑開挖過程中，基坑圍護止水效果及地基加固效果均到達設計及施工要求。該技術經(jīng)提煉形成的“一種單機雙軸雙旋噴樁加固地基的施工方法”已申請國家發(fā)明專利并受理，取得了一定社會效益和經(jīng)濟效益。