高壓旋噴樁加固巖溶空洞軟弱地基施工技術(shù)

劉子銦

摘要：在改革開放的新時期，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及城市化水平的不斷提高，在巖溶空洞軟弱地基上修筑的高層建筑越來越多。如何采取合理的措施來加固巖溶空洞軟弱地基具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。本文在已有的高壓旋噴樁加固技術(shù)相關(guān)理論基礎(chǔ)上，以一典型巖溶地基場地高層建筑項目為依托工程，結(jié)合地質(zhì)勘查結(jié)果、現(xiàn)場檢測以及高壓旋噴樁加固技術(shù)資料的收集與分析，并引入土工試驗、室內(nèi)配合比試驗、微觀結(jié)構(gòu)分析等手段，確定了包括施工工藝、總體布置以及高壓旋噴固結(jié)體的配合比等設(shè)計參數(shù)在內(nèi)的巖溶空洞軟弱地基高壓旋噴樁加固方案，采用鉆孔取芯、物探等方法對地基加固處理效果進行檢驗，檢驗結(jié)果表明，此典型巖溶地基范圍內(nèi)土洞和溶洞經(jīng)高壓旋噴樁處理后均得以填充，土洞和溶洞填充物的密實度較高，無鉆孔泥漿漏失問題的存在，經(jīng)過高壓旋噴樁加固處理后，地基的完整性、穩(wěn)定性以及連續(xù)性均得以顯著提高。本文研究內(nèi)容可為今后類似水文地質(zhì)條件下巖溶空洞軟弱地基的加固處理提供技術(shù)資料，供行業(yè)參考使用。

關(guān)鍵詞：高壓旋噴樁;巖溶空洞軟弱地基;地基處理

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化水平的不斷提高，在巖溶場地修筑的高層建筑也越來越多。巖溶不良地質(zhì)內(nèi)沿地基不同深度處往往分布著較多數(shù)量的溶洞或土洞。

一、高壓旋噴樁地基處理概況

以柳州市柳江區(qū)中醫(yī)醫(yī)院整體搬遷項目為例，本工程基礎(chǔ)類型為筏板加下柱支墩基礎(chǔ)，墩臺在地下室筏板下，根據(jù)勘察報告，急診醫(yī)技住院部綜合樓局部基礎(chǔ)底地基存在軟弱下臥層和溶洞不滿足設(shè)計要求，需要對地基進行加固處理設(shè)計，根據(jù)勘察報告建議，設(shè)計采用高壓旋噴樁對地基進行加固。高壓旋噴樁樁徑為600mm，樁距600mm（800mm），有效樁長為不小于6m或到達巖面，噴射注漿采用P.O42.5以上標號的普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比為0.8～1.2。單樁承載力特征值達到60KN，處理后的地基承載力特征值達到150KN。

二、高壓旋噴樁加固巖溶空洞軟弱地基施工工藝

2.1引孔

可根據(jù)地層情況采用旋噴時一次性完成成孔，或采用 SH-30 型鉆機跟管引孔（或 采用擠密碎石樁鉆機），開孔平面位置誤差須小于10cm，引孔直徑100mm ，引孔深度不小于7m或達到巖面。成孔后地層不穩(wěn)定時，可放入 PVC管，作為旋噴管放入通道。

2.2鉆機定位。移動旋噴樁機到指定樁位，將鉆頭對準孔位中心，同時整平鉆機，放置平穩(wěn)、水平，鉆桿的垂直度偏差不大于 1%～1.5%。就位后，首先進行低壓（ 0.5MPa）射水試驗，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

2.3制備水泥漿。樁機移位時，即開始按設(shè)計確定的配合比拌制水泥漿。本工程旋噴樁漿液采用P.O42.5硅酸鹽水泥，水灰比為0.8～1.2的水泥漿。為防止水泥離析，應(yīng)在灰漿機中不停攪拌，為保證漿液的濃度，采用二次攪拌配制漿液。

2.4鉆孔（三重管法）。當采用地質(zhì)鉆機鉆孔時，鉆頭在預(yù)定樁位鉆孔至設(shè)計標高（預(yù)鉆孔孔徑為 15cm）。

2.5插管（單重管法、 二重管法）。當采用旋噴注漿管進行鉆孔作業(yè)時， 鉆孔和插管二道工序可合而為一。當?shù)谝浑A段貫入土中時，可借助噴射管本身的噴射或振動貫入。其過程為：啟動鉆機，同時開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液， 使鉆桿沿導(dǎo)向架振動、射流成孔下沉;直到樁底設(shè)計標高，觀察工作電流不應(yīng)大于額定值。 三重管法鉆機鉆孔后，拔出鉆桿，再插入旋噴管。在插管過程中， 為防止泥砂堵塞噴嘴，可用較小壓力（ 0.5～1.0MPa）邊下管邊射水。

2.6提升噴漿管、攪拌。噴漿管下沉到達設(shè)計深度后，停止鉆進，旋轉(zhuǎn)不停，高壓泥漿泵壓力增到施工設(shè)計值（ 20～40MPa），坐底噴漿 30s 后，邊噴漿， 邊旋轉(zhuǎn)，同時嚴格按照設(shè)計和試樁確定的提升速度提升鉆桿。若為二重管法或三重管法施工， 在達到設(shè)計深度后，接通高壓水管、空壓管，開動高壓清水泵、 泥漿泵、 空壓機和鉆機進行旋轉(zhuǎn)，并用儀表控制壓力、流量和風(fēng)量，分別達到預(yù)定數(shù)值時開始提升，繼續(xù)旋噴和提升，直至達到預(yù)期的加固高度后停止。

2.7樁頭部分處理。 當旋噴管提升接近樁頂時， 應(yīng)從樁頂以下 1.0m 開始， 慢速提升旋噴，旋噴數(shù)秒，再向上慢速提升 0.5m，直至樁頂停漿面。

2.8清洗。 向漿液罐中注入適量清水， 開啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿， 直至基本干凈。 并將粘附在噴漿管頭上的土清洗干凈。

2.9補漿。 噴射注漿作業(yè)完成后， 由于漿液的析水作用，一般均有不同程度的收縮，使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，要及時用水灰比為 1.0 的水泥漿補灌。

三、高壓旋噴樁加固巖溶空洞軟弱地基施工質(zhì)量控制

3.1常見問題及其處理對策

以柳州市柳江區(qū)中醫(yī)醫(yī)院整體搬遷項目為例，本工程在施工過程中，存在以下問題及采取的措施。

（1）不冒漿或冒漿量少。加固土層粒徑過大， 孔隙較多， 采取1）加大漿液濃度， 可以從 1.1 加大到 1.3 左右繼續(xù)噴射。2）灌注粘土漿或加細砂、 中砂， 待孔隙填滿后再繼續(xù)正常噴射。3） 在漿液中摻加骨料。4） 加泥球封閉后繼續(xù)正常噴射。5）灌注水泥砂漿后， 再將孔內(nèi)水泥漿置換成粘土漿， 待孔隙填滿后繼續(xù)正常噴射。

（2）冒漿量過大。有效噴射范圍與噴漿量不適應(yīng)， 采取1） 提高噴射壓力。2） 適當縮小噴嘴直徑。3） 適當加快提升速度。 由于冒漿量中含有地層顆粒和漿液的混合體，對冒漿中的水泥的分離回收尚無適宜方法，在施工中采用過濾、沉淀、 回收調(diào)整濃度后再利用。

（3） 凹穴處理。采取1）在噴射灌漿完畢時， 連續(xù)或間斷地向噴射孔內(nèi)靜壓灌注漿液， 直至孔內(nèi)混合液凝固不在下沉。2）在噴射灌漿完成后， 向凝固體與其上部結(jié)構(gòu)之間的空隙進行第二次靜壓灌漿，漿液的配比為不收縮且具有膨脹性的材料， 采用水泥∶ 水∶ 鋁粉的配比為 9.8∶ 6.9∶ 0.3 的漿液。

3.2施工質(zhì)量控制措施

在施工中要制定施工細則，在施工中嚴格遵守，以保證施工質(zhì)量。（1）水泥應(yīng)有產(chǎn)品合格證和產(chǎn)品質(zhì)量證明文件方可使用。（2）旋噴樁樁體強度必須符合設(shè)計要求。（3）測量放線：施工軸線允許偏差為1cm。測量孔口地面高程允許偏差不超過1cm，定孔位允許偏差不超過2cm。鉆桿中心軸線對準孔位允許偏差不超過2cm。（4）鉆機造孔：鉆孔口徑應(yīng)大于噴射管外徑20～50mm，以保證噴射時正常返漿、冒漿。鉆孔深度大于設(shè)計開噴深度0.5～1.0m，以滿足各噴嘴前端距離。（5）孔內(nèi)測斜：孔斜率不大于1%，測量鉆桿鉆具長度，允許偏差不超過5cm。（6）下噴射管：噴射管下至開噴深度允許偏差不超過10cm。下噴射管前檢查以下事項：1）噴射管長度允許偏差不超過2%，測量噴嘴中心線是否與噴射管方向箭一致，允許偏差不超過1°，噴射管每隔0.5m標識尺度。2）將噴頭置于高壓水泵附近，試壓管路應(yīng)小于20m，試管調(diào)為設(shè)計噴射壓力。更換噴嘴時重新調(diào)試，施工用的標準噴射壓力等于設(shè)計噴射壓力加上管路壓力。3）下入噴射管時，應(yīng)采取措施防止噴嘴堵塞。（7）攪拌制漿：攪拌時不低于3分鐘，制漿材料稱量其誤差不大于5%，攪拌存放時間不超過2h，漿液溫度保持在5～40℃。（8）旋噴樁施工中，嚴格控制空壓機、高壓水泥漿泵的壓力和提升速度。高壓水泥漿泵壓力偏差不超過士1Mpa，流量偏差不超過士1L/min。壓縮氣壓力偏差不超過士0.1Mpa，流量偏差不超過士1L/min。（9）高壓噴射注漿開噴后，待水泥漿液冒出地表后，開始提升。噴射過程中出現(xiàn)壓力突降或聚增，必須查明原因，及時處理。檢查噴頭是否合格，若不合格禁止使用。旋噴旋轉(zhuǎn)速度允許偏差不超過士0.5r/min。

3.3引孔和旋噴工程的質(zhì)量保證措施

為保證引孔施工質(zhì)量，施工過程需遵循以下幾點措施：1）引孔施工前，將鉆架安放平穩(wěn)牢固，定位準確，樁位偏差不大于5cm，垂直度偏差不得大于1%。2}由于場地內(nèi)存在流沙層，引孔施工必須采用泥粉，確保成孔不塌孔，護壁管能順利安放至孔底。3）引孔過程中若出現(xiàn)掉鉆，應(yīng)準確記錄好掉鉆位置及高度，為后續(xù)旋噴注漿提供準確數(shù)據(jù)。4）引孔后，旋噴鉆機不能下放到孔底的孔位，應(yīng)再次引孔。為保證旋噴施工質(zhì)量，施工過程需遵循以下幾點措施：（1）旋噴施工前，應(yīng)將鉆架安放平穩(wěn)牢固，定位準確，噴射管傾斜度不大于1.5%，樁心偏差不大于5cm.（2）正式施工前應(yīng)做試驗樁和室內(nèi)高壓旋噴固結(jié)體配合比試驗，確定合理的旋噴參數(shù)和漿液配合比。（3）旋噴過程中，冒漿量小于注漿量的20%為正常現(xiàn)象，若超過20%或完全不冒漿時，應(yīng)調(diào)整旋噴參數(shù)或改變噴嘴直徑（4）鉆桿旋轉(zhuǎn)和提升必須連續(xù)不中斷，拆卸接長鉆桿或繼續(xù)旋噴時要保持鉆桿有10^}20cm的搭接長度，以免出現(xiàn)斷樁。（5）在旋噴過程中，若遇到孤石或大的漂石，樁位可適當調(diào)整，避免畸形樁和斷樁。（6）旋噴時，要做好壓力，流量和冒漿量的量測工作，鉆桿的旋噴和提升必須連續(xù)不斷。當拆卸鉆桿繼續(xù)旋噴時，要注意保持鉆桿有0.5 m的搭接長度，不得使噴射固結(jié)體脫節(jié)。

結(jié)語

巖溶空洞軟弱地基存在溶洞土洞多，分布復(fù)雜、巖面起伏大、地下水多等特點，在巖溶場地的建設(shè)工程，若不經(jīng)處理直接施工，容易造成地面塌陷等問題，對工程建設(shè)安全具有不利影響。如何采取合理的措施來加固巖溶空洞軟弱地基具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。高壓旋噴樁是巖溶地基處理的方法之一，特別是考慮到在遵循施工方便、安全可靠和經(jīng)濟合理的原則下采用高壓旋噴工藝加固地基優(yōu)勢更明顯，不僅該工藝所需設(shè)備簡單，拆遷方便，旋噴固結(jié)體強度高，而且無論是工期、質(zhì)量還是投資控制綜合均為最優(yōu)方案之一。

參考文獻

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