三重管高壓旋噴樁作為止水帷幕的應(yīng)用

無(wú)錫地鐵二號(hào)線9標(biāo)

摘要：在一些大城市，隨著地鐵建設(shè)和高層建筑的崛起，不少深基坑工程都采用了高壓噴射注漿技術(shù)來(lái)進(jìn)行深基坑的止水防滲，而三重管旋噴樁是其施工工藝的最先進(jìn)形式。本文主要介紹無(wú)錫地鐵二號(hào)線穿越靖海高架橋時(shí)，三重管旋噴樁的主要施工工藝。

關(guān)鍵詞：地鐵；旋噴樁；橋樁；沙層

1.工程概況

1.1工程周邊環(huán)境

無(wú)錫地鐵二號(hào)線靖海公園站位于上馬墩路與江海東路交界處，2號(hào)線車站沿上馬墩路縱向（東-西）布置，與設(shè)于沿江海東路布置的3號(hào)線形成“T”型換乘，車站位于城市主干道下，覆土3m，車站采用明挖施工。上馬墩路規(guī)劃道路紅線為30m，江海東路規(guī)劃道路紅線為68m，江海東路上部設(shè)有分離式雙向6車道江海高架。車站西北側(cè)設(shè)置連接2號(hào)線與3號(hào)線的聯(lián)絡(luò)線，同時(shí)對(duì)于聯(lián)絡(luò)線與車站結(jié)構(gòu)之間部分地塊擬與車站結(jié)構(gòu)同步施工以進(jìn)行商業(yè)開發(fā)，覆土3m。

1.2工程地質(zhì)

基坑范圍內(nèi)從上至下地層分別為：①1雜填土、③1a粉質(zhì)粘土、③1粘土、③3粉土夾粉質(zhì)粘土、④1粉砂、⑥1粘土、⑥2粉質(zhì)粘土、⑦1粉質(zhì)粘土、⑦2粉土、⑦3粉質(zhì)粘土、⑧1粉質(zhì)粘土、⑧2a粉質(zhì)粘土夾粉土、⑧3粉質(zhì)粘土、⑧4a粉質(zhì)粘土夾粉土、⑧4粉土、⑧5粉質(zhì)粘土、⑧6a粉質(zhì)粘土夾粉土、⑨1粘土、⑨2a粉土夾粉質(zhì)粘土、⑨2粉砂、⑩2粉質(zhì)粘土。2號(hào)線車站結(jié)構(gòu)底板主要座落⑥1層上，連續(xù)墻底主要落在⑦1、⑦2層上；3號(hào)線車站結(jié)構(gòu)底板主要座落⑥2層上，連續(xù)墻底主要落在⑧3、⑧4a層上；聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)底板主要座落⑥1、⑥2層上，連續(xù)墻底主要落在⑧3層上。

本段防水的重點(diǎn)在于④1粉砂層，該土層夾在兩層淤泥質(zhì)粘土層之間，位于地面下2.10～6.20米左右，層厚4.1m左右，由于該層為透水層，且在基坑開挖范圍內(nèi)，該層處理的好壞，直接關(guān)系到基坑日后開挖是否漏水。

1.3 地下水文情況

根據(jù)地下水賦存條件，本工點(diǎn)在勘察深度內(nèi)沿線地下水類型主要為松散巖類孔隙水，具體包括：全新統(tǒng)潛水層②、全新統(tǒng)微承壓水③1、上更新統(tǒng)承壓水③2、上更新統(tǒng)承壓水③3，中更新統(tǒng)承壓含水層③4。對(duì)工程影響較大的主要為新統(tǒng)微承壓含水層③1，

該含水層由③3層粉土夾粉質(zhì)粘土、④1層粉砂組成，評(píng)述如下：

全線分布較普遍，富水性較低。頂板埋深一般在4.70～7.10m，頂板標(biāo)高-3.45～-1.50m，層厚4.40～13.10m。地下水類型為HCO3·SO4-Na·Ca型水。地下水位受河水位及季節(jié)性降水控制，上、下普遍分布隔水層，分別為③1層粘土、⑥1層粘土，因此具微承壓性。該含水層在勘察期間地下水位埋深1.46～2.90m、平均2.56m，標(biāo)高0.74～2.39m、平均1.15m。

由于本工點(diǎn)開挖深度大于該含水層埋深，故該含水層對(duì)地鐵施工影響較大。

1.4 方案確定

本車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻施工工藝，在穿越靖海高架橋時(shí)，受高度及橋樁限制，無(wú)法進(jìn)行地下連續(xù)墻施工。根據(jù)本段的地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)采用φ1200@1350鉆孔灌注樁進(jìn)行圍護(hù)加固，樁間采用φ800@600三重管旋噴樁旋噴樁進(jìn)行止水，旋噴樁深度達(dá)到基坑底5米，通過(guò)樁間旋噴樁與灌注樁的咬合從而達(dá)到止水的效果。

圖1 車站三重管旋噴樁施工平面圖

2資源配置

2.1 勞動(dòng)力計(jì)劃

勞動(dòng)力具體分工如表1所示。表中為每套設(shè)備的人員配置，工地施工采用24小時(shí)2班制，在施工中應(yīng)各司其職，認(rèn)真負(fù)責(zé)，相互協(xié)作，互相監(jiān)督。機(jī)械操作工必須作好現(xiàn)場(chǎng)鉆孔記錄，取得第一手地質(zhì)資料，以便注漿技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)資料及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)。注漿記錄人員必須把當(dāng)班的記錄及時(shí)整理。高壓泵工應(yīng)隨時(shí)注意注漿泵壓力變化，值班工程師及時(shí)記錄并根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整注漿壓力及施工工藝參數(shù)。

勞動(dòng)力組織表 表1

序號(hào)工種人數(shù)（每班）職責(zé)備注

1工班長(zhǎng)2做好施工管理工作，負(fù)責(zé)本班組的勞動(dòng)力安排

2機(jī)械操作工4負(fù)責(zé)鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、移位和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)記錄

3機(jī)前工8負(fù)責(zé)機(jī)械運(yùn)行安全維修和移位測(cè)量

4高壓

泵工6負(fù)責(zé)高壓泵運(yùn)行送漿正常；換漿換水操作、作業(yè)安全

5清潔工2負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)文明施工

6值班工程師2負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)和管理

合計(jì)22

2.2 主要施工機(jī)械設(shè)備

主要施工機(jī)械設(shè)備如表2所示。

主要機(jī)械設(shè)備配套表 表2

序號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量

1旋噴機(jī)械XP-30臺(tái)2

2高壓水泵XPB-90E臺(tái)2

3高壓漿泵XPB-90D臺(tái)2

4空壓機(jī)健豹臺(tái)2

5攪漿機(jī)械JBJ-1000臺(tái)2

6攪漿機(jī)械JBJ-3000臺(tái)2

7抽漿設(shè)備泥漿泵臺(tái)2

8螺旋水泥輸送機(jī)FS-250臺(tái)1

3 施工方法

3.1 施工原理及工藝流程

三管法旋噴是一種水、氣噴射、漿液灌注攪拌混合噴射的方法。即用三層噴射管使高壓水和空氣同時(shí)橫向噴射，并切割地基土體，借空氣的上升力把被破碎的土由地表排除；于此同時(shí)，另一個(gè)噴嘴將水泥漿低壓力噴射注入到被切割、攪拌的地基中，使水泥漿與土混合達(dá)到加固目的，其加固直徑可達(dá)800～2000mm。

采用三管法旋噴，應(yīng)先送高壓水、再送水泥漿和壓縮空氣；噴射時(shí)先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿量后，再逐漸提升注漿管，注漿管分段提升的搭接長(zhǎng)度不得小于100mm；當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)樁頂高度或地面出現(xiàn)溢漿現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停止當(dāng)前樁的旋噴工作，并將旋噴管拔出并清洗管路。旋噴樁施工工藝流程見圖2。

3.2 施工工藝參數(shù)

施工工藝參數(shù)見表3

旋噴樁施工主要技術(shù)參數(shù) 表3

項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)

壓縮空氣氣壓（MPa）0.5

水壓力（MPa）20～30

水泥漿壓力（MPa）0.5～1

水灰比0.8：1～1：1

提升速度（cm/min）6～12

旋轉(zhuǎn)速度（r/min）8～12

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)配比，確定水泥用量270kg/m，水灰比1：1，可計(jì)算出水泥漿密度為：

1.50～1.51g/cm3

可計(jì)算出每根樁水泥用量為：21.394m×270 kg/m÷1000=5.8t。

每延米旋噴樁消耗水泥漿所占體積：（270+270）÷1.5÷1000=0.36m3

以單位時(shí)間的噴漿量和噴嘴提升速度計(jì)算，計(jì)算公式為：

由 Q=（H/v）q（1+β）推算

q/v=Q/（H*（1+β）

式中 Q—漿量（L）；

H—樁長(zhǎng)（cm）；

q—單位時(shí)間噴漿量（L/min）；

β—損失系數(shù)，通常0.1～0.2（本方案取0.15）；

v—提升速度（m/min）。

q/V=Q/（H*（1+β）=0.36×1000/（100×（1+0.15））=3.13

3.3 旋噴樁施工方法

3.3.1 施工準(zhǔn)備

（1）場(chǎng)地平整

正式進(jìn)場(chǎng)施工前，進(jìn)行管線調(diào)查后，清除施工場(chǎng)地地面以下1米以內(nèi)的障礙物，不能清除的做好保護(hù)措施，然后整平、夯實(shí)；同時(shí)合理布置施工機(jī)械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場(chǎng)地的“三通一平”。

（2）樁位放樣

施工前用全站儀測(cè)定旋噴樁施工的控制點(diǎn)，打設(shè)木樁作為標(biāo)記，經(jīng)過(guò)復(fù)測(cè)驗(yàn)線合格后，用鋼尺和測(cè)線實(shí)地布設(shè)樁位，并用竹簽釘緊，一樁一簽，保證樁孔中心移位偏差小于50mm。

（3）修建排污和灰漿拌制系統(tǒng)

旋噴樁施工過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生10～20%的返漿量，將廢漿液引入沉淀池中，沉淀后的清水根據(jù)場(chǎng)地條件可進(jìn)行無(wú)公害排放。沉淀的泥土則在開挖基坑時(shí)一并運(yùn)走。沉淀和排污統(tǒng)一納入全場(chǎng)污水處理系統(tǒng)。

灰漿拌制系統(tǒng)主要設(shè)置在水泥罐附近，便于作業(yè)，主要由灰漿拌制設(shè)備、灰漿儲(chǔ)存設(shè)備、灰漿輸送設(shè)備組成。

（4）由于施工區(qū)域部分在高架橋下，受高架橋凈高（7.3m）限制，我部對(duì)路面基層進(jìn)行破除降低處理，并對(duì)旋噴樁樁機(jī)高度進(jìn)行調(diào)整，以滿足施工需要。

3.3.2 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位后，對(duì)樁機(jī)進(jìn)行調(diào)平、對(duì)中（采用水平靠尺與鉆井機(jī)架吊錘球相結(jié)合的方法整平機(jī)架，對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)樁位；而后用經(jīng)緯儀或全站儀進(jìn)行復(fù)核），調(diào)整樁機(jī)的垂直度，保證鉆桿應(yīng)與樁位一致，偏差應(yīng)在50mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差小于1.5%；鉆孔前應(yīng)調(diào)試空壓機(jī)、泥漿泵，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常；校驗(yàn)鉆桿長(zhǎng)度，并用紅油漆在鉆塔旁標(biāo)注深度線，保證孔底標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)深度。

3.3.3 噴水引孔鉆進(jìn)

鉆機(jī)施工前，應(yīng)首先在地面進(jìn)行試噴，在鉆孔機(jī)械試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，正式開始鉆進(jìn)。鉆孔過(guò)程中要詳細(xì)記錄好鉆桿節(jié)數(shù)，保證鉆孔深度的準(zhǔn)確。為防止泥砂堵塞噴嘴，要邊射水邊鉆進(jìn)，高壓水噴嘴要用塑料布包裹，以防泥土進(jìn)入管內(nèi)。

3.3.4 旋噴提升

當(dāng)噴射注漿管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，接通泥漿泵，然后由下向上旋噴，同時(shí)將泥漿清理排出。噴射時(shí)，先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力，待噴漿正常后再逐漸提升旋噴管，以防止旋噴管被扭斷。為保證樁底部的的成樁質(zhì)量，噴嘴下沉到設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)在原位置旋轉(zhuǎn)10秒鐘左右，待孔口冒漿正常后再旋噴提升。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，鉆機(jī)發(fā)生故障，應(yīng)停止提升鉆桿和旋轉(zhuǎn)，以防斷樁，同時(shí)立即檢修排除故障。在旋噴提升過(guò)程中，可根據(jù)不同的土層，調(diào)整旋噴參數(shù)。

3.3.5 鉆機(jī)移位

旋噴提升到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)停止旋噴，提升鉆頭，清洗注漿泵及輸送管道，然后將鉆機(jī)移位，開始下一根旋噴樁的施工。

4 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢查措施

4.1 旋噴樁施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

旋噴樁的施工技術(shù)要求見表4。

旋噴樁施工技術(shù)檢查表 表4

項(xiàng)

目序

號(hào)檢查項(xiàng)目允許偏差或允許值檢查方法

單位數(shù)值

主控項(xiàng)目1水泥及外摻劑質(zhì)量符合出廠要求查產(chǎn)品合格證書或抽樣送檢

2水泥用量合設(shè)計(jì)要求查看流量表及水泥漿水灰比

3樁體強(qiáng)度或完整性檢查設(shè)計(jì)要求按規(guī)定方法

4地基承載力設(shè)計(jì)要求按規(guī)定方法

一般項(xiàng)目1鉆孔位置mm≤50用鋼尺量

2鉆孔垂直度%≤1.5經(jīng)緯儀測(cè)鉆桿或?qū)崪y(cè)

3孔深mm±100用鋼尺量

4注漿壓力按設(shè)定參數(shù)指標(biāo)查看壓力表

5樁體搭接（按設(shè)計(jì)要求）mm>150用鋼尺量

6樁體直徑mm≤50開挖后用鋼尺量

7樁身中心允許偏差 ≤0.2D開挖后樁頂下500mm處用鋼尺量，D為樁徑

4.2 施工檢查內(nèi)容

（1）施工前檢查

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水泥的質(zhì)量合格證及復(fù)驗(yàn)報(bào)告；

②漿液配合比是否合適工程實(shí)際土質(zhì)條件；

③機(jī)械設(shè)備是否正常，在施工前應(yīng)對(duì)高壓旋噴設(shè)備、高壓泥漿泵、水泵等作試機(jī)運(yùn)行，同時(shí)確保鉆桿（特別是多重鉆桿）、鉆頭及導(dǎo)流器暢通無(wú)阻；

④施工前還應(yīng)對(duì)地下障礙情況統(tǒng)一排查，以保證鉆進(jìn)及噴射達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

⑤施工前檢查樁位、壓力表、流量表的精度和靈敏度。

（2）施工中檢查

施工中重點(diǎn)檢查內(nèi)容有：

①鉆桿的垂直度及鉆頭定位；

②水泥漿液配合比及材料計(jì)量；

③鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、沉鉆速度、提鉆速度及旋轉(zhuǎn)速度等；

④噴射注漿時(shí)噴漿、噴水、噴氣的壓力、注漿速度及注漿量；

⑤孔位處的冒漿狀況；

⑥噴嘴下沉標(biāo)高及注漿管分段提升時(shí)的搭接長(zhǎng)度；

⑦施工記錄是否完備，每施工完成一根樁應(yīng)有詳細(xì)的施工原始記錄。

（3）施工后檢查

施工后按照設(shè)計(jì)要求對(duì)樁體強(qiáng)度及地基承載力進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

4.3 成樁質(zhì)量檢查

（1）質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)間、內(nèi)容

施工完成后對(duì)樁體施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，應(yīng)在高壓噴射注漿結(jié)束后28天進(jìn)行，檢查內(nèi)容主要為28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu>=1.0Mpa，抗?jié)B系數(shù)<1.0×10-7cm/s。

（2）質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)量、部位

檢驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量為施工孔數(shù)的1%，并且至少要檢驗(yàn)3個(gè)點(diǎn)。

5、實(shí)施效果

在三重管旋噴樁止水帷幕實(shí)施后，在基坑的開挖過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)樁間漏水點(diǎn)比較少，只在局部發(fā)現(xiàn)過(guò)漏水點(diǎn)，在發(fā)現(xiàn)的漏水點(diǎn)處通過(guò)注水玻璃雙液漿的方式進(jìn)行處理，能比較迅速的堵住漏水點(diǎn)，總體來(lái)說(shuō)，效果比較好，達(dá)到了預(yù)期效果。

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