水下混凝土灌注樁空樁段泥漿固化處理技術(shù)

胡聯(lián)銳

（中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430040）

1 概述

自凝灰漿、固化灰漿技術(shù)是在塑性混凝土墻的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，多用于水利工程防滲墻施工，特別是在臨時圍堰防滲施工中，以其實施性強、經(jīng)濟性高、可靠性強、環(huán)保、施工便捷，在水利工程中應(yīng)用極其廣泛［1］。

在水利工程防滲墻施工中，根據(jù)項目實際狀況，先進行防滲墻槽段劃分，再進行布孔，采用成孔設(shè)備造孔，成孔后對孔內(nèi)泥漿進行置換，并清除孔內(nèi)殘渣及泥皮，先向孔內(nèi)吹氣，再向孔內(nèi)投固化料，同時氣動攪拌，形成防滲墻。該技術(shù)對孔內(nèi)泥漿固化所形成的防滲墻體的強度可達到0．5 MPa 以上，其固化體滲透系數(shù)可達到10－5cm/s ～10－7cm/s。

自凝灰漿和固化灰漿都是以護壁泥漿為基本漿材，在泥漿中加入水泥等固化材料后凝固而成防滲墻墻體。所不同的是，自凝灰漿在制漿時就加入了固化材料和緩凝劑，在造孔挖槽時起護壁作用，在造孔結(jié)束后的一定時間內(nèi)自行凝固成墻； 而固化灰漿是在單槽造孔結(jié)束后才在護壁泥漿中加入固化材料［2］。為了不影響造孔，對自凝灰漿的稠度有所限制，因此其密度和強度也相對較小。自凝灰漿和固化灰漿均具有水泥土的性質(zhì)。

2 工程概況

武漢某邊坡加固工程的支護樁采用水下混凝土灌注樁，設(shè)計采用直徑1 000 mm 后壓漿鉆孔灌注樁，設(shè)計樁頂標高－20．000 m ～－27．500 m，成孔深度65 m ～70 m，采用大動力旋挖鉆機施工。為確保鉆機施工及行走安全，對場區(qū)地表鋪設(shè)30 cm 厚的混凝土進行硬化。地面硬化后，空樁段深度約為19 m ～27 m，扣除2 m ～3 m 的混凝土超灌高度后，實際空樁段長度仍達17 m ～25 m。

樁位平面圖中，設(shè)計基樁中心距離為3．0 m，理論凈間距僅2． 0 m。單根工程樁成樁后，樁位孔內(nèi)仍有17 m ～25 m 深的殘余泥漿，泥漿在較長時間靜滯后，逐步滲透至周圍土體，使土體軟化，進而造成孔壁坍塌，隨著坍塌范圍的擴大，影響相鄰未施工的樁成孔；如相鄰樁已施工，則導致相鄰孔位處形成串通，混凝土路面下出現(xiàn)空洞而形成裂縫，嚴重影響旋挖鉆機施工及行走安全［3］。

在混凝土路面出現(xiàn)裂縫后，項目現(xiàn)場即停止在該部位的施工，對出現(xiàn)坍塌的孔位采取回填黏性土和細砂，但由于空孔段較深、成樁后孔內(nèi)殘余泥漿較濃，黏性土和砂回填后不能下沉至17 m ～25 m 深的孔底，加上孔內(nèi)有后壓漿注漿管、聲波透射管、鉆芯取樣管、地熱管及樁身檢測等數(shù)據(jù)導線，用樁基施工完后的渣土或雜填土回填不能滿足施工要求，必須進行固化處理［4］。

3 回填處理方案比選

3．1 空樁段地層土質(zhì)較差

在空樁段影響深度范圍內(nèi)，自上而下分布有素填土、軟塑～可塑黏性土、3 m ～9 m 厚軟塑～可塑淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土、粉砂、粉砂互層土，且成樁后孔內(nèi)有殘余泥漿，旋挖鉆機在施工及行走過程中使土體產(chǎn)生變形和沉降，造成孔壁失穩(wěn)，進而引發(fā)地表塌陷； 此外由于孔壁坍塌，易將后壓漿注漿管、聲波透射檢測管折斷，影響后壓漿施工和樁基檢測。

3．2 空樁泥漿加固方案比選

根據(jù)以上情況，項目本著安全、經(jīng)濟、可行的原則，結(jié)合現(xiàn)場實際作業(yè)情況，尋求解決方案，并從處理方案的可行性、經(jīng)濟性、施工便捷性等方面綜合考慮對比，能迅速有效地解決空樁段的塌孔問題［5－6］。

泥漿處理方案應(yīng)考慮以下因素：

1） 處理措施及時有效，能有效防范現(xiàn)場安全風險，能防止坍孔。

2） 處理措施不能影響現(xiàn)場樁基施工。

3） 處理方案不能對空樁孔內(nèi)的后壓漿注漿管、聲波透射管及其他檢測元件、地緣熱泵管等造成破壞。

4） 處理后的泥漿不能影響后續(xù)基坑開挖，不增加后期處理難度，不增加較大的處理代價。

根據(jù)以上要求，現(xiàn)場對幾種方案進行了比選。

方案一：黏性土、黃砂回填方案。

該方案其優(yōu)勢較為明顯，可就地、就近取材，造價成本較低，施工操作簡單便捷。但該方案的劣勢極為明顯，其一，由于孔內(nèi)有殘余泥漿，經(jīng)一段時間沉淀后，樁位孔底部泥漿密度較大，黏性土在泥漿浮力作用下，不能完全回填到孔底，導致回填不密實。如需回填密實，需把泥漿抽除出場外，但由于泥漿較濃，且深度較大，實施困難，且在抽排泥漿過程中，易引發(fā)再次坍孔風險，進而引發(fā)次生災(zāi)害； 其二，回填時，極易對壓漿管、聲測管等造成損壞。

方案二：注水泥漿固化。

該方案是套用灌注樁后壓漿的方法。其優(yōu)勢是：1） 固化效果明顯；2） 操作簡單便捷，對樁基施工影響較??；3） 費用相對較低。

但其劣勢也較為明顯：

1） 固化后泥漿與水泥漿混合固化物抗壓強度較高，影響后續(xù)地緣熱泵管、檢測數(shù)據(jù)線的剝離，且檢測數(shù)據(jù)線的成活率不高；2） 影響后續(xù)土方開挖；3） 溢出的泥漿需外排，增加成本且不環(huán)保；4） 后續(xù)剝離地熱管、檢測數(shù)據(jù)線的人工成本高、時間長。

方案三：采用C10 混凝土對孔內(nèi)泥漿充填置換。

該方案優(yōu)勢明顯：簡單易操作，固化效果直接、迅速、明顯。

其劣勢與方案二類似，且成本更高，影響現(xiàn)場樁基施工。

方案四：自凝固化灰漿。

該方案的優(yōu)勢是施工操作簡單、便捷，固化較為迅速，無需外排泥漿，施工環(huán)保，成本相對較低，泥漿固化后的固化物強度不高，類似于水泥土攪拌樁，不會對地熱管、數(shù)據(jù)線等造成破壞，對后續(xù)施工產(chǎn)生的影響較小。

但該方案也有劣勢：對樁基施工同步交叉進行，相互之間有一定影響。

綜合以上方案對比，采用固化灰漿方式方案從技術(shù)、經(jīng)濟、安全等方面均優(yōu)于其他方案，能滿足施工要求。

4 工藝流程及操作要求

4．1 工藝原理

固化灰漿施工工藝源自防滲墻施工技術(shù)，是膨潤土或黏性土、水泥、砂、粉煤灰、水玻璃等材料通過一定配比混合而成，混合方式采用氣動攪拌或機械攪拌方式。

泥漿中摻入固化料后，即開始產(chǎn)生水化反應(yīng)，但其與純水泥漿所產(chǎn)生的水化反應(yīng)慢。水化過程中，水泥各成分開始水化，水泥與膨潤土、孔內(nèi)黏性土顆粒周圍有凝膠體，隨著時間的延長，膠凝態(tài)水化物與小顆狀水化物也增加，并充填于固化結(jié)合體中的孔隙中，形成固化灰漿的骨架結(jié)構(gòu)，從而達到固化孔內(nèi)泥漿的目的。

4．2 影響固化物效果的主要因素

根據(jù)自凝固化灰漿的工藝原理，項目現(xiàn)場進行了配合比設(shè)計，并反復(fù)試驗，通過室內(nèi)試驗，最終確定了固化摻量配合比及施工工藝參數(shù)。

室內(nèi)試驗結(jié)果表明，樁位孔內(nèi)泥漿的濃度、水泥用量、水玻璃的摻量和攪拌時間對固化效果都有較大關(guān)系，且不同的摻量，對固化物的強度也產(chǎn)生直接影響。

按配合比向空孔內(nèi)投入水泥、砂，并注入水玻璃等，同時通過插入孔底的空壓機風管吹動孔內(nèi)泥漿翻滾，以起到氣動攪拌的作用?？變?nèi)灰漿在攪拌后3 h ～5 h 內(nèi)達到固化的效果，進而對周邊土體起到穩(wěn)固的作用，防止塌孔現(xiàn)象的發(fā)生［7］。

4．3 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

4．4 施工工藝

4．4．1施工準備1） 技術(shù)準備。

在進行固化灰漿處理前進行了室內(nèi)配合比試驗，確定固化灰漿各類材料用量參數(shù)。水泥宜采用早期強度較高的P．O42．5 級硅酸鹽水泥。

2） 生產(chǎn)準備。

a． 施工機具： 空壓機、風管、電動提升支架等。風管管徑宜不少于25 mm，底部加裝長度為0．5 m 的水平“工”字形鋼管，“工”字形鋼管側(cè)壁應(yīng)預(yù)留氣孔。

b．材料準備：水玻璃、中粗砂、水泥等。

4．4．2施工工藝過程

1） 在工程樁身混凝土澆筑完畢之后即可進行。

2） 測量孔內(nèi)泥漿深度，據(jù)此計算泥漿量。根據(jù)泥漿計算方量，計算出所需各類固化料的理論用量。

3） 先在樁位孔上方安裝氣動風管工作支架，再將風管安放至孔底，開啟空壓機，向樁位孔內(nèi)吹氣，空壓機的風壓不應(yīng)小于孔底最大泥漿柱壓力的1．5 倍。

4） 氣動攪拌30 min 后，向孔內(nèi)加入設(shè)計用量2/3 水玻璃，再將預(yù)拌后水泥、砂投入孔內(nèi)，并保持吹氣。

5） 加料結(jié)束后，再加入剩余1/3 的水玻璃，再繼續(xù)用風攪拌30 min，灰漿固化施工完畢，作業(yè)完成，進行下一孔位施工。

5 施工注意事項

5．1 風管安放

1） 支護樁混凝土澆筑完成后，由于孔內(nèi)泥漿密度較大，風管可能安放不到位，此時可加適量配重，確保風管底部下沉至孔底。

2） 風管底端為“工”字形，為確保底管不受孔內(nèi)壓漿、聲波透射管、鉆芯取樣管等影響，可適當調(diào)整底管的大小，或調(diào)整為“十”字形或“丁”字形。

3） 送風深度：風管采用人工投放，沿孔壁邊而下，易受壓漿管、聲測管等因素限制，大部分不能放置于孔底，造成干料未攪拌均勻即沉至風管下方。可采用吊具，將風管置于孔口中心點，并上下活動，直至孔底。

5．2 材料用量控制

由于各樁位樁頂設(shè)計標高不一、樁身混凝土超灌高度不一，在投料前應(yīng)測量空孔深度，并計算材料用量。

材料用量控制，首先是保證泥漿固化效果，同時也是為了確保泥漿固化后固化物強度不超過預(yù)期設(shè)計值，防止影響后續(xù)施工。

5．3 風管清洗

氣動攪拌過程中，應(yīng)觀察送風壓力及孔內(nèi)拌合物翻滾狀況，防止氣管堵塞。一旦堵塞，應(yīng)及時將風管提出孔內(nèi)進行清洗； 每施工完一根樁，應(yīng)對風管進行清洗，確保氣動攪拌效果。

6 結(jié)論

武漢某邊坡加固工程的支護樁采用水下混凝土灌注樁，本文介紹了空樁段回填處理方案比選、工藝流程、操作要求及施工注意事項等，得出以下結(jié)論：

1） 本項目通過采用固化灰漿技術(shù)，有效遏制了塌孔現(xiàn)象的發(fā)生，確保了灌注樁施工正常進行。泥漿經(jīng)固化灰漿處理后，再進行后壓漿施工及聲波透射檢測。

2） 基坑開挖后，泥漿固化物單軸抗壓強度經(jīng)檢測，均值在0．5 MPa ～0．8 MPa，達到了預(yù)期效果。

3） 本項目固化灰漿施工技術(shù)，為同類工程提供了經(jīng)驗借鑒。