基于改良攪拌樁機(jī)施工高壓旋噴樁的技術(shù)研究

陳古龍

（廣州市第三市政工程有限公司）

0 引言

高壓旋噴樁通過高壓泵將水泥漿液噴射到巖土體中，通過高壓射流的作用使巖土體結(jié)構(gòu)破壞并與水泥漿混合。水泥漿硬化后形成整體性好、不透水的固結(jié)體，達(dá)到加固和防滲的效果。[1]

但傳統(tǒng)的高壓旋噴樁機(jī)具有以下缺點(diǎn)：在黏土層、砂層等勻質(zhì)土層中施工時(shí)，施工質(zhì)量較容易控制，但在較硬的黏土、砂卵礫石層中施工往往比較困難，質(zhì)量難以保證，[2]施工效率低而成本較高，施工有一定的局限性；傳統(tǒng)的高壓旋噴樁鉆桿細(xì)，鉆桿噴出壓力大，導(dǎo)致鉆桿容易擺偏，無法保證樁位準(zhǔn)確性以及樁體垂直度；鉆桿需兩米接駁一次，接駁時(shí)間長(zhǎng)，施工效率低。

為了解決上述問題，提高高壓旋噴樁施工效率及施工質(zhì)量，依托廣州某市政工程來研究改良高壓旋噴施工技術(shù)。提出對(duì)攪拌樁機(jī)進(jìn)行改良、設(shè)計(jì)和制作，形成新型可施工高壓旋噴樁機(jī)的機(jī)型，并對(duì)原有的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，形成新型施工工藝。技改后能保證施工工期、提高質(zhì)量安全、節(jié)約投入、便捷施工，達(dá)到以最低成本投入，實(shí)現(xiàn)最大限度地滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要的目的，為今后的高壓旋噴樁施工提供參考。

1 工程概況及難點(diǎn)

廣州某市政項(xiàng)目的坑底止水樁采用高壓旋噴樁施工，發(fā)現(xiàn)有以下難點(diǎn)：

⑴高壓旋噴樁數(shù)量大，但常規(guī)高壓旋噴樁施工效率慢。

本工程的高壓旋噴樁坑底止水樁沿線1.771km需處理，其中，有834m 寬度為14m，937m 寬度為12m。按φ500@750×750 高壓旋噴樁計(jì)算，基坑寬度為14m 每延米存在高壓旋噴樁根數(shù)為19 根，834 延米總共為21134 根；基坑寬度為12m 每延米存在高壓旋噴樁根數(shù)為16 根，937 延米總共為19984 根；坑底止水樁總共為41118 根。高壓旋噴樁數(shù)量多，如果常規(guī)高壓旋噴樁1天完成20 根，采用10 臺(tái)機(jī)械，需206 天，即需要6 個(gè)多月，影響了施工工期。

⑵復(fù)雜地質(zhì)情況下常規(guī)高壓旋噴樁施工質(zhì)量差。

傳統(tǒng)高壓旋噴樁工法適用于素填土、粉土、黏土等一般地層，遇到砂石層、卵礫石層，以及硬塑土等復(fù)雜地層時(shí)則無法鉆進(jìn)或產(chǎn)生樁位偏移。本項(xiàng)目地質(zhì)特殊，部分地段存在較硬的黏土、較厚的粗砂層，施工質(zhì)量難以保障。

為了解決上述問題，提高高壓旋噴樁施工效率及施工質(zhì)量，提出改良高壓旋噴樁機(jī)，對(duì)原有的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，形成改良的高壓旋噴樁施工新工藝。

2 高壓旋噴樁機(jī)改良

2.1 改良原理

高壓旋噴樁機(jī)成樁動(dòng)力主要靠是鉆桿、鉆頭、噴漿眼及高壓水泥漿等，旋噴樁改良主要也是改良施工動(dòng)力。改良主要分為兩部分：一部分是本身機(jī)身改良。把常規(guī)高壓旋噴樁機(jī)架改良為攪拌樁機(jī)機(jī)架，可以減少常規(guī)高壓旋噴樁機(jī)每次接駁鉆桿的時(shí)間，提高施工效率；第二部分是鉆頭及噴漿孔的改良，提高鉆頭鉆進(jìn)能力，縮小噴漿孔，在相同噴漿情況下，噴漿強(qiáng)度提高。即結(jié)合攪拌樁機(jī)垂直度高、無需接駁鉆桿等優(yōu)勢(shì)，以及高壓旋噴樁機(jī)可達(dá)到高壓切割土體成為水泥土墻的優(yōu)勢(shì)，利用現(xiàn)有攪拌樁機(jī)，根據(jù)高壓旋噴樁機(jī)的特性，卸掉攪拌樁原鉆頭，改良為自行設(shè)計(jì)的高壓旋噴樁鉆頭，通過改良的鉆頭及施工工藝，形成新型可施工高壓旋噴樁的攪拌樁機(jī)。見圖1。

圖1 攪拌樁機(jī)架示意圖

2.2 制作高壓旋噴樁鉆頭

常規(guī)的高壓旋噴樁鉆頭采用普通鑄鐵材料，鉆頭根部采用“三叉牙式”鉆齒。而改裝攪拌樁機(jī)主要是鉆頭部分，采用高強(qiáng)度合金鋼焊接成三角形鉆頭[3]。為了在硬黏土、砂卵礫石層等復(fù)雜地質(zhì)更好地切削土體，本次改良是將鉆頭改成“三叉鋸齒式”鉆齒，鉆齒采用鈦合金材料，確保鉆頭具有足夠的強(qiáng)度可適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)。

常規(guī)攪拌樁噴漿眼范圍為1～2cm，而常規(guī)高壓旋噴樁樁機(jī)噴漿眼范圍為2～4mm，要將攪拌樁噴漿眼從常規(guī)的1～2cm 改良至2mm；規(guī)范中要求不小于20MPa壓力[4]，因此改良后的攪拌樁機(jī)也需達(dá)到高壓旋噴樁20MPa 的噴漿壓力。攪拌樁機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)不變，卸下攪拌樁鉆頭，參考高壓旋噴樁樁機(jī)的噴漿眼形狀及噴漿口范圍和鉆頭形狀，制作成可與攪拌樁機(jī)配套的高壓旋噴樁鉆頭。在鉆頭制作中確保噴漿口范圍為2mm，鉆頭比常規(guī)高壓旋鉆桿鉆頭大5cm，鉆頭中的鉆筒采用鑄鐵管材料，鉆齒采用鈦合金材料，以確保鉆頭有足夠的鉆進(jìn)強(qiáng)度。見圖2。

圖2

3 改良機(jī)械的應(yīng)用

3.1 高壓旋噴樁的布置

本工程坑底止水采用高壓旋噴樁，基坑支護(hù)樁采用拉森鋼板樁，坑底止水樁高壓旋噴樁布置圖見圖3。

圖3 高壓旋噴樁布樁圖

針對(duì)深基坑支護(hù)縫隙漏水，可以在支護(hù)樁背面施打高壓旋噴樁，以高壓旋噴樁作為掩體，封死水的流通路徑路徑，達(dá)到止水的效果。

⑴開挖前施打鋼板樁過程中，發(fā)現(xiàn)鎖口分開，在基坑外側(cè)施打高壓旋噴樁封堵漏水部位(見圖4)；

圖4

⑵止口調(diào)整部位，在鋼板樁施工完成后，在對(duì)應(yīng)部位施打高壓旋噴樁，再進(jìn)行開挖(見圖5)；

圖5

⑶轉(zhuǎn)角部位屬于薄弱部位，經(jīng)常發(fā)生漏水現(xiàn)象，可以先開挖，如果發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象，則采用高壓旋噴樁封堵止水。分為陰角轉(zhuǎn)角和陽角轉(zhuǎn)角兩種不同類型(見圖6)；

圖6

⑷在鋼板樁與SMW 工法樁或鋼板樁與灌注樁銜接處經(jīng)常發(fā)生漏水現(xiàn)場(chǎng)，預(yù)先在接縫處施打高壓旋噴樁止水處理(見圖7)。

圖7

3.2 改良機(jī)械操作流程及施工工藝

新型改良攪拌樁機(jī)施工高壓旋噴樁機(jī)的施工方法包括以下步驟：

⑴測(cè)量定位。

先整平場(chǎng)地，按上述組裝完成攪拌樁機(jī)后，再依據(jù)控制樁和施工布樁圖，準(zhǔn)確放出旋噴樁的孔位。

⑵鉆機(jī)就位、鉆孔。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)放線移動(dòng)鉆機(jī)，使鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心。同時(shí)為保證鉆機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度，鉆機(jī)就位后必須作水平校正，使其導(dǎo)向架中的鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心位置，垂直度控制按攪拌樁鉆桿導(dǎo)向架控制垂直度不超過1/150，保證鉆孔垂直度，確保樁位偏差。鉆進(jìn)成孔，孔徑按設(shè)計(jì)要求為φ500mm 或者φ600mm，平面位置偏差不得大于50mm，采用原土造漿護(hù)壁。

⑶鉆孔、試噴。

啟動(dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，放松攪拌機(jī)吊索，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架攪拌切土下沉，下沉速度可由電機(jī)的電流監(jiān)測(cè)表控制，工作電流不應(yīng)大于70A。如果下層速度太慢，可從輸漿系統(tǒng)補(bǔ)給清水以利鉆進(jìn)。鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，旋噴管及鉆桿已在鉆桿導(dǎo)向架上，進(jìn)行試噴，確定施工技術(shù)參數(shù)。為保證施工質(zhì)量須進(jìn)行試樁，以校驗(yàn)和確定施工工藝參數(shù)是否合理。如本工程樁徑500mm 單管高壓旋噴樁進(jìn)行封底時(shí)，水泥用量為200㎏/m，工作壓力≥20MPa，實(shí)樁長(zhǎng)為5m，旋噴樁底至地面高達(dá)13.4～16m，空樁長(zhǎng)8.4～11m，通過試樁，確定成樁直徑為500mm 的高壓旋噴樁施工工藝參數(shù)如下：

注漿管：提升速度為20㎝/min；漿液壓力：20MPa；流量>60L/min，水灰比：1:1。

⑷樁機(jī)噴注漿。

⑸廢棄漿液處理。

⑹沖洗機(jī)具。

⑺移動(dòng)旋噴機(jī)具至下一孔位。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目通過改良攪拌樁機(jī)施工高壓旋噴樁，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

⑴施工效率快。普通高壓旋噴樁樁施工時(shí)，每2m 需接駁鉆桿，且需配2 人接駁鉆桿；新型攪拌樁機(jī)施工高壓旋噴樁不需接駁鉆桿，不需配2 人接駁鉆桿，操作簡(jiǎn)便，節(jié)省人力及時(shí)間成本。

⑵成樁垂直度高。按攪拌樁樁機(jī)導(dǎo)向架控制垂直度比普通高壓旋噴樁機(jī)按鉆桿接駁垂直度要高，確保了施工樁基的成樁質(zhì)量。

⑶成樁質(zhì)量好?？梢园l(fā)揮攪拌樁機(jī)鉆桿的動(dòng)力以及高壓旋噴樁機(jī)旋噴的動(dòng)力，確保砂或土和水泥漿液充分?jǐn)嚢杌旌铣蓸?，單管高壓旋噴樁改良攪拌樁機(jī)可達(dá)到雙管高壓旋噴樁樁機(jī)的施工效果。

【參考文獻(xiàn)】2000.

[2] 張齊焰,高瑩.高壓旋噴樁防滲技術(shù)在卵石混砂土層中的應(yīng)用[J].科技視界,2016（18）：196-199.

[3] 蔡桂標(biāo).特殊條件下旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)及成樁質(zhì)量分析[J].廣東土木與建筑,2018，25（08）：26-28.

[4] JGJ 79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.