高壓旋噴樁在廈漳同城大道凈空受限段的軟基處理應(yīng)用

雷鵬、呂全綱

（中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430056）

0 引言

高壓噴射注漿法通常分成兩個階段。第一階段是采用普通鉆機(jī)邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)成孔，使噴射頭鉆至設(shè)計標(biāo)高后停止鉆動。第二階段是噴射形成水泥土體加固的階段，即提升鉆桿旋噴注漿。水泥漿通過旋噴管的噴射頭上的橫向噴嘴向周圍土體噴射，旋噴過程中水泥漿液的壓力大于20MPa。同時鉆桿一邊旋轉(zhuǎn)一邊向上提升，作為主固化劑的水泥漿液通過加壓設(shè)備產(chǎn)生一定的壓力，高壓噴射流強(qiáng)大的切削能力使四周土體與水泥漿液混合在一起，水泥水化物與土體反應(yīng)形成的結(jié)晶，經(jīng)過長期物理、化學(xué)變化之后，形成強(qiáng)度較高的圓柱狀的噴射固結(jié)體即旋噴樁，達(dá)到改良土質(zhì)、降低土中含水量、提高地基承載力、減少土層壓縮變形、減小工后沉降、阻止?jié)B水、防止砂土液化的目的。

當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)為淤泥質(zhì)土、淤泥、砂性土、黏性土、素填土等時，采用高壓噴射注漿法處理效果較佳。高壓噴射注漿法根據(jù)噴射管的不同分為單管、雙管、三管和雙高壓多重管。在道路軟土地基加固中主要采用單管噴射工藝法施工。高壓噴射注漿設(shè)備構(gòu)造簡單，體積不大，操作靈活，鉆機(jī)高度小于4m，適宜處理場地狹小、凈空受限的道路軟基段。高壓噴射注漿施工過程中具有低振動、噪音較低的特點(diǎn)，對加固區(qū)域附近振動影響小。施工現(xiàn)場因場地狹小、凈高受限或安全要求影響施工機(jī)械進(jìn)場時可采用高壓旋噴樁處理。高壓旋噴樁鉆機(jī)在施工場地狹小的路段施工時，可靠近現(xiàn)有構(gòu)造物30cm 處施工而不擾動附近土體，在場地狹小、凈空受限的道路軟基段具有獨(dú)特的優(yōu)越性。高壓旋噴樁復(fù)合地基處理后，軟土地基土體強(qiáng)度得到改善，穩(wěn)定性和工后沉降達(dá)到要求。本文結(jié)合廈漳同城大道工程建設(shè)的有關(guān)情況，對高壓旋噴樁設(shè)計和施工過程的樁體質(zhì)量檢查和工程質(zhì)量的檢驗方法等進(jìn)行了介紹，并給出了工程實(shí)例。

1 工程基本情況

廈漳同城大道主線和輔道在K20+335 和K20+643處均有3 條高壓線，線路斜跨施工區(qū)域，高壓電線線路為：110kV 的角崇線、35kV 的三星支線。高壓線路凈空最低處高度約為14m，高壓線路下需保證安全施工距離。原設(shè)計主線軟基處理方案為CFG 樁，輔道采用擠密砂樁處理。施工主要機(jī)具的高度約為20m，樁架高度較高，不滿足施工安全距離的要求。高壓線短期無法遷改，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，只能將本段高壓線影響范圍內(nèi)的CFG 樁和擠密砂樁處理改為高壓旋噴樁處理（見圖1），以確保路基工程能夠盡快進(jìn)行施工?，F(xiàn)場勘察報告顯示，本段樁體穿過的路基巖土參數(shù)如表1 所示。

圖1 高壓旋噴樁施工

表1 路基巖土參數(shù)

2 高壓旋噴樁設(shè)計處理方案和設(shè)計計算

2.1 設(shè)計方案

高壓旋噴樁施工工藝建議采用單管法，設(shè)計噴射樁徑為60cm，設(shè)計用灰量不少于200kg/m（水泥摻量通過試樁確定），水灰比可取0.8～1.2，水泥漿液壓力不宜小于20MPa，提升注漿液速度150～250mm/min，旋轉(zhuǎn)速度15～25r/min。高壓旋噴樁樁距2.0m，樁長15m，呈正三角形布置。樁體施工完后現(xiàn)場檢測樁體28 天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于2.5MPa，單樁和復(fù)合地基承載力分別大于265kN、140kPa。

高壓旋噴樁處理地基：穩(wěn)定性計算包括路堤邊坡和地基的穩(wěn)定性驗算，穩(wěn)定驗算采用總應(yīng)力法（瑞典條分法），安全系數(shù)以K＞1.1 控制。

高壓旋噴樁加固處理后沉降計算采用復(fù)合壓縮模量Es 法。

2.2 設(shè)計計算

2.2.1 單樁豎向承載力的設(shè)計計算

現(xiàn)場載荷試驗是確定單樁豎向承載力特征值的比較可靠的方法。也可按《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-02—2013）式(3.2-1)和式(3.2-2)估算，取其中較小值。

2.2.2 復(fù)合地基的設(shè)計計算

現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗可確定復(fù)合地基承載力特征值。也可按《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-02—2013）式（3.2-3）計算。

2.2.3 高壓旋噴樁沉降驗算

復(fù)合地基的變形包括兩部分，分別為旋噴樁復(fù)合地基加固區(qū)的壓縮變形S1 和加固區(qū)樁端下臥層的壓縮變形S2。S1、S2 可按《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-02—2013）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007—2011）的有關(guān)規(guī)定計算。

3 高壓旋噴樁施工工藝

施工前認(rèn)真對施工范圍內(nèi)地下管線等情況進(jìn)行詳細(xì)了解，復(fù)核旋噴樁的設(shè)計樁位位置；進(jìn)行大面積施工前，必須結(jié)合現(xiàn)場情況選取典型作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場工藝性試樁，每個工點(diǎn)試驗樁根數(shù)不少于5 根。其目的是：校驗打樁設(shè)備、取得大面積施工的各項控制參數(shù)，其中包括水泥漿稠度、下鉆速度、提鉆速度、攪拌次數(shù)、旋噴壓力等，整理成試樁成果，用于指導(dǎo)大面積施工。

施工工藝流程：場地整平—測量定位—移動鉆機(jī)到達(dá)指定樁位—鉆至設(shè)計深度—旋噴注漿成樁—機(jī)具移位—開始下一根樁的作業(yè)。

定位：調(diào)整鉆桿、對準(zhǔn)樁位。移動機(jī)具到指定樁位，調(diào)整機(jī)身至與地面垂直，將鉆頭對準(zhǔn)樁心位置，鉆桿需進(jìn)行雙向調(diào)平，再進(jìn)行調(diào)整對中以及精確調(diào)平。鉆桿的垂直度偏斜不超過1%，鉆桿垂直度允許偏差不大于1%，鉆機(jī)口位置與設(shè)計樁位的偏差不超過5cm，鉆機(jī)對位偏差不超過2cm。

移動機(jī)具到達(dá)指定樁位后，抄平搭架平臺，鉆桿應(yīng)與地面垂直，啟動鉆機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)作業(yè)。鉆桿鉆入地下時為防止泥砂堵塞噴嘴，使用的壓力一般不大于10MPa，同時漿液與四周土體進(jìn)行首次噴射混合，漿液和土體拌和后，減小旋噴作業(yè)時土層的阻力，保證加固范圍土層與水泥漿充分?jǐn)嚢?。鉆孔后，根據(jù)要求進(jìn)行檢查，檢查包括孔位、成孔深度及垂直度。

高壓泥漿泵壓力需調(diào)整至預(yù)定的壓力后才可噴射漿液，噴漿后勻速旋轉(zhuǎn)提升注漿管，以防旋噴管扭斷。為保證樁底密實(shí)均勻，在底部旋轉(zhuǎn)30s 左右，再邊噴漿、邊旋轉(zhuǎn)，同時勻速提升注漿管。隨時注意泵壓的調(diào)整和異常情況。做好旋噴作業(yè)時冒漿情況的記錄，一般冒漿量控制在20% 以內(nèi)。如果注漿量大于20%，或者出現(xiàn)不冒漿的情況，應(yīng)排除故障，查明冒漿原因，并采取有效措施，防止冒漿異?，F(xiàn)象。為了保證施工質(zhì)量，應(yīng)特別重視冒漿異常情況的發(fā)生，這是確保加固質(zhì)量的關(guān)鍵。

旋噴和復(fù)攪：注漿管插到土層的相應(yīng)位置后，控制回流閥門，使?jié){液罐設(shè)備的壓力滿足設(shè)計要求，高壓漿液輸送到噴管后，調(diào)整噴嘴的方向、擺動的角度，調(diào)控準(zhǔn)備完畢后，控制工作臺及高壓泵閥門，開始提升注漿管、噴射，成樁范圍為從設(shè)計深度往上成樁，距樁頂1m 時，復(fù)噴提升注漿管時放慢攪拌速度和提升速度，提鉆上升的檔位調(diào)控為最慢的1 檔，并進(jìn)行一次復(fù)攪，保證樁體攪拌均勻，因為距離地面以下1m 深度范圍內(nèi)承受的荷載較大，加強(qiáng)樁頂1m 范圍內(nèi)的質(zhì)量成為提高樁體承載力的關(guān)鍵。當(dāng)噴射作業(yè)完成時，要在注漿孔采用二次補(bǔ)灌，防止旋噴樁體因加固體頂部出現(xiàn)漿液凹穴而影響樁頂高程。旋噴作業(yè)過程中，旋轉(zhuǎn)速度、提鉆速度、噴射注漿壓力、加固體的水泥含量、水泥漿稠度等參數(shù)將直接影響樁身的均勻性和有效樁徑，水灰比控制是否合適也將影響樁體的強(qiáng)度大小。在旋噴作業(yè)過程中，應(yīng)隨時注意觀察漿液初凝時間，及時記錄噴射時間、用漿量、提鉆速度、旋擺角度、壓力變化、噴射方法等，中間發(fā)生故障時，應(yīng)停止作業(yè)并及時檢查排除故障。

水泥漿的制作：硬化劑可采用水泥，選用強(qiáng)度等級為42.5 級的普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8～1.2，嚴(yán)格按試驗配合比提前制備漿液，并攪拌均勻，水泥漿攪拌時間不宜過長，一般控制在15min，制備的水泥漿攪拌時間少于15min 和超過初凝時間的不可使用；為保證噴嘴暢通，水泥漿流入第一級過濾網(wǎng)過濾，然后經(jīng)第二道過濾網(wǎng)過濾后流入儲漿桶，同時保證攪拌均勻。

高壓噴射作業(yè)完成后，應(yīng)注入清水清洗噴射管等機(jī)具設(shè)備中殘存的漿液，防止水泥漿硬結(jié)堵管。將清水注入漿液罐后，開啟高壓泵，沖洗泥漿泵、噴射管、膠管內(nèi)的水泥漿直至基本清洗干凈。

4 高壓旋噴樁成樁質(zhì)量監(jiān)測方法

高壓旋噴作業(yè)完成7d 后，使用初探法可全面地檢查旋噴固結(jié)體的質(zhì)量。主要檢查噴射加固體的均勻性并且進(jìn)行觸探檢驗。成樁后28d，使用取芯法，對樁體的完整性以及內(nèi)部土質(zhì)是否均勻、整體長度是否符合要求進(jìn)行判定，一般選擇樁身中較為均勻的部位，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測，取芯的比例為1～1.5 個百分點(diǎn)。

對于成樁質(zhì)量的監(jiān)測，如果樁體的不合格率低于10%，則該樁體符合要求；如果不合格率在10～20%之間，則需要進(jìn)行補(bǔ)樁；如果不合格率超過30%，則認(rèn)為樁體成樁質(zhì)量不合格，不能使用。

對于取芯操作之后的樁體，需要采用與樁體強(qiáng)度相同的水泥砂漿對孔洞進(jìn)行封堵。在旋噴注漿結(jié)束28d 后，現(xiàn)場隨機(jī)檢測單樁承載力和復(fù)合地基承載力，檢查數(shù)量不少于已經(jīng)完成樁數(shù)的0.5%，同時每個作業(yè)點(diǎn)不少于3 根，荷載量的最大值應(yīng)當(dāng)為設(shè)計荷載的2 倍。

5 高壓旋噴樁試樁及成果分析

此次試樁9 根，每根均摻加外加劑三乙醇胺，添加劑量為水泥漿體積的萬分之一。取芯檢測6 根，其中4 根芯樣長度符合要求，單樁承載力和復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計要求。

編號1-4 樁的參數(shù)注漿壓力值為32MPa，鉆桿提升速度為19.56cm/min，單樁每延米樁身水泥用量為200kg；編號1-5 樁的參數(shù)注漿壓力值為31MPa，鉆桿提升速度為15.34cm/min，單樁每延米樁身水泥用量為222.2kg；編號1-6 樁的參數(shù)注漿壓力值為31MPa，鉆桿提升速度為17.1cm/min，單樁每延米樁身水泥用量為229.6kg；編號1-7 樁的參數(shù)注漿壓力值為32MPa，鉆桿提升速度為21.42cm/min，單樁每延米樁身水泥用量為207.4kg。

經(jīng)過對9 根試樁數(shù)據(jù)以及檢測結(jié)果對比，最終確定編號1-4 試樁的技術(shù)參數(shù)，作為此次高壓旋噴樁的工藝參數(shù)。

將1-4 試樁定為施工參數(shù)分析如下：

1-4 試樁參數(shù)為旋噴壓力32MPa、鉆桿轉(zhuǎn)速為15r/min、提升速度19.56cm/min、水灰比1∶1。經(jīng)過檢測過后樁身完整性很好，28d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度4.4MPa，單樁每延米水泥用量為200kg，相對于其他試樁水泥用量最少，成樁效果好。

6 結(jié)語

通過在實(shí)際工程中分析高壓旋噴樁的作業(yè)過程以及質(zhì)量檢測結(jié)果可以看出，試樁這一環(huán)節(jié)對于高壓旋噴樁質(zhì)量控制和成本控制有著非常重要的作用，如果在前期不能通過試樁總結(jié)出合理的施工參數(shù)，很容易出現(xiàn)大規(guī)模返工和浪費(fèi)的現(xiàn)象。從該項目通車后的情況來看，旋噴樁處理道路軟基工程，地基土強(qiáng)度改良效果好，地基穩(wěn)定性好，工后沉降量較小，尤其是在場地狹小、凈空受限的場地具有獨(dú)特的適用性。本文結(jié)合實(shí)際工程項目進(jìn)行分析，具有突出的現(xiàn)實(shí)意義。