提高復(fù)雜地質(zhì)及長空樁高壓旋噴樁點位合格率措施簡述

◎王宏波 劉宇航 姜浩 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概況

孟加拉卡納普里河底隧道項目（簡稱KTP項目）位于孟加拉國吉大港市郊區(qū)卡納普里河入海口約500m位置，路線全長9265.971m，隧道段全長3315m（西岸明挖段395m，西岸工作井25m，盾構(gòu)段2450m，東岸明挖段420m，東岸工作井25m）。

工作井基坑尺寸為46.7m（長）×23m（寬）×21.7m（高）?？紤]到所在位置地質(zhì)條件較差（為細砂、粉細砂與粘土互層），工作井圍護結(jié)構(gòu)采用了“1000mm厚地下連續(xù)墻+5道鋼筋砼支撐”的結(jié)構(gòu)體系。

為控制工作井地下連續(xù)墻的位移、防止坑底土體的隆起、減小與明挖暗埋段銜接處地下連續(xù)墻的側(cè)土壓力，盾構(gòu)工作井內(nèi)坑底及井外陰角處均采用了φ850mm@600mm滿堂高壓旋噴樁加固的設(shè)計方案。

按照設(shè)計要求，工作井封底旋噴樁單樁長度均為5m,陰角加固旋噴樁樁底與封底旋噴樁底面齊平，東西岸封底旋噴樁空鉆長度均較長，分別達到了23.15m和21.70m?？紤]到高壓旋噴樁成樁區(qū)域需要穿透硬質(zhì)地層，高噴臺車直接鉆孔噴漿施工效率過低，施工中首先采用XY-1型地質(zhì)鉆機進行引孔，旋噴鉆機隨后進行高噴作業(yè)。東西岸高壓旋噴樁工程數(shù)量清單見表1。

表1 高壓旋噴樁工程量清單

圖1 卡納普里河底隧道項目線路總圖

圖2 西岸明挖隧道施工階段效果圖

2.工程特點

本工程高壓旋噴樁作為基坑底加固結(jié)構(gòu)，主要起擋水支撐作用，施工設(shè)備采用地質(zhì)鉆機配合SJW-60旋噴鉆機其主要施工難點如下：

（1）工程所處的現(xiàn)場地質(zhì)條件比較復(fù)雜，表層大多為流塑性細砂與粉質(zhì)粘土層，平均標(biāo)貫擊數(shù)小于15擊，場地不均勻沉降嚴重，在施工過程中易造成機械設(shè)備傾斜；施工現(xiàn)場標(biāo)高-15m以下存在密實飽和細砂層最大標(biāo)貫擊數(shù)為56擊，地層硬度大，設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)“抱鉆”現(xiàn)象。

（2）由于封底加固區(qū)空鉆長度過長，引孔垂直度即使?jié)M足設(shè)計要求也很難保證樁體部分孔位偏差值滿足設(shè)計要求。

（3）孟加拉當(dāng)?shù)厮嚯s質(zhì)較多，施工期間旋噴鉆機及高壓管經(jīng)常出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。

（4）本工程盾構(gòu)工作井基坑具有平面結(jié)構(gòu)尺寸大、基坑深、地下水豐富、地質(zhì)條件差等眾多施工安全不利因素，而封底和陰角加固高壓旋噴樁作為本工程降低這些安全風(fēng)險的有效措施，切實提高其施工點位合格率便成為公司及項目部工程質(zhì)量控制的重點。

3.施工工藝流程

見圖4。

圖4 高壓旋噴樁施工工藝流程圖

4.高壓旋噴樁施工方法及相應(yīng)改進技術(shù)措施

4.1 施工準(zhǔn)備

1）場地的三通（路通、水通、電通）一平。施工便道結(jié)構(gòu)形式采用50cm磚渣拌砂(頂層20cm摻加8%水泥)，根據(jù)施工需要工作井內(nèi)部可采用磚渣進行硬化；旋噴樁施工攪拌水泥漿用水在改移路北側(cè)機水井取水；施工用電在工作井北側(cè)一級電箱接電引致施工現(xiàn)場。

存在問題：結(jié)合西岸施工經(jīng)驗，工作井封底高壓旋噴樁施工作業(yè)區(qū)較為狹窄，旋噴鉆機施工過程中部分水泥漿液噴至附近樁位區(qū)域和已施工結(jié)束的樁位區(qū)域地表承載力過低，旋噴鉆機駐位后經(jīng)常出現(xiàn)樁機不穩(wěn)定情況，造成施工點位及成樁垂直度誤差偏大的情況。

圖3 高壓旋噴樁斷面示意圖（單位mm）

改進技術(shù)措施：針對場地泥濘承載力不足的問題，東岸高壓旋噴樁施工前，首先按照施工方案對現(xiàn)場旋噴鉆機運動軌跡進行規(guī)劃，再采用挖掘機配合壓路機對地基承載力薄弱區(qū)進行夯實碾壓處理，最后采用20mm厚鋼板鋪設(shè)在鉆機運動軌跡上，保證了旋噴鉆機在施工過程中一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)現(xiàn)場復(fù)核鋼板鋪設(shè)后，鉆機不會傾斜，施工點位及垂直度有保證。

2）人員、設(shè)備、材料進場。開工前組織技術(shù)人員學(xué)習(xí)實施性施工組織設(shè)計，閱讀審核施工圖紙，澄清有關(guān)技術(shù)問題，熟悉規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對施工人員組織進場培訓(xùn)，并進行施工技術(shù)交底與職業(yè)健康安全環(huán)保技術(shù)交底，人員操作證件等要報驗審核。

高壓旋噴樁施工所需水泥按計劃進場，在使用過程中確保每批都有質(zhì)保書，并按規(guī)范要求批量、批次在監(jiān)理工程師見證下，抽樣送至試驗室，合格后投入使用。水泥、氺稱量準(zhǔn)確、精度滿足要求。

旋噴鉆機及相關(guān)配套設(shè)備進場進行報驗，合格后方可投入使用。高壓注漿泵與空壓機均配備壓力表，以便準(zhǔn)確監(jiān)測注漿與空氣壓力。

4.2 測量放線

施工前采用GPS測定旋噴樁施工的控制點，埋石標(biāo)記，經(jīng)過復(fù)測驗線合格后，用鋼尺和測線實地布設(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。

4.3 旋噴樁施工

1）引孔。由于工作井底旋噴樁樁頂標(biāo)高位于場平標(biāo)高以下約28m，空樁較長，為提高施工效率，所以采用先引孔方式。安放引孔鉆機，使鉆頭對準(zhǔn)孔位中心，縱橫向偏差不大于50mm。

存在問題：通過設(shè)計單位編制的地勘報告、引孔記錄和西岸工作井開挖記錄，并和旋噴樁施工相關(guān)技術(shù)人員、施工人員進行了座談，了解到工程所在位置地層硬度相差較大，尤其是標(biāo)高-15.0m以下標(biāo)貫擊數(shù)達到了50擊以上，且工作井鉆孔灌注樁成孔過程中存在因地層過硬而成孔設(shè)備由正循環(huán)鉆機更改為旋挖鉆的情況。經(jīng)討論分析后得出，地質(zhì)鉆機配備的普通鉆頭無法滿足引孔垂直度要求。

改進技術(shù)措施：如需提高高壓旋噴樁點位及垂直度合格率，應(yīng)將地質(zhì)鉆機鉆頭改用巖芯鉆頭，巖心鉆頭具有硬度高、引孔效果好的特點，能夠有效改善地質(zhì)不均造成孔位偏斜的問題，且成孔后對孔位、垂直度進行驗收，驗收合格方可進行高噴施工。經(jīng)現(xiàn)場檢查對比得出，采用巖心鉆頭引孔較普通鉆頭引孔的點位誤差降低了10%，鉆孔偏斜有很大改善。

2）制漿。采用CEMⅡ/A-M(S-VL),42.5N水泥制備水泥漿。按設(shè)計或工藝試驗確定的漿液水灰比；水泥采用進料機均勻進料，稱量誤差不大于5%；使用高速機械攪拌機進行攪拌，時間不小于3min；制好的水泥漿存放于泥漿池中并定時用比重計測量其密度，漿液密度應(yīng)為1.5g/cm。

漿液使用前用濾網(wǎng)過濾。漿液存放時間：當(dāng)環(huán)境氣溫高于10℃時，不超過3小時。當(dāng)漿液存放時間超過有效時間時，應(yīng)降低標(biāo)號或廢棄處理。

3）試噴。安裝調(diào)試完噴具后，進行地面試噴，檢查管路運行情況，并調(diào)準(zhǔn)噴射方向和角度。

4）高壓噴漿。旋噴鉆機自行移至成孔處，校正旋噴鉆機水平及高噴管垂直，使高噴管與鉆孔孔向一致。為防止下管過程中堵塞噴嘴，低壓力送水下管。噴射鉆桿下至設(shè)計深度后，當(dāng)水泥漿液和壓縮空氣達到規(guī)定要求時進行定噴3min，然后按規(guī)定提升速度旋轉(zhuǎn)提升噴射鉆桿，進行噴漿作業(yè)，直至達到設(shè)計高程停止噴射。施工完畢后，將泥漿泵和高壓泵用清水沖洗干凈，管內(nèi)機內(nèi)不得殘存水泥漿。

存在問題：對旋噴鉆機調(diào)平是高壓旋噴樁施工前必備的一道工序，鉆桿垂直度是否滿足設(shè)計要求是高壓旋噴樁施工成敗的關(guān)鍵，國內(nèi)大多數(shù)高壓旋噴樁施工調(diào)平主要采用鉛錘+卷尺測量的方法，測量精度過低，無法保證1%的精確度。

改進技術(shù)措施：東岸工作井高壓旋噴樁施工前，組織專項會議對控制設(shè)備鉆桿垂直度進行討論，經(jīng)商議一致認為采用水平尺進行鉆機調(diào)平最為合理，為高壓旋噴樁成樁效果提供了良好的保障。現(xiàn)場實測證明經(jīng)采用水平尺測量，垂直度得到有效控制且大大節(jié)省了旋噴鉆機調(diào)平的時間。

5.應(yīng)用效果

安全方面：通過制定合理的施工方案，以技術(shù)保證安全，做到了本質(zhì)安全，施工過程中未發(fā)生任何安全事故。

質(zhì)量方面：在現(xiàn)場施工及驗收過程中，得到了國際咨工及業(yè)主的一致認可，為中交品牌贏得了良好口碑。

圖5 引孔施工

效率方面：高壓旋噴樁施工配備中籍工6人，孟籍工9人；引孔施工配備中籍工4人，孟籍工8人，設(shè)備配置旋噴鉆機3臺，引孔鉆機4臺，1臺吊車，挖掘機1臺，自卸車1臺。每天施工12根/臺＊3臺=36根。東岸岸工作井高壓旋噴樁施工2018年10月12日～2019年1月20日，歷時100天，提前業(yè)主要求工期6天完成所有施工任務(wù)。且第三方檢測合格率100%，未出現(xiàn)返工現(xiàn)象。

費用方面：提高旋噴樁成孔合格率，減少了二次返工損傷，節(jié)省了20萬元，取得了良好的經(jīng)濟效益。

本工程投入使用后，對孟加拉國交通順暢起促進作用，具有很好的社會效益。

6.結(jié)論

高壓旋噴樁作為一種施工方便，工藝簡單，地基加固效果好的地基處理方式，在工程中得到廣泛應(yīng)用，但是由于多種原因造成高壓旋噴樁點位誤差大，我方在現(xiàn)場施工過程中經(jīng)過多次調(diào)查、分析，有效地提高了高壓旋噴樁點位合格率，點位合格率從87%上升到92%，為后續(xù)類似施工提供了寶貴的經(jīng)驗。