高壓旋噴樁在流砂地層中的施工技術

劉少林 周書東 徐欽明

(1.中鐵建工集團有限公司，北京 100160；2.東莞市建筑科學研究院有限公司，廣東 東莞 523000)

1 引 言

當前地基處理應用最普遍和最成熟的主要有深層攪拌樁和高壓旋噴樁[1-5]，但在狹小作業(yè)空間環(huán)境下，由于深層攪拌樁的機器設備較大，適用性不強，而高壓旋噴樁施工設備較小，可在較狹小空間實施，適用性較強。但高壓旋噴樁在含砂層的地基處理施工中往往成樁質(zhì)量差，樁徑大小和強度無法保障，嚴重影響地基處理效果。當前高壓旋噴樁在含砂層的地基處理中主要是在水泥漿中加入一定的膨潤土[6-7]，在含水量較小的砂層中，成樁效果較好，但在含水量較大的流砂層中，旋噴樁的成樁質(zhì)量依然較差，為保障旋噴樁的最終成樁質(zhì)量，需要多次的復噴，樁徑也往往大于設計樁徑，造成大量的水泥漿浪費，增加了施工成本。此種情況下，缺少一種可在流砂層進行高壓旋噴樁高質(zhì)量施工的施工技術。

為解決上述問題，開發(fā)出一種高壓旋噴樁在流砂地層中的施工技術就顯得十分必要。在充分利用現(xiàn)有高壓旋噴樁機械設備的基礎上，借鑒行業(yè)內(nèi)流砂地層中常規(guī)提高高壓旋噴樁成樁質(zhì)量的施工方法及原理[8-9]，并加以改進開發(fā)出一種適用于流砂地層可有效保障高壓旋噴樁施工質(zhì)量的施工方法，先確定技術的實施思路，再通過具體工程試驗確定技術的相關參數(shù)、操作流程，并通過試驗不斷改進并最終形成相關技術，申報專利，并經(jīng)省級行業(yè)協(xié)會科技成果鑒定達到國內(nèi)領先水平。本技術依托“番禺區(qū)取水口優(yōu)化整合工程-東部輸配水管道工程(標段二)”進行開發(fā)，并將此技術應用此項目，取得了較好的應用效果。本文以此項目為例，闡述該施工技術的主要內(nèi)容。

2 工程概況

“番禺區(qū)取水口優(yōu)化整合工程-東部輸配水管道工程(標段二)”項目，為廣州市番禺區(qū)重點工程建設項目，建設DN2200管道總長約9.38km，其中，管道明挖施工共計5166m,泥水平衡D2200鋼管頂管施工共計3836m，混凝土套直縫鋼管DN2600(D2000)頂管施工共計182m，閥門井共計34座，頂管井共計29座。對于地質(zhì)條件較差，周邊環(huán)境復雜，施工作業(yè)面小的區(qū)域，采用高壓旋噴樁進行地基處理。

項目區(qū)上部第四系覆蓋土層主要有人工堆積成因的素填土、雜填土；沖-洪積成因的淤泥、淤泥質(zhì)砂、粉質(zhì)黏土、粉細砂、中粗砂及殘積成因的粉質(zhì)黏土等；下伏基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖(K),局部揭露震旦系混合巖(Z)。根據(jù)高壓旋噴樁施工現(xiàn)場的驗證情況，結合地勘報告，其上部2.3～11.2m全部為細砂層。地下水的穩(wěn)定水位埋深介于0.7～2.2m之間(標高介于4.1～8.8m之間)，初見水位埋深介于0.5～2.3m之間(標高介于4.01～8.17m之間)，地下水位變化幅度一般為1～3m。項目區(qū)為珠江三角洲沖洪積平原地帶，場地地下水主要賦存和運移于沖洪積成因的淤泥質(zhì)粉細砂、粉細砂、中粗砂中，透水性較好；此外人工填土層含有一定的上層滯水；由于場地風化巖裂隙很發(fā)育，估計基巖也含一定的裂隙水。地下水主要來源為河涌水和大氣降水，項目區(qū)地下水較豐富。

高壓旋噴樁在流砂地層中的成樁質(zhì)量和強度，直接影響地基處理效果的好壞，地基處理效果好將會有效保障工程質(zhì)量和施工工期。

3 關鍵技術

3.1 工藝原理

先利用膨潤土泥漿旋噴定型成樁，再利用水泥漿復旋噴，既減少水泥漿多次復噴的浪費，也保證了成樁效果和強度要求，可有效改進和創(chuàng)新傳統(tǒng)流砂地層高壓旋噴樁的施工方法。原理為：首先根據(jù)設計提供的高壓旋噴樁平面布置圖，放線定位，鉆機就位后鉆孔；然后根據(jù)設計文件，鉆孔至設計深度，其中鉆孔和插管兩道工序合而為一；開始旋噴膨潤土泥漿，膨潤土泥漿為膠體狀泥漿，在流砂層中成樁質(zhì)量較好；邊旋噴膨潤土泥漿邊提升旋噴管，旋噴壓力和提升速度均保持一致；旋噴管被提到設計標高頂部，旋噴膨潤土結束成樁；換用水泥漿，重新插入旋噴管至設計深度，開始水泥漿復噴；邊旋噴水泥漿邊提升旋噴管，旋噴壓力和提升速度均保持一致；旋噴管被提到設計標高頂部一定高度，結束成樁，該孔的噴射即告完成，沖洗旋噴管，鉆機移至下一孔位，具體各步驟見圖1。

圖1 工藝原理

3.2 高壓旋噴樁施工參數(shù)確定

3.2.1 膨潤土泥漿配合比

膨潤土泥漿主要用于控制流砂地層的土壓力、維持孔壁穩(wěn)定及起到隔水效果。針對施工現(xiàn)場流砂地層的地質(zhì)情況，需要嚴格控制膨潤土泥漿的各項指標，科學管理膨潤土泥漿性能的各項指標，保證優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿的施工效果，所選膨潤土見圖2。

圖2 泥漿膨潤土(高黏型)

在選定所用造漿材料后，進行了泥漿配比試驗(見圖3)，以尋求兼顧施工質(zhì)量和效益要求的泥漿配合比(見表1)。

表1 泥漿配比試驗

圖3 膨潤土泥漿施工現(xiàn)場配比測試

根據(jù)配比結果進行現(xiàn)場測試，結果表明：A組配比的膨潤土泥漿黏度和比重太小，對旋噴樁成樁效果不理想；C組配比的膨潤土泥漿黏度和比重太大，易造成機械設備堵管、堵泵，不利于旋噴施工作業(yè)；B組配比的膨潤土泥漿符合現(xiàn)場施工要求，可以有效地提高旋噴樁的質(zhì)量和成樁效果，相應地降低工程的經(jīng)濟成本。水泥比重測試見圖4。

圖4 水泥比重測試

3.2.2 旋噴樁施工參數(shù)

a.高壓旋噴樁成樁樁徑為500mm，樁端進入基礎以下密實土層1m，若遇夾層，樁端必須穿過夾層。

b.旋噴樁采用單管法進行施工，水泥強度等級為42.5，水泥漿液的水灰比為1.0(每延米的水泥用量約250kg)。

c.噴射管分段提升的搭接長度不得小于100mm，樁位偏差不大于50mm，成孔直徑和樁長不得小于設計值。

d.高壓旋噴噴漿壓力要求達到20MPa，提升速度為20cm/min(見圖5)。

圖5 高壓旋噴噴漿壓力表

e.在旋噴樁加固的地基上開挖基坑時，樁頂以上300mm內(nèi)的土采用人工開挖。

3.3 施工步驟

根據(jù)高壓旋噴樁在流砂地層中易出現(xiàn)成樁難的技術特點確定施工步驟如下：

a.根據(jù)設計提供的高壓旋噴樁平面布置圖，放線定位，鉆機就位后鉆孔。

b.根據(jù)設計文件，鉆孔至設計深度，其中鉆孔和插管兩道工序合二為一。

c.開始旋噴膨潤土泥漿，膨潤土泥漿為膠體狀泥漿，在流砂層中成樁質(zhì)量較好(見圖6)。

圖6 按試驗配合比配置膨潤土泥漿用于初噴

d.邊旋噴膨潤土泥漿邊提升旋噴管，旋噴壓力和提升速度均保持一致(見圖7)。

圖7 旋噴膨潤土泥漿

e.旋噴管被提到設計標高頂部，旋噴膨潤土結束成樁(見圖8)。

圖8 旋噴膨潤土泥漿成樁結束

f.換用水泥漿，重新插入旋噴管至設計深度，開始水泥漿復噴(見圖9)。

圖9 按設計要求制備水泥漿用于復噴

g.邊旋噴水泥漿邊提升旋噴管，旋噴壓力和提升速度均保持一致。

h.旋噴管被提到設計標高頂部一定高度，結束成樁，該孔的噴射即告完成，沖洗旋噴管，鉆機移至下一孔位(見圖10)。

圖10 旋噴成樁結束后移至下一孔位

如上所述施工步驟，操作較簡單，可有效提高高壓旋噴樁成樁質(zhì)量和強度，減少傳統(tǒng)高壓旋噴樁在流砂地層的復噴次數(shù)，大大提高施工效果和效率，且節(jié)省大量的水資源和人力物力(見圖11)。

圖11 施工完成達到齡期后鉆芯取樣

4 適用范圍

本技術適用于高壓旋噴樁在狹窄空間流砂地層中的地基處理項目，以及類似可采用高壓旋噴技術加固地基的項目，該技術可有效提高高壓旋噴樁的成樁質(zhì)量，減少常規(guī)方法中水泥漿復噴次數(shù)，實現(xiàn)高壓旋噴樁在流砂地層中的高質(zhì)量施工，采用本施工技術所產(chǎn)生的社會效益和經(jīng)濟效益是顯著的。

5 經(jīng)濟及社會效益

與傳統(tǒng)的高壓旋噴樁在流砂層的施工技術相比，本施工技術可有效地保障樁徑大小和旋噴樁強度，減少常規(guī)高壓旋噴樁在流砂層復噴次數(shù)和水泥漿用量，提高高壓旋噴樁在流砂地層中的成樁質(zhì)量，且方法操作簡單，大大提高了高壓旋噴樁在流砂地層中的成樁質(zhì)量和施工效率，在“番禺區(qū)取水口優(yōu)化整合工程-東部輸配水管道工程(標段二)”項目流砂地層中施工φ500高壓旋噴樁共5846m，共節(jié)約工期3天，節(jié)約項目成本20.723萬元，具有較好的經(jīng)濟效益。

使用本施工技術，有效保障了施工質(zhì)量和效率，極大地降低了施工強度，減少了噪聲和建筑垃圾，提升了現(xiàn)場文明施工形象。