固結(jié)灌漿及高壓旋噴樁地基軟基處理施工關(guān)鍵技術(shù)淺析

周勇 李鑫 田春 譚剛 楊嚴

【摘要】個紹采用固結(jié)灌漿及高壓旋噴樁結(jié)合的地基處理方式，解決各地質(zhì)分區(qū)地基不均勻性問題，有效加固軟土覆蓋層，控制工后沉降和工后差異沉降，提高地基土強度，改善回填壓實土結(jié)構(gòu)不均勻問題，并提高地基整體強度;減小新近高填方回填壓實土后期遇水濕陷、蠕變及重力沉降等問題，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)基底加固，保障結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】固結(jié)灌漿;高壓旋噴樁;工后沉降;基底加固

【中圖分類號】 TU472.3＋6????????? 【文獻標志碼】 B

成都天府國際機場配套市政項目范圍內(nèi)，包括雨水暗渠、下穿隧道、綜合管廊等大型現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物，該區(qū)域范圍內(nèi)存在大量前期場平新近填土，填土厚度變化較大，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，由于天府國際機場建設(shè)工期緊迫，無法使該類地基達到沉降自穩(wěn)的需求，本標段暗渠軟弱土層較深基本位于6.0～12.0 m范圍，若是將場平新近填土，清除換填，以減小沉降，提高承載力，將導(dǎo)致工程造價大幅度提高，且通過多次方案比較，最終采用了在場平新近填土對部分節(jié)段結(jié)構(gòu)坐落于基巖和 CFG樁群樁柔性復(fù)合地基上采用固結(jié)灌漿及高壓旋噴樁施工工藝加固軟基處理[1]，通過工程項目施工實踐證明該技術(shù)既保證了質(zhì)量，又有良好的效益。

1技術(shù)處理簡述

當遇到軟土覆蓋層較深，且上部基礎(chǔ)荷載較大，工后差異沉降難度大，基礎(chǔ)換填受限時，采用固結(jié)灌漿孔及高壓旋噴樁樁均采用一次跟管鉆進、全孔分段自下而上灌漿的施工方法：所有固結(jié)孔 L =12.0 m一次成孔，孔深度6.0～12.0 m 范圍內(nèi)采用固結(jié)灌漿自下而上分段（0.50 m/段）邊拔邊灌連續(xù)灌漿作業(yè)，各孔固結(jié)灌漿施工完成后立即埋設(shè) L =6.0 m、小100 mmPVC管拔管進行高壓旋噴樁施工，待混凝土強度達要求后，與新近填土共同作用形成復(fù)合式地基，以保證地基承載力，避免不利沉降，減小新近高填方回填壓實土后期遇水濕陷、蠕變及重力沉降量[2]。

2施工準備

2.1空壓機

固結(jié)灌漿施工用高壓空氣采用美國壽力 H750（或 H900）型移動式空壓機供高壓空氣，按每個地區(qū)1臺空壓機進行配制。在鉆孔時，將移動式空壓機布置在各地區(qū)平臺上，再將風(fēng)管接入洞內(nèi)各工作面。

2.2施工用水

利用施工現(xiàn)場公共水源，水質(zhì)應(yīng)符合《混凝土拌用水標準》（JGJ63-89）的規(guī)范，不得使用含泥量超標的水。

2.3施工用電

用電主要以發(fā)電機自發(fā)電為主，從發(fā)電機接至各工作區(qū)域灌漿工作面各用電點。

2.4制、供漿系統(tǒng)

設(shè)置1個制漿站，制漿站配制1臺高速制漿機、2臺雙層攪拌桶、2臺3SNS 泵、記錄儀1套，灌漿泵均布置在各灌漿工作區(qū)域附近。

2.5施工排水

制漿站排水：在制漿站旁各挖一5 mx5 mx2 m的沉淀池，廢水排放前先排至沉淀池，經(jīng)沉淀與過濾后再抽排至對外排污系統(tǒng)，并視現(xiàn)場情況定期對沉淀池進行清理，將清理出的沉淀物運至指定棄渣場。

3鉆孔、固灌、高噴工藝流程

施工流程見圖1。

3.1孔位布置

已完成小600 mmCFG混凝土樁3排計12孔，現(xiàn)布設(shè)5排固結(jié)灌漿及高壓旋噴孔計32孔，排距0.86 m，孔距1.0 m， 以 CFG樁的孔排距均勻布置（圖2），鉆孔傾角為90。（垂直孔），鉆孔孔徑小146 mm、孔深 L =12.0 m。

3.2鉆孔工藝

鉆孔以 xZ-90A鉆機及小146 mm偏心錘鉆具跟管成孔，平均孔深12.0 m，確保進入老土層0.5 m。

3.3沖洗工藝及保護

灌漿前采用中壓空氣對孔內(nèi)進行3 min沖吹，確?？變?nèi)巖粉、泥渣沉淀不大于20 cm，孔口采取堵塞保護，以防孔內(nèi)掉人雜物造成堵孔現(xiàn)象。

3.4固結(jié)灌漿工藝

3.4.1固結(jié)灌漿分段

固結(jié)灌漿孔采用全孔分段自下而上灌漿方法，預(yù)計孔深度12.0～6.0 m范圍內(nèi)采用分段（0.50～1.5 m/段）邊拔管邊灌漿連續(xù)作業(yè)，各孔段固結(jié)灌漿結(jié)束立即進行高壓旋噴施工，固結(jié)、高噴段搭接長度0.5 m。

3.4.2固結(jié)灌漿方式

固結(jié)灌漿孔采用純壓封閉灌注法。

3.4.3固結(jié)灌漿壓力

（1）固結(jié)灌漿壓力I序孔0.10-0.20 MPa、I序孔0.20-0.30 MPa、Ⅲ序孔0.30-0.50 MPa。

（2）采用純壓封閉灌漿，壓力表安裝在回漿管路。壓力值讀取壓力表指針擺動的中間值，指針擺動范圍小于灌漿壓力的20%，采用自動灌漿記錄儀能測記錄間隔時段內(nèi)灌漿壓力的平均值和最大值。

（3）灌漿壓力達到設(shè)計壓力，每級壓力的灌漿時間不少于5 min。

3.4.4水灰比及漿液變換原則

3.4.4.1水灰比

固結(jié)灌漿水灰比 I序孔采用水泥漿液0.8：1、0.5：12個比級;起灌比級0.8：1;I序孔采用水泥漿液1：1、0.8：1、0.5：1

3個比級，起灌比級1：1;Ⅲ序孔采用水泥漿液2：1、1：1、0.8：1

3個比級，起灌比級2：1。

3.4.4.2漿液變換原則

（1）總原則是由稀至濃逐級變換。

（2）灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少，或當注入率不變而壓力持續(xù)升高時不得改變水灰比。

（3）當某級漿液注入量已達300 l以上或灌注時間已達10 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)改濃一級水灰比。

（4）當注入率大于30 l/min 時，視現(xiàn)場具體情況可越級變換水灰比。

3.4.5灌漿結(jié)束標準

在設(shè)計灌漿壓力下，達到規(guī)定灌漿壓力后，正常起拔套管;當灌漿超過設(shè)計壓力以后急劇上升時，可連續(xù)起拔管，直至降至設(shè)計壓力以下，改回正常起拔管。當注入率單孔不大于10 l/min，，繼續(xù)灌注10 min后，可結(jié)束灌漿。

3.4.6灌漿特殊情況處理

3.4.6.1冒漿處理

灌漿過程中發(fā)現(xiàn)冒漿，應(yīng)視具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、間歇、待凝等方法進行處理。

3.4.6.2串漿處理

（1）如被串孔正在鉆孔，應(yīng)立即停鉆，并將孔口堵塞。

（2）若不具備對被串漿孔進行同時灌漿，則應(yīng)塞住被串漿孔，待灌漿孔結(jié)束后，對被串漿孔進行重新掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進、灌漿。

3.4.6.3灌漿中斷處理

（1）灌漿作業(yè)必須連續(xù)進行，若因故中斷，應(yīng)盡快及時恢復(fù)灌注，若中斷時間小于30 min，可按中斷前相關(guān)指標繼續(xù)復(fù)灌。

（2）若中斷時間較長或超過30 min，應(yīng)立即設(shè)法沖洗，若沖洗無效，則應(yīng)在重新灌漿前進行掃孔，再恢復(fù)灌漿。復(fù)灌開始時應(yīng)使用該段中斷前的開灌水灰比進行灌注。若注入率與中斷前相近，即可采用中斷前的水灰比繼續(xù)灌注;如注入率較中斷前減少較多時，應(yīng)逐級加濃繼續(xù)灌注;若注入率較中斷前減少很多，且在短時間內(nèi)停止吸漿，應(yīng)采取補救措施。

3.4.6.4注漿量大難以結(jié)束情況處理

（1）采取低壓、濃漿、限量、限流、間隔灌漿等。

（2）摻加速凝劑、減水劑等，灌注速凝漿液。

4高壓旋噴工藝

4.1樁位布置

高壓旋噴樁樁位與固結(jié)灌漿孔位一致，灌漿結(jié)束后孔口預(yù)埋 L =0.5 m、110 cmPVC管或作好其他標記以便于固結(jié)灌漿完成后高壓旋噴施工時確認樁孔位。

4.2工藝參數(shù)

該標段高壓旋噴樁施工采用雙管法，施工樁徑：小600 mm、樁長：6.0 m，為確保施工樁質(zhì)量，高噴起始段與固結(jié)灌漿停灌段搭接0.5 m。

高壓旋噴樁工藝參數(shù)如表1所示。

4.3 高噴機到位

（1）高噴機就位鉆桿對準孔位，用水平尺測量機體水平、立軸垂直，鉆機要平穩(wěn)牢固。

（2）測量鉆桿長度，測量噴嘴中心線是否與鉆桿方向一致。

（3）施工時應(yīng)進行地面漿試噴，保證管路暢通無堵塞。

（4）在下鉆桿過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，應(yīng)邊射水邊下鉆，水壓力一般不7過5 MPa，若壓力過高，則易將孔壁射塌。

4.4旋噴制漿

高壓旋噴樁施工采用雙管法，用 P.042.5R級普通硅酸鹽水泥，水灰比1：1、相對密度1.50以上。在漿液使用前檢查輸漿管路和壓力表，保證漿液順利通過輸漿管路噴入地層。旋噴用的水泥漿液在進入高壓泵施噴之前，要進行過濾，保證不7過0.5 mm的顆粒進入，且無石塊等雜質(zhì)，以免堵塞鉆桿，配置的漿液應(yīng)流動性好，便于泵送、噴射。

4.5噴射作業(yè)

高壓旋噴樁為自下而上連續(xù)作業(yè)。

（1）當鉆桿下至設(shè)計深度，噴嘴達到設(shè)計標高，即可噴射注漿。

（2）開噴送人符合設(shè)計要求的水泥漿，待漿液返出孔口正常后，開始提升，提升速度30～35 cm/min， 旋轉(zhuǎn)速度20 r/min。

（3）高壓旋噴樁噴射過程中出現(xiàn)壓力突降或驟增，必須查明原因，及時處理。

（4）噴射過程中拆卸鉆桿時，應(yīng)進行下落搭接復(fù)噴，搭接長度不小于0.2 m。

（5）噴射過程中因故中斷后，恢復(fù)噴射時，應(yīng)進行復(fù)噴，搭接長度不小于0.2 m。

（6）噴射中斷7過漿液初凝時間，應(yīng)進行掃孔，恢復(fù)噴射時，復(fù)噴搭接長度不小于0.1 m。

（7）噴射過程中孔內(nèi)漏漿，應(yīng)考慮從孔口加入速凝劑，停頓數(shù)分鐘后再繼續(xù)觀察返漿情況考慮是否繼續(xù)噴射。

（8）噴射過程中孔內(nèi)嚴重漏漿，停止噴射，提出鉆桿，采取堵漏措施。

（9）為了提高樁的承載力和確保處理質(zhì)量，在樁頂2 m 范圍內(nèi)復(fù)噴。

4.6復(fù)噴

因地表無蓋重影響高噴效果，采用樁頭0～2.0 m復(fù)噴，確保高噴質(zhì)量。

4.7充填回灌

高壓旋噴樁結(jié)束后，孔口水泥漿會產(chǎn)生析水沉淀回縮，應(yīng)及時向孔口充填灌漿，直到孔口漿面不再下沉為止。

5試驗檢測方法

（1）采用sM植物膠雙管法取芯，檢測地基土密實度及均勻性并注水檢測地層的透水性;鉆孔取芯全孔不掉鉆、不漏水，加固后地基土結(jié)構(gòu)較密實。

（2）靜載試驗，檢測復(fù)合地基承載力;全孔所取巖芯漿結(jié)石充填明顯，復(fù)合地基承載力明顯提升。

（3）進行沉降變形實時監(jiān)測。

6試驗工藝及成果分析

6.1鉆孔工藝成果分析

試驗區(qū)已施工12個 CFG樁，現(xiàn)布施32個固結(jié)、高噴試驗孔，鉆孔工藝分為低風(fēng)壓跟管鉆孔和高風(fēng)壓跟管鉆孔兩種方法。低風(fēng)壓跟管鉆孔成孔后出渣不暢，無法正常安裝灌漿栓塞，故改用高風(fēng)壓跟管鉆孔，灌漿施工效率顯著。單孔完成鉆進時間：40 min/孔 L =12 m，單臺鉆機完成工程量360.0 m（30孔/d）。

6.2固結(jié)灌漿工藝成果分析

6.2.1固結(jié)灌漿工藝分析

6.2.1.1灌漿水灰比

試驗孔分0.8：1、1：1、2：13種起灌水灰比進行對比試驗。Ⅰ序孔采用0.8：1漿液起灌，無壓、無回漿、說明孔隙大、連通性好、吸漿量大，故變漿為0.5：1升壓達到設(shè)計值結(jié)束灌漿;I序孔采用0.8：1漿液起灌，有壓、回漿大、說明孔隙減小、吸漿量小，故 I序孔起灌水灰比調(diào)整為1：1起灌， 1：1、

0.8：1升壓達到設(shè)計值結(jié)束灌漿;Ⅲ序因孔隙細微灌入差，故采用2：1漿液起灌，2：1、1：1升壓達到設(shè)計值結(jié)束灌漿。

6.2.1.2灌漿壓力

試驗孔方案設(shè)計灌漿壓力為：I序孔0.30～0.50 MPa、I 序孔0.50～0.80 MPa、Ⅲ序孔0.80～1.00 MPa。灌漿試驗過程中，隨著壓力遞增淺表地層反復(fù)被擊穿發(fā)生串漿、冒漿而待凝，影響灌漿效率和質(zhì)量，故后續(xù)灌漿試驗采用 I序孔0.10～0.20 MPa、I序孔0.20～0.30 MPa、Ⅲ序孔0.30～0.50 MPa，對試驗孔跟管管壁冒漿、串漿進行良好控制，提高了灌漿效率，更能確保灌漿質(zhì)量。

6.2.1.3灌漿段長

固結(jié)灌漿試驗原設(shè)計段長采用0.50 m/段邊拔管邊灌漿，灌漿效果較好、但效率低;實際采用1.50 m/段邊拔管邊灌漿，灌漿效果差別不大，效率明顯提高。

6.2.1.4灌漿方式

固結(jié)灌漿試驗原設(shè)計四周Ⅰ序孔采用純壓式灌漿，Ⅱ、Ⅲ序孔采用循環(huán)式灌漿。由于循環(huán)式灌漿孔內(nèi)多一組管路，嚴重影響拔管拆卸、安裝效率，后改進為孔內(nèi)純壓半路回漿式灌漿，提高施工效率，但對回填土固結(jié)灌漿質(zhì)量影響不大。

6.2.2固結(jié)灌漿成果分析

6.2.2.1各次序孔單位注入量分析

由附表1可知：Ⅰ序孔平均單位注入量為214.5 kg/m， Ⅱ序孔平均注入量為77.7 kg/m， Ⅲ序孔平均單位注入量為43.2 kg/m， 由此可見：單位注入量隨施工加密排序而遞減的規(guī)律顯著。

6.2.2.2單位注入量頻率分析

固結(jié)灌漿32段，單位注入量區(qū)間段數(shù)/頻率%，Ⅰ序孔50～100 kg/m的1段，頻率為5%;100～200 kg/m的10段，頻率為50%;200～300 kg/m的5段，頻率為25%;300～400kg/m的2段，頻率為10%;400～500 kg/m的1段，頻率為5%;500～800 kg/m的1段，頻率為5%。

Ⅱ序孔_50 kg的5段，頻率為83%;50～100 kg/m的1段，頻率為17%。

Ⅲ序孔_50 kg的6段，頻率為100%（圖3）。

6.2.3固結(jié)灌漿效率分析

單臺灌漿設(shè)備完成灌漿時間：75 min/孔、L =6.0 m，單臺灌漿設(shè)備完成工程量96.0 m（16孔/d）。

6.3高壓旋噴樁工藝分析

6.3.1高壓旋噴樁工藝分析

20#、33#兩孔選用高壓噴嘴2.2 mm，壓力25 MPa、提升速度25 cm/min、注入水泥量133.3 kg/m孔口返漿較大;其他31孔均選用高壓噴嘴2.0 mm，壓力30 MPa、提升速度30 cm/min、注入水泥量83.3 kg/m孔口返漿相對較小。根據(jù)經(jīng)驗雙管法注入水泥量小于100.0 kg/m，雖然孔口返漿相對較小，但很難保證高噴質(zhì)量，提升速度需降低。

6.3.2高壓旋噴樁進度分析

單臺噴漿設(shè)備完成噴漿時間：40 min/孔、L=6.0 m，單臺噴漿設(shè)備完成工程量180.0 m（30孔/d）。

6.4鉆孔取芯檢查結(jié)果分析

（1）鉆孔取芯全孔不掉鉆、不漏水，說明加固后地基土結(jié)構(gòu)較密實。

（2）全孔所取巖芯漿結(jié)石充填明顯。

（3）取芯鉆孔破植物膠后，注水未滲漏形狀完好。

7該技術(shù)主要技術(shù)特點

（1）有效改善回填壓實土結(jié)構(gòu)不均勻問題，并提高地基整體強度。

（2）控制工后沉降和工后差異沉降，減小新近高填方回填壓實土后期遇水濕陷、蠕變及重力沉陷量。

8適用范圍

該技術(shù)適用于回填壓實土、原位地基處理土區(qū)的固結(jié)灌漿和高壓旋噴樁加固處理，在保證成樁質(zhì)量的前提下，技術(shù)經(jīng)濟效果最佳。

9結(jié)束語

采用該技術(shù)，有效改善回填壓實土結(jié)構(gòu)不均勻問題，并提高地基整體強度;控制工后沉降和工后差異沉降，減小新近高填方回填壓實土后期遇水濕陷、蠕變及重力沉陷量，減少了大量土石方工程量，減小了換填，避免了大量土石方借用、棄置、轉(zhuǎn)運等所需新增用地量，節(jié)約土地，符合我國基本國情。由于新近填土沉降周期較長，過大沉降將導(dǎo)致構(gòu)筑物破壞，承載力達不到要求。而采用開挖換填進行地基處理往往工期較長，應(yīng)用該技術(shù)進行地基處理，節(jié)約施工工期。

采用該技術(shù)，減少了土石方作業(yè)，對原有自然地貌的破壞，保護了環(huán)境;避免了土石方施工中，投入大量機械、車輛，減少了機械噪聲和廢氣的排放;避免了土方運輸，產(chǎn)生的揚塵，減少了灑水作業(yè)，節(jié)約了用水，環(huán)保效益顯著。

參考文獻

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