高壓旋噴樁局部斷面封底減滲加固基坑施工關(guān)鍵技術(shù)研究

劉強，劉建國，梁毅飛

（1.中鐵七局集團(tuán)第三工程有限公司，陜西 西安 710032；2.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

0 引言

目前，高壓旋噴注漿加固技術(shù)已相對成熟，其在地基加固方面取得了良好的應(yīng)用效果。楊燕中等[1]以廣州某典型巖溶地基場地高層建筑項目為依托工程，采用高壓旋噴樁加固方案，通過實際檢驗結(jié)果論證了地基處理方案的合理性。曾金聰[2]結(jié)合某醫(yī)院綜合樓深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)工程實例，說明了三重管高壓旋噴作為止水帷幕效果良好。唐君、閆雙躍等[3]結(jié)合某土釘墻支護(hù)基坑加固工程，參考水泥攪拌樁內(nèi)插H型鋼的SMW工法的特點，在高壓旋噴樁中進(jìn)行H型鋼內(nèi)插，一方面有效阻止泥炭質(zhì)土的流失問題；另一方面保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力和變形控制要求，結(jié)果表明高壓旋噴注漿加固技術(shù)在基坑加固工程中發(fā)揮著重要的作用。胡曉虎、川田充等[4]通過分析RJP高壓旋噴工法的特點，并結(jié)合日本京都高速公路1號線鴨東線連接通道工程應(yīng)用實例，在基坑開挖后無滲水或漏水現(xiàn)象發(fā)生，其樁身強度及抗?jié)B能力均滿足工程要求，說明高壓旋噴樁加固技術(shù)具有高效的隔水和加固效果。本文通過分析福州濱?？炀€閩都站富水含泥砂層中高壓旋噴樁施工實例，對高壓旋噴樁水平封底止水帷幕在富水含泥砂層深基坑中的應(yīng)用進(jìn)行研究，總結(jié)漿液水灰比、噴口壓力、旋噴提升速度等關(guān)鍵施工參數(shù)以及關(guān)鍵技術(shù)，為類似地層的高壓旋噴樁施工提供經(jīng)驗及參考。

1 工程概況

1.1 工程背景

福州濱?？炀€（F1線）閩都站地鐵車站工程位于福州市鼓樓區(qū)福馬路與六一北路交叉口南側(cè)，沿六一北路南北向敷設(shè)，地處城市繁華地段，交通壓力大且周邊建（構(gòu)）筑物較多，主要為居民區(qū)、商業(yè)辦公樓等。車站為地下二層島式站臺車站，雙層兩跨箱形框架結(jié)構(gòu)（局部三跨），車站總凈長346.7m，標(biāo)準(zhǔn)段總凈寬22.4m，覆土平均厚約 3.0m，埋深約17.6m～19.4m。

1.2 地質(zhì)水文情況

車站基坑范圍內(nèi)土層主要為<1-2>雜填土、<2-4-1>淤泥、<2-5>（含泥）中砂，基底以下土層主要為<3-2>（含泥）中砂、<4-3>含泥砂礫、<4-1-1>粉質(zhì)粘土、<4-8>（含泥）卵石、<7-1>砂土狀強風(fēng)化花崗巖，基底位于含泥中砂地層。

地下水按埋藏條件分為上層滯水、潛水、承壓水三種類型，其中人工填土中地下水主要為上層滯水，其透水性一般，主要為大氣降水及地表水補給，水位變幅一般為2m～3m；潛水主要為松散巖類孔隙潛水、風(fēng)化巖孔隙裂隙潛水，含水層與地表水體水力聯(lián)系密切，富水性強，屬中等～強透水層；隔水頂板為粉質(zhì)粘土、淤泥、淤泥質(zhì)土，中砂層中的地下水多具有承壓性，為孔隙承壓水。車站范圍內(nèi)的各含水地層水位表如表1所示，工程地質(zhì)局部剖面圖如圖1所示。

圖1 工程地質(zhì)局部剖面圖

車站范圍內(nèi)的各含水地層水位表 表1

2 高壓旋噴樁施工技術(shù)

2.1 工作原理

三重管高壓旋噴法采用360°旋轉(zhuǎn)的噴嘴將高壓水和空氣射入土體中，持續(xù)對土體進(jìn)行切割攪拌，當(dāng)注漿管下降至加固區(qū)域后，水泥漿從另一個噴嘴中噴出，與周圍被破壞的土體混為一體，形成連續(xù)搭接的水泥加固體。這是一種利用高壓噴射水切割土體并用漿液混合加固的施工方法，由于高壓噴射，所以噴射距離遠(yuǎn)，切削能力強，廢土排除效果好，而且該方法施工占地少，振動小，噪音較小，適用于基坑底部減滲加固施工[5]。

2.2 工藝流程

三重管法旋噴的工藝流程是先測量放樣，確定樁位后用引孔鉆機進(jìn)行引孔，引孔結(jié)束后進(jìn)行三重管高壓旋噴工作，往注漿管中先送入高壓水，當(dāng)注漿管到達(dá)設(shè)計深度后送入水泥漿和壓縮空氣，然后逐漸提起注漿管，同時必須保證注漿管分段搭接長度不小于100mm，當(dāng)旋噴作業(yè)施工至設(shè)計高度或者地面出現(xiàn)泥漿溢出現(xiàn)象時，應(yīng)當(dāng)立即停止此樁的旋噴作業(yè)，具體高壓旋噴樁施工流程見圖2所示。

圖2 高壓旋噴樁施工流程圖

①樁位放樣：高壓旋噴樁施工之前，使用測量儀器進(jìn)行放樣，標(biāo)記旋噴樁施工的控制點，即高壓旋噴樁的中心點，經(jīng)過再一次的測量一致后，用釘子現(xiàn)場標(biāo)定樁的位置，一樁一釘，保證樁的中心點移位偏差小于50mm。

②修建水泥漿拌制和排污系統(tǒng)：水泥漿拌制系統(tǒng)為了方便取材，節(jié)約場地，一般布置在水泥罐周圍，其主要由攪拌桶、儲漿桶和輸送管道等組成；高壓旋噴樁在施工時會發(fā)生返漿現(xiàn)象，大約會冒出10%～20%的泥漿，將廢漿通過管道或排漿溝引入沉淀池中分級沉淀，沉淀后的清水按照場地排水方式正常排放，沉淀后的泥土則用泥漿車裝運外棄[6]。

③鉆機就位：鉆機就位后，需要將鉆機對準(zhǔn)樁位，然后調(diào)節(jié)鉆機使其保持穩(wěn)定，保證移位偏差小于50mm，鉆孔過程中應(yīng)保持鉆桿垂直，故還需調(diào)整樁機的垂直度，保證鉆孔垂直度偏差小于1%[7]。

④引孔鉆進(jìn)：鉆機施工前，可以選擇使用油漆在鉆塔旁標(biāo)記深度線作為參照，以保證鉆桿長度滿足高壓旋噴樁的設(shè)計深度要求；正式施工前應(yīng)在地面進(jìn)行試噴，調(diào)試空壓機和高壓泵等設(shè)備，在機械設(shè)備試運轉(zhuǎn)正常后，開始引孔鉆進(jìn)；鉆孔過程中相關(guān)人員要認(rèn)真填寫施工記錄表，確保成樁深度和樁底標(biāo)高符合設(shè)計要求。

⑤拔出巖芯管、插入注漿管：鉆機導(dǎo)孔達(dá)到設(shè)計深度之后，需要將巖芯管換為注漿管，在插入注漿管的過程中，噴射工作也在同步進(jìn)行，以避免泥砂堵塞噴嘴，此時水壓不得超過1MPa，以避免壓力過高，破壞孔壁的完整性。

⑥旋噴提升：注漿管下降至設(shè)計位置后，開啟泥漿泵噴射水泥漿，當(dāng)噴射壓力和噴漿量達(dá)到設(shè)定的參數(shù)值后逐漸提升注漿管，由下往上360°旋噴；樁底是非常重要的部位，為了保證其質(zhì)量，應(yīng)在其1m范圍內(nèi)增加旋噴時間，待孔口冒漿正常后再旋噴提升；高壓旋噴應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，若中途發(fā)生故障，應(yīng)立即停止施工，并修理排除故障，防止斷樁。

⑦鉆機移位：當(dāng)一根高壓旋噴樁施工完成后立即停止旋噴，提升注漿管至地表，清洗注漿管及輸送管道，以免被水泥漿堵塞管道，然后移動鉆機開始下一根高壓旋噴樁的施工。

⑧回填灌漿：噴射結(jié)束后，水泥漿不斷析水固結(jié)，漿面隨之下降，應(yīng)及時向孔內(nèi)補充水泥漿液，采用自流回灌，直至液面不再下降為止。

2.3 施工重難點分析

閩都站由于<3-2>(含泥)中砂與<4-3>(含泥)礫砂之間<4-1-1>粉質(zhì)黏土層缺失，<2-5>(含泥)中砂、<3-2>(含泥)中砂、<4-3>(含泥)礫砂、<4-8>(含泥)卵石聯(lián)合形成的含水層，各層存在水力聯(lián)系，該承壓水層對工程建設(shè)的影響較大，特別是對樁基施工和基坑開挖有較大影響。根據(jù)本站基坑地層特點，基坑采用小里程端至車站中部連續(xù)墻+高壓旋噴樁水平封底方式的止水，車站中部至大里程端采用地連墻落底進(jìn)入隔水層處理承壓水，基坑內(nèi)設(shè)置降水井疏干降水。

本工程線路位于城市繁華地段，其中閩都站位于六一中路主干道上，為滿足交通改道要求，采用半蓋挖方式施工，由于半蓋挖車站施工作業(yè)面狹小，施工設(shè)備多，因此應(yīng)合理安排場地布置及施工順序。

2.4 質(zhì)量保證措施

為保證高壓旋噴樁的施工質(zhì)量，根據(jù)施工條件、設(shè)計要求和相關(guān)行業(yè)規(guī)范，需要采取以下質(zhì)量保證措施來達(dá)到施工質(zhì)量目標(biāo)。

注漿管下放前，應(yīng)在地面進(jìn)行射水實驗，待氣壓和漿液壓力正常后，才能下注漿管施工。

在高壓旋噴樁施工過程中，應(yīng)每隔兩個孔進(jìn)行施工，以防止相鄰高壓旋噴孔施工時發(fā)生串漿現(xiàn)象，并且相鄰旋噴樁的施工時間間隔不得少于12h。

施工現(xiàn)場應(yīng)配備比重計，每天量測漿液比重，嚴(yán)格控制水泥用量。灰漿應(yīng)攪拌均勻并過濾，噴漿過程中應(yīng)連續(xù)攪動漿液，以防止水泥沉淀。

嚴(yán)格控制噴射漿液的提升速度，其提升速度應(yīng)小于12cm/min。噴漿過程應(yīng)連續(xù)均勻，若噴漿過程中排放壓力突然升高或降低，出現(xiàn)大量冒漿、串漿等異常現(xiàn)象時，應(yīng)及時提鉆出地表排除故障，復(fù)噴接樁時應(yīng)加深0.4m重復(fù)噴射接樁，防止出現(xiàn)斷樁。

高壓旋噴樁完成后，應(yīng)選擇含有較多水泥漿的孔口返漿回灌，以防止?jié){液凝固后體積收縮和樁頂面下降，確保樁頂標(biāo)高符合設(shè)計要求。

為保證注漿管的順利安放，引孔直徑采用150mm成孔，巖芯管長度不小于2.0m。穿過砂層時，采用濃泥漿護(hù)壁成孔，必要時可下套管護(hù)壁，以防垮孔。

3 試驗分析研究

3.1 試驗參數(shù)

本次試驗共設(shè)3根試驗樁，樁號分別為 1112、1060 和 1008，設(shè)計樁徑1.2m，設(shè)計樁長3m，具體試驗參數(shù)見表2所示。

試驗參數(shù)表 表2

上述表格中3根試驗樁參數(shù)均一致，其中前2根樁成樁深度均為32.795m，樁底標(biāo)高為-26.795m，第 3根樁成樁深度為32.803m，樁底標(biāo)高為-26.803m。

3.2 試驗分析

本次試驗對1060號樁加固段不同高程進(jìn)行檢驗，芯樣實照見圖3所示，按照規(guī)范《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T13-146-2012），結(jié)合芯樣的完整性，最終從不同地層試樣進(jìn)行強度分析，受檢樁芯樣柱狀描述見表3所示，試驗結(jié)果見表4所示。

圖3 高壓旋噴樁加固段芯樣圖

鉆芯柱狀描述表 表3

芯樣抗壓強度試驗結(jié)果匯總表 表4

通過檢測可知，高壓旋噴工藝在富水含泥砂層中具有良好的成樁效果，樁身完整性較好；樁體強度較高，樁身取芯抗壓強度代表值為1.64MPa，波動幅度不大，最終通過試驗參數(shù)及施工經(jīng)驗得到實際施工參數(shù)見表5所示。

實際施工主要參數(shù) 表5

3.3 施工效果

對本工程基坑處理關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行鉆孔取芯，檢驗芯樣強度。通過對30根高壓旋噴樁采用鉆芯法進(jìn)行檢測，其完整性均為Ⅰ類，即水泥土芯樣連續(xù)、完整，攪拌紋理清晰、無水泥粒塊，芯樣側(cè)面表面較光滑，芯樣呈長柱狀、斷口基本吻合，檢測結(jié)果見圖4所示。

圖4 芯樣抗壓強度代表值

由圖4可知，本次檢測最大抗壓強度代表值為1.56MPa，最小抗壓強度代表值為 1.37MPa，平均值為 1.48MPa，方差為0.002607931，離散程度小，均遠(yuǎn)大于符合設(shè)計要求的1.0MPa。通過上述試驗結(jié)果可知，樁身強度高，芯樣完整性、連續(xù)性好，均滿足質(zhì)量要求，這證明經(jīng)過高壓旋噴樁加固處理后，地基的完整性和穩(wěn)定性得到顯著提高。

4 結(jié)語

針對高壓旋噴樁局部斷面封底減滲加固基坑施工，根據(jù)本次現(xiàn)場試樁試驗及取芯檢測可知，在施工時保持水泥漿壓力35MPa、水壓35MPa、旋噴提升速度12cm/min，并采取質(zhì)量保證措施，加固質(zhì)量高，地基的完整性和穩(wěn)定性得到顯著提高，地基處理工藝合理可行，可為相關(guān)地層地基處理提供經(jīng)驗和參考。