淺析高壓旋噴樁在工程中的應(yīng)用

張大偉

（山西三建集團(tuán)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

0 引言

本工程為綜合辦公樓地下一層地上6 層、地下車(chē)庫(kù)地下二層的某市公交首末站項(xiàng)目，基坑開(kāi)挖深度為9.58m，地下水位埋深為4.6m。工程建設(shè)場(chǎng)地極為狹小，土質(zhì)類(lèi)型為中軟場(chǎng)地的類(lèi)型。在勘探深度范圍內(nèi)的擬建場(chǎng)地，地層由以下工程地質(zhì)層組成：素填土、濕陷性粉質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土。

由于本工程地下水位較高，地下水位埋深為4.6m，而開(kāi)挖深度為9.58m，施工時(shí)必須進(jìn)行降水，但是不能對(duì)周?chē)用駱呛徒煌ǜ傻涝斐捎绊?，這是現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員必須快速有效解決的難題。同時(shí)，該場(chǎng)地狹小，對(duì)施工的能力水平提出了更高的要求，也使基坑支護(hù)體系的選擇受到了很大的局限。為了改善基坑的抗?jié)B性能及承載能力，依據(jù)本工程的地質(zhì)情況，科學(xué)采取了封閉止水帷幕。

1 高壓旋噴樁技術(shù)概述

高壓旋噴樁技術(shù)是指運(yùn)用鉆機(jī)把套塞入到土層相應(yīng)的位置之后，利用灌漿機(jī)進(jìn)行漿液的注入[1]。通過(guò)高壓噴射流對(duì)土層的沖切方法，使得基坑土壁與漿液相結(jié)合，使軟土硬結(jié)成具有整體性、穩(wěn)定性和一定的強(qiáng)度，從而使得基坑壁土壤的充分改善。高壓旋噴樁對(duì)土壤的改善主要采用兩個(gè)方法，一個(gè)是通過(guò)對(duì)地基土進(jìn)行加固，使基坑周邊土壤的承載力量加大，充分減少由外荷載影響引起基坑變形的情況；第二種是通過(guò)增強(qiáng)土壤的滲透性的方法。

高壓噴射注漿法可用于土層加固或防水，適宜淤泥、流塑、軟塑和素填土、碎石土等多種土質(zhì)。高壓噴射注漿作業(yè)操作便捷，占地少、振動(dòng)小、噪音較低，尤其適用于狹窄區(qū)域或臨近已有基礎(chǔ)區(qū)域的施工。

結(jié)合本工程地質(zhì)情況，及地下水位較高、場(chǎng)地的狹小等實(shí)際情況，我們基坑降水采取深井降水方式、運(yùn)用高壓旋噴樁形成封閉的防水帷幕。采取雙排布置高壓旋噴樁，樁徑是φ600mm，樁徑兩方向搭接為150mm。

1.1 技術(shù)流程

在工程施工中，為了提高基坑的支護(hù)效果，對(duì)整個(gè)技術(shù)流程最好計(jì)劃，保證基礎(chǔ)施工的順利完成。作為基坑開(kāi)挖支護(hù)的常用方法之一，多為施工方借鑒使用。施工流程如圖1 所示。

首先，進(jìn)場(chǎng)后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)平整場(chǎng)地后，鉆機(jī)就位后，準(zhǔn)備鉆孔，輔助注漿管，最終實(shí)現(xiàn)鉆孔內(nèi)的水泥漿液的注入。其次，當(dāng)水泥漿液注入孔內(nèi)后，拔管處理注漿管，并移位處理注漿管管路。最后，不斷重復(fù)上述步驟，直至整根樁澆筑完畢為止。

1.2 施工步驟

1.2.1 施工準(zhǔn)備

（1）作業(yè)條件。①注漿前，需準(zhǔn)備該工程的地質(zhì)勘察報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)附近的管線(xiàn)、建筑物、公共設(shè)施等的布局情況，當(dāng)?shù)叵滤鲃?dòng)速度較快時(shí)，應(yīng)按照專(zhuān)項(xiàng)水文地質(zhì)勘察報(bào)告組織實(shí)施。②正式施工前，旋噴注漿施工工藝應(yīng)根據(jù)工程的施工參數(shù)、特點(diǎn)、土質(zhì)情況來(lái)確定。本工程采用三管法高壓水的壓力不得小于20MPa[2]。流量不得小于30L/min，氣流壓力不得小于0.7MPa，提升速度為0.1～0.2m/min。③施工前應(yīng)具備完整的施工組織設(shè)計(jì)和方案，并簽字審批手續(xù)齊全。并進(jìn)行技術(shù)交底。④清除地下障礙物及墓（洞）穴，采取措施處理后方可進(jìn)行下一道工序施工。⑤作業(yè)前，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)做到“三通一平”，確保機(jī)械行走范圍內(nèi)無(wú)障礙物。同時(shí)，按要求布設(shè)各種管線(xiàn)。⑥基礎(chǔ)底面以上宜留500～1000mm 厚的土層，以保證樁頭質(zhì)量。⑦經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)放的軸線(xiàn)，通過(guò)復(fù)核校準(zhǔn)后妥善保護(hù)，并根據(jù)圖紙要求測(cè)放處樁位點(diǎn)，進(jìn)行補(bǔ)樁。⑧機(jī)具設(shè)備配齊進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)進(jìn)行安裝、檢修及調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)。施工前，應(yīng)檢查機(jī)具設(shè)備的狀態(tài)，及輸漿管的暢通情況，標(biāo)定灰漿泵輸漿量，控制輸漿速度。

（2）材料及機(jī)具。①水泥。采用P.O 42.5 級(jí)水泥，水泥進(jìn)場(chǎng)應(yīng)有合格證，并有現(xiàn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)報(bào)告。②外加劑。根據(jù)工程需要及土質(zhì)條件，選用早強(qiáng)、減水等作用的外加劑。③水。宜用干凈的飲用水。

（3）高壓噴射注漿設(shè)備。①鉆孔系統(tǒng)包括鉆機(jī)、鉆桿、噴射管、噴射頭。②供水系統(tǒng)包括高壓管、供水泵、葉輪、閥門(mén)。③供氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、風(fēng)量計(jì)、輸氣管。④制漿系統(tǒng)包括漿液池、漿液攪拌機(jī)、上料機(jī)、漿液存儲(chǔ)器。⑤噴射系統(tǒng)包括垂直架、卷?yè)P(yáng)機(jī)、高壓注漿泵、噴射注漿管。

1.2.2 操作過(guò)程

（1）定位鉆機(jī)位置。①將移動(dòng)鉆機(jī)挪至設(shè)計(jì)孔位，將鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心點(diǎn)。調(diào)整鉆桿與地面的夾角，使鉆孔的垂直偏差≤1%。②鉆機(jī)就位后，首先采用0.5MPa的壓力進(jìn)行射水試驗(yàn)，檢查漿液管路是否通暢。

（2）制漿工作。首先漿水加入桶中，再將水泥和外摻劑倒入，開(kāi)動(dòng)攪拌機(jī)攪拌10～20min，而后擰開(kāi)攪拌桶底部閥門(mén)，放入第一道篩網(wǎng)，過(guò)濾后流入漿液池，然后通過(guò)泥漿泵抽進(jìn)第二道過(guò)濾網(wǎng)，第二次過(guò)濾后流入漿液池桶中，待壓漿時(shí)備用。水泥漿的水灰比宜為0.8～1.2。

（3）鉆機(jī)鉆進(jìn)、貫入噴射管。鉆孔下管工作是成孔后的首要工作，按規(guī)定位置布放好注漿管，保證周?chē)h(huán)境的清潔度，使整個(gè)管口處于干凈整潔的狀態(tài)，無(wú)任何泥沙等阻礙物的堵塞，以便通管。同時(shí)，在下管操作時(shí)，保證壓縮壓力氣流的輸送，確保噴頭進(jìn)入恰當(dāng)位置。

鉆機(jī)開(kāi)始鉆進(jìn)后，射水壓力由0.5MPa 增加至1.0MPa，作用為減少摩擦力，防止堵塞。

當(dāng)?shù)谝桓@桿鉆進(jìn)時(shí)，暫停射水，此時(shí)壓力變?yōu)榱?，接長(zhǎng)鉆桿，再繼續(xù)射水鉆進(jìn)，直至鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

注漿液壓力不低于20MPa，旋轉(zhuǎn)速度為20r/min，噴嘴直徑2.9～3.2mm，漿液流量為90～120L/min。

當(dāng)噴射注漿管植入土內(nèi)，噴嘴達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，暫停射水，更換掉上部鉆桿后，放入一枚試驗(yàn)球，堵塞射水孔，將鉆桿就位，方可正常輸送水泥漿。待壓力、流量、機(jī)械設(shè)備等所有相關(guān)影響因素均達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)后，方可按照樁施工工藝要求，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)和提升鉆桿噴射管，由下向上噴射注漿，噴射管分段提升的搭接長(zhǎng)度大于等于100mm。在礫石土層中，為保證樁徑在旋噴參數(shù)不變[3]的情況下復(fù)噴一次。

噴射孔與高壓注漿泵的距離宜≤50m，鉆孔位置和垂直度偏差應(yīng)滿(mǎn)足要求。

對(duì)局部有強(qiáng)度要求的部位或?qū)植空归_(kāi)面積要求的部位，可采取復(fù)噴的措施。

在旋噴注漿過(guò)程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)查明原因并及時(shí)采取措施。

為防止?jié){液在樁頂回徑收縮凹陷，影響樁的樁頂標(biāo)高，可使用壓漿回灌、二次補(bǔ)漿等措施。

（4）試管工作。試管工作對(duì)整個(gè)旋噴樁的工藝有重要的影響作用，其中安裝并檢查各部位密封圈的工作是技術(shù)難點(diǎn)。技術(shù)人員采取干凈水注漿，保證整條管道通暢，避免其他垃圾等的堵塞。根據(jù)管內(nèi)注水的流動(dòng)情況以及流出管外情況，判斷整個(gè)注漿管的嚴(yán)密性以及安裝過(guò)程中有沒(méi)有出現(xiàn)失誤。如果出現(xiàn)失誤，則進(jìn)行拆管處理，重新安裝并檢查各部位密封圈是否封閉，重新作高壓水射水試驗(yàn)，合格后方可噴射漿液。

（5）注漿工作。注漿工作為高壓旋噴樁的技術(shù)中核心部分之一。進(jìn)行注水試壓，試壓合格后，利用管路內(nèi)高壓，將水泥漿由下而上灌入。注漿作業(yè)的進(jìn)程中嗎，派專(zhuān)人時(shí)刻登記注漿壓力值及電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。

（6）拔管工作。拔管工作的順序緊跟注漿工作之后，當(dāng)泥漿達(dá)到原先設(shè)定的標(biāo)高后，暫停噴漿作業(yè)，將管道從泥漿中拔出，泥漿將沿著拔出的圓孔直徑位置流入注漿孔，拔管流程中，要把控拔管速度，保持快速，否則，泥漿極易凝結(jié)，從而造成管道堵塞，難以拔出。

具體做法：當(dāng)上面第一根鉆桿完全提出地面后停止壓漿，待壓力下降后迅速拆卸第一節(jié)鉆桿，并將鉆桿整體下沉，搭接不小于100mm，然后繼續(xù)壓漿，等壓力上升至設(shè)計(jì)壓力時(shí)，重新開(kāi)始旋噴。當(dāng)噴頭緩緩提升至預(yù)先設(shè)計(jì)位置時(shí)，為減少混凝土的離析現(xiàn)象發(fā)生，從而造成樁頂縮頸塌陷，需采用低壓補(bǔ)漿處理，時(shí)間為1～2min[4]。

（7）設(shè)備清洗及移位。設(shè)備清洗是高壓旋噴樁的技術(shù)的收尾工作，盡量采用清水清洗，采用反復(fù)灌入流出的方法，將水布滿(mǎn)管道內(nèi)，包括高壓水泵、噴頭等的各部位，處于將整個(gè)高壓的水泵以及管道，噴頭等用清水反復(fù)清洗工作，當(dāng)清洗不干凈時(shí)，利用相關(guān)化學(xué)溶劑進(jìn)行清理。

補(bǔ)漿結(jié)束后，從泥漿內(nèi)提出鉆桿、鉆頭，進(jìn)行射水，必須采用低壓水進(jìn)行，沖洗時(shí)，要覆蓋所有作業(yè)部位，不得遺漏。

旋噴作業(yè)完成后，將該套設(shè)施挪至下一樁位，循環(huán)往復(fù)周而復(fù)始地完成以上工作。施工中應(yīng)叮囑專(zhuān)人進(jìn)行檢查，并記錄提升速度及拔管速度、旋轉(zhuǎn)速度等施工相關(guān)參數(shù)。

1.3 壓頂施工

帷幕宜設(shè)置混凝土連接面板，面板厚度150mm，寬度1500mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15。

1.4 操作要點(diǎn)

旋噴帷幕的工藝參數(shù)確定，通過(guò)施工試驗(yàn)樁的方法，并按水泥固結(jié)體的設(shè)計(jì)有效半徑與現(xiàn)場(chǎng)土的性狀，確定噴射壓力、注漿流量、上提速度、旋轉(zhuǎn)速度等施工相關(guān)參數(shù)[5]。

2 高壓旋噴樁施工檢查

高壓旋噴樁的完整性檢查是該技術(shù)施工作業(yè)的重要基礎(chǔ)，包括3 個(gè)階段的檢查：作業(yè)前檢查、作業(yè)中檢查以及作業(yè)后檢查。具體的工作步驟如下。

2.1 作業(yè)前檢查

在進(jìn)行作業(yè)前，檢查整個(gè)基坑周邊情況，包括基坑的挖深、降水、支護(hù)、地下管線(xiàn)、道路等施工作業(yè)條件、安全性、實(shí)用性是否符合作業(yè)條件，使得整體環(huán)境符合該技術(shù)的大面積作業(yè)展開(kāi)。同時(shí)，確保施工前的各種設(shè)備的質(zhì)量保證。

保證施工用的水泥的級(jí)別、型號(hào)、高壓旋噴樁水灰比及各項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目等均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，方可投入使用，正式施工前鉆機(jī)、泥漿泵進(jìn)行試運(yùn)行。

2.2 作業(yè)中檢查

在進(jìn)行作業(yè)中，技術(shù)人員主要檢查，鉆桿的傾斜度及放置的水平面，能否精確定位鉆孔及注漿漿液的配合比的配置，過(guò)程中保持鉆機(jī)運(yùn)作轉(zhuǎn)速。觀察地面是否返漿，當(dāng)返漿量大于注漿量的20%，應(yīng)提高噴射壓力。因故中途停噴后，繼續(xù)注漿與停噴前的注漿體搭接不小于500mm。噴射管分段提升的搭接長(zhǎng)度不得小于100mm。

2.3 作業(yè)后檢查

作業(yè)后檢查主要是指注漿完成后的現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)因素物理性能的檢查，包括加固后的土體承載力、強(qiáng)度、均勻性等進(jìn)行排查，樁體的強(qiáng)度了、平均直徑、樁身中心位置，28d 后樁體質(zhì)量及承載力等。

2.3.1 基坑開(kāi)挖前質(zhì)量檢驗(yàn)

宜在壓頂混凝土施工澆筑之前進(jìn)行，檢驗(yàn)內(nèi)容包括樁身強(qiáng)度、數(shù)量等。28d 后樁體承載力，采用鉆孔取芯的方法，將樣本送檢進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)。采用將樁頂挖開(kāi)的方法，測(cè)量樁體的有效直徑和搭接寬度。

2.3.2 基坑開(kāi)挖中及施工后的監(jiān)測(cè)

隨時(shí)觀察帷幕有無(wú)漏水部位，監(jiān)測(cè)頂部的水平位移和豎向位移，超過(guò)監(jiān)測(cè)報(bào)警值，應(yīng)立即發(fā)出危險(xiǎn)報(bào)警，通知各單位相關(guān)人員和部門(mén)，從而及時(shí)采取措施，保證整個(gè)作業(yè)面的安全。

3 結(jié)語(yǔ)

本工程采用高壓旋噴樁止水帷幕施工結(jié)合深井降水法的截水降水方法，未發(fā)現(xiàn)有溢水、滲水等現(xiàn)象。它的應(yīng)用不僅擁有良好的止水效果，還具備強(qiáng)大的基坑四周支撐能力，同時(shí)，土壤的牢固性明顯改善；它更適合一種場(chǎng)地受限、且地下土質(zhì)復(fù)雜和有石塊土層的基坑的降水、支護(hù)。

以上的施工方法在基坑支護(hù)中得到應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)明顯，取得的實(shí)效巨大；同時(shí)也為同類(lèi)工程積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。值得大面積推廣應(yīng)用。