劉少林 周書(shū)東 徐欽明

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

1 引 言

當(dāng)前地基處理應(yīng)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(jī)器設(shè)備較大，適用性不強(qiáng)，而高壓旋噴樁施工設(shè)備較小，可在較狹小空間實(shí)施，適用性較強(qiáng)。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(qiáng)度無(wú)法保障，嚴(yán)重影響地基處理效果。當(dāng)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(rùn)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(fù)噴，樁徑也往往大于設(shè)計(jì)樁徑，造成大量的水泥漿浪費(fèi)，增加了施工成本。此種情況下，缺少一種可在流砂層進(jìn)行高壓旋噴樁高質(zhì)量施工的施工技術(shù)。

為解決上述問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出一種高壓旋噴樁在流砂地層中的施工技術(shù)就顯得十分必要。在充分利用現(xiàn)有高壓旋噴樁機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)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(jìn)開(kāi)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(shù)的實(shí)施思路，再通過(guò)具體工程試驗(yàn)確定技術(shù)的相關(guān)參數(shù)、操作流程，并通過(guò)試驗(yàn)不斷改進(jìn)并最終形成相關(guān)技術(shù)，申報(bào)專利，并經(jīng)省級(jí)行業(yè)協(xié)會(huì)科技成果鑒定達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。本技術(shù)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(biāo)段二)”進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并將此技術(shù)應(yīng)用此項(xiàng)目，取得了較好的應(yīng)用效果。本文以此項(xiàng)目為例，闡述該施工技術(shù)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(biāo)段二)”項(xiàng)目，為廣州市番禺區(qū)重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目，建設(shè)DN2200管道總長(zhǎng)約9.38km，其中，管道明挖施工共計(jì)5166m,泥水平衡D2200鋼管頂管施工共計(jì)3836m，混凝土套直縫鋼管DN2600(D2000)頂管施工共計(jì)182m，閥門井共計(jì)34座，頂管井共計(jì)29座。對(duì)于地質(zhì)條件較差，周邊環(huán)境復(fù)雜，施工作業(yè)面小的區(qū)域，采用高壓旋噴樁進(jìn)行地基處理。

項(xiàng)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(xì)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(chǎng)的驗(yàn)證情況，結(jié)合地勘報(bào)告，其上部2.3～11.2m全部為細(xì)砂層。地下水的穩(wěn)定水位埋深介于0.7～2.2m之間(標(biāo)高介于4.1～8.8m之間)，初見(jiàn)水位埋深介于0.5～2.3m之間(標(biāo)高介于4.01～8.17m之間)，地下水位變化幅度一般為1～3m。項(xiàng)目區(qū)為珠江三角洲沖洪積平原地帶，場(chǎng)地地下水主要賦存和運(yùn)移于沖洪積成因的淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、粉細(xì)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(chǎng)地風(fēng)化巖裂隙很發(fā)育，估計(jì)基巖也含一定的裂隙水。地下水主要來(lái)源為河涌水和大氣降水，項(xiàng)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(qiáng)度，直接影響地基處理效果的好壞，地基處理效果好將會(huì)有效保障工程質(zhì)量和施工工期。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工藝原理

先利用膨潤(rùn)土泥漿旋噴定型成樁，再利用水泥漿復(fù)旋噴，既減少水泥漿多次復(fù)噴的浪費(fèi)，也保證了成樁效果和強(qiáng)度要求，可有效改進(jìn)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(shè)計(jì)提供的高壓旋噴樁平面布置圖，放線定位，鉆機(jī)就位后鉆孔；然后根據(jù)設(shè)計(jì)文件，鉆孔至設(shè)計(jì)深度，其中鉆孔和插管兩道工序合而為一；開(kāi)始旋噴膨潤(rùn)土泥漿，膨潤(rùn)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(rùn)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(shè)計(jì)標(biāo)高頂部，旋噴膨潤(rùn)土結(jié)束成樁；換用水泥漿，重新插入旋噴管至設(shè)計(jì)深度，開(kāi)始水泥漿復(fù)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(shè)計(jì)標(biāo)高頂部一定高度，結(jié)束成樁，該孔的噴射即告完成，沖洗旋噴管，鉆機(jī)移至下一孔位，具體各步驟見(jiàn)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(rùn)土泥漿配合比

膨潤(rùn)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(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)流砂地層的地質(zhì)情況，需要嚴(yán)格控制膨潤(rùn)土泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)，科學(xué)管理膨潤(rùn)土泥漿性能的各項(xiàng)指標(biāo)，保證優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿的施工效果，所選膨潤(rùn)土見(jiàn)圖2。

圖2 泥漿膨潤(rùn)土(高黏型)

在選定所用造漿材料后，進(jìn)行了泥漿配比試驗(yàn)(見(jiàn)圖3)，以尋求兼顧施工質(zhì)量和效益要求的泥漿配合比(見(jiàn)表1)。

表1 泥漿配比試驗(yàn)

圖3 膨潤(rùn)土泥漿施工現(xiàn)場(chǎng)配比測(cè)試

根據(jù)配比結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果表明：A組配比的膨潤(rùn)土泥漿黏度和比重太小，對(duì)旋噴樁成樁效果不理想；C組配比的膨潤(rùn)土泥漿黏度和比重太大，易造成機(jī)械設(shè)備堵管、堵泵，不利于旋噴施工作業(yè)；B組配比的膨潤(rùn)土泥漿符合現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)地降低工程的經(jīng)濟(jì)成本。水泥比重測(cè)試見(jiàn)圖4。

圖4 水泥比重測(cè)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(jìn)入基礎(chǔ)以下密實(shí)土層1m，若遇夾層，樁端必須穿過(guò)夾層。

b.旋噴樁采用單管法進(jìn)行施工，水泥強(qiáng)度等級(jí)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(zhǎng)度不得小于100mm，樁位偏差不大于50mm，成孔直徑和樁長(zhǎng)不得小于設(shè)計(jì)值。

d.高壓旋噴噴漿壓力要求達(dá)到20MPa，提升速度為20cm/min(見(jiàn)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(kāi)挖基坑時(shí)，樁頂以上300mm內(nèi)的土采用人工開(kāi)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(shù)特點(diǎn)確定施工步驟如下：

a.根據(jù)設(shè)計(jì)提供的高壓旋噴樁平面布置圖，放線定位，鉆機(jī)就位后鉆孔。

b.根據(jù)設(shè)計(jì)文件，鉆孔至設(shè)計(jì)深度，其中鉆孔和插管兩道工序合二為一。

c.開(kāi)始旋噴膨潤(rùn)土泥漿，膨潤(rùn)土泥漿為膠體狀泥漿，在流砂層中成樁質(zhì)量較好(見(jiàn)圖6)。

圖6 按試驗(yàn)配合比配置膨潤(rùn)土泥漿用于初噴

d.邊旋噴膨潤(rùn)土泥漿邊提升旋噴管，旋噴壓力和提升速度均保持一致(見(jiàn)圖7)。

圖7 旋噴膨潤(rùn)土泥漿

e.旋噴管被提到設(shè)計(jì)標(biāo)高頂部，旋噴膨潤(rùn)土結(jié)束成樁(見(jiàn)圖8)。

圖8 旋噴膨潤(rùn)土泥漿成樁結(jié)束

f.換用水泥漿，重新插入旋噴管至設(shè)計(jì)深度，開(kāi)始水泥漿復(fù)噴(見(jiàn)圖9)。

圖9 按設(shè)計(jì)要求制備水泥漿用于復(fù)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(shè)計(jì)標(biāo)高頂部一定高度，結(jié)束成樁，該孔的噴射即告完成，沖洗旋噴管，鉆機(jī)移至下一孔位(見(jiàn)圖10)。

圖10 旋噴成樁結(jié)束后移至下一孔位

如上所述施工步驟，操作較簡(jiǎn)單，可有效提高高壓旋噴樁成樁質(zhì)量和強(qiáng)度，減少傳統(tǒng)高壓旋噴樁在流砂地層的復(fù)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(jiàn)圖11)。

圖11 施工完成達(dá)到齡期后鉆芯取樣

4 適用范圍

本技術(shù)適用于高壓旋噴樁在狹窄空間流砂地層中的地基處理項(xiàng)目，以及類似可采用高壓旋噴技術(shù)加固地基的項(xiàng)目，該技術(shù)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(fù)噴次數(shù)，實(shí)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(shù)所產(chǎn)生的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。

5 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

與傳統(tǒng)的高壓旋噴樁在流砂層的施工技術(shù)相比，本施工技術(shù)可有效地保障樁徑大小和旋噴樁強(qiáng)度，減少常規(guī)高壓旋噴樁在流砂層復(fù)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(jiǎn)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(biāo)段二)”項(xiàng)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(xiàng)目成本20.723萬(wàn)元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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