高壓旋噴樁止水圍幕在橋梁基礎流砂地質中的應用

楊利林

（昆明鐵路局樞紐鐵路建設指揮部，云南 昆明 650000）

高壓噴射注漿技術于20世紀70年代初期產生于日本，并迅速引進我國，在我國稱為“旋噴法”，是在靜壓注漿方法的基礎上，利用噴射流技術，即高壓水噴射流切割原理研制開發的地基加固技術。

1 高壓旋噴樁的基本原理及工藝

1.1 高壓噴射注漿通過對土體的切割，以及現場土與水泥漿的攪拌加固土體或者由于空氣—水的沖擊，在某種程度上使部分土體被漿液置換。高壓噴射注漿的基本工藝類型有單管法、二重管法和三重管法。單管法中高壓漿液兼作射流介質；二重管法以高壓漿液和壓縮空氣作為射流介質；三重管的射流介質是高壓水、壓縮空氣、漿液［1］。

1.2 高壓噴射注漿形成固結體主要是下列作用的結果:

(1)切割土作用：噴射流在高壓或超高壓下，從直徑117mm～215mm的噴嘴射出，出口速度高達200m/s，使地基土承受極大的動水壓力和沿空隙作用的水力劈裂力，在脈動壓力和連續噴射等綜合作用下產生破壞。（2）攪拌升揚作用：壓縮空氣在水束周圍形成氣幕后，減少水束摩擦力，使其能量不過早消失，有效地提高了3～6倍的噴射長度。空氣作用使混合液沿鉆孔壁與噴射管路間冒出地面時呈沸騰狀，增加升揚攪拌能力，改變地層的顆粒級配。（3）充填擠壓作用：連續灌注的漿液充填噴射切割的溝槽，槳柱的靜壓作用使漿液對原地層產生擠壓。（4）漿液固結作用：在靜壓和脈動注漿作用下，漿液向孔周圍地層擴散，提高了原地基的強度和防滲性能［2］。

2 工程實例—昆陽特大橋橋墩樁基礎高壓旋噴樁止水帷幕加固施工

2.1 工程概況

昆陽特大橋是昆明樞紐鐵路工程中的一座單線特大橋，位于中誼村車站至昆陽站區間內，該橋中心里程為YD1K37+198.18（起訖里程為YD1K36+694.36 ～YD1K37+702.00）， 全 長1007.64 m，橋梁結構形式為12×32m+1×16m+異型框架+1×16m+異型框架+1×24m+9×32m，簡支梁橋基礎為鉆孔灌注樁。該橋分別在YD1K36+870處跨越城市公路、YD1K37+215處跨越新建鐵路、YD1K37+330處跨越既有鐵路。0#～15#墩位于既有鐵路右側，16#～26#墩位于既有鐵路左側。橋墩基坑距離既有鐵路最近為6.4m，11#、12#墩位于城市公路人行道上。

該橋離既有公路、鐵路較近、工程地質條件復雜、樁基較深。

2.2 工程地質、水文條件

橋址位于昆明滇池南側，地形平坦、開闊。場地表層為人工堆積層，其下為沖積、湖相沉積結合地質。根據設計院地勘查報告，橋址區地質、水文描述如下：

①該地區第四系全新統沖積淤泥質黏土、松軟土、泥炭、粉質黏土、粉土、粉細砂和細圓礫土呈斷續多層分布，存在多層不穩定流砂層。②粉質黏土、粉土層厚度約為1～3m，粉細砂和細圓礫土層厚度約為1～4.2m，各地質結構層分布不均。③地下水與滇池流域相連通，埋藏淺，存在承壓水和沼氣。

2.3 施工方案

該橋由于粉質黏土、粉土、粉細砂和細圓礫土呈斷續多層分布，且承壓水較大，形成多層較厚不穩定流砂層。12#、13#、21#、22# 墩樁基先后采用旋挖鉆、循環鉆、沖擊鉆等成孔方法，采取增加泥漿比重、加高護筒高度、填充黃泥及片石沖擊加固等技術措施，均不能成孔。

為確保既有公路、鐵路運營安全和鉆孔樁有效成孔，經過對13#、22#墩樁基采用高壓旋噴樁止水固砂方案進行試驗及論證，確定選擇二重管高壓旋噴樁止水帷幕固砂方案。旋噴樁樁徑0.6m，樁長延伸至橋墩樁基以下2m，旋噴樁與鉆孔樁中心距1m，旋噴樁咬合0.2m，每根樁基布置16根旋噴樁，旋噴樁平面布置如圖1，

圖1 旋噴樁布置示意圖

2.4 高壓旋噴樁施工

2.4.1 施工設備

工程施工設備配置如下：

主要施工設備配置表

圖2 高壓旋噴樁施工工藝流程圖

2.4.2 施工工藝參數

噴漿壓力20～25Mpa，提升速度22～25cm/min，旋轉速度 22～24r/min，水泥漿水灰比：0.8:1，樁體水泥用量為180kg/m。

2.4.3 施工工藝流程

高壓旋噴樁的施工工藝流程［3］，如圖2所示。

2.4.4 施工過程控制

(1)施工時應根據樁位平面布置圖設計的孔位進行施工，確保旋噴樁間咬合20cm。(2)施工時應保證鉆孔的垂直偏差不超過1.5%，樁位偏差不大于50mm。(3)采用雙管復噴工藝，用噴水泥漿下管的方式代替原噴水下管工藝。(4)噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于50m，實際孔位、孔深和每個鉆孔內的地下障礙物、洞穴、涌水及漏水等情況均應詳細記錄。(5)當噴射注漿管貫入土中，噴嘴達到設計標高時，即可噴射注漿。在噴射注漿參數達到規定值后，隨即按設計要求，提升噴射管，由下而上噴射注漿。(6)高壓旋噴注漿應自下而上進行，當注漿管不能一次提升完成時需分數次卸管時，卸管后的搭接長度不得小于100mm，以保證固結體的整體性。(7)對被加固樁基基底需要局部擴大的2米加固范圍采用復噴措施。(8)旋噴樁應采用跳開法施工，單樁完成24小時后跳開進行下—樁的施工，保證固結體的整體性。(9)高壓噴射注漿過程中，攪拌時間超過4小時的水泥漿液，不宜使用；(10)高壓噴射注漿完畢，應迅速拔出噴射管。(11)施工中應嚴格按照施工參數和材料用量施工，并如實做好各項記錄。(12)當高壓噴射注漿完畢后，若噴射注漿過程因故中斷，短時間(小于或等于漿液初凝時間)內不能繼續噴漿時，均應拔出注漿管清洗備用，以防漿液凝固后拔不出管或噴嘴堵塞。

2.4.5 施工效果

橋梁鉆孔樁施工期間，孔樁成孔效果良好，既有公路、鐵路路基無沉降和位移，說明高壓旋噴樁在不穩定流砂地質中止水圍幕是成功的，達到了預期目的。

結束語

高壓旋噴樁止水帷幕技術以其施工機具簡單、施工簡便、迅速等特點，廣泛應用于公路、鐵路、建筑的軟土地基處理中，特別是在靠近既有公路、鐵路的流沙層地質中進行樁基礎施工時，高壓旋噴樁止水帷幕技術能有效地控制既有鐵路、公路的路基沉降和位移，確保施工期間既有鐵路、公路的行車安全。

[1]冶金工業部建筑研究總院.地基處理技術第二冊噴射注漿法與深層攪拌法［M］.北京：冶金工業出版社，1991.1-31.

[2]朱美花.高壓旋噴樁在止水帷幕中的應用［J］.太原理工大學學報，1999，30（6）：640-642.

[3]劉靜,胡煥校.旋噴樁在橋梁基礎中的新應用[J].中南工業大學學報，2000，31(3)：l99—201.