珠海橫琴梧桐樹大廈袖閥管雙液注漿加固深層砂層防止沖孔樁塌孔的技術應用

梁仟名

摘 要：珠海橫琴新區梧桐樹大廈礫砂層埋藏較深，厚度較大，含水量豐富，透水性強，塔樓灌注樁開挖后需補樁，在補樁沖孔施工中由于開挖形成較大水頭差，出現連續涌水、流砂、塌孔等現象。對成孔失敗的原因進行了詳細分析，經論證，選用袖閥管雙液分層注漿法對樁位及周邊深層礫砂層進行加固止水，對袖閥管雙液注漿施工方案進行了詳細介紹。經加固的礫砂層能滿足沖孔施工要求，流砂、塌孔等現象得到控制，補樁施工得以順利實施。

關鍵詞：灌注樁；沖孔；補樁；塌孔；原因分析；袖閥管雙液注漿；加固；深層砂層

1 工程概況

珠海橫琴梧桐樹大廈塔樓為樹形建筑，總高188.8m，四層地下室，±0.000為絕對標高5.4m，樁頂標高為-16.2～-21.6m。該項目位于橫琴口岸服務區，是服務區四項目之一，該區考慮地下車庫聯通，采取共用支護體系的形式開挖地下室土方，該項目施工進度較快，在開挖至-10.5m時，由于塔樓樹形懸挑鋼結構形式改變，上部荷載增加較大，需在原施工灌注樁外圍進行補樁。

補樁初期，同時進行的3個樁位分別位于塔樓的北、西、南側，由于深層砂層較厚，沖孔樁成孔過程中均出現流砂、涌水和塌孔的情況，現場緊急采取回填膨潤土、加大泥漿比重等措施均無法防止塌孔，經錘尺丈量，塌孔位置在-35～-45m之間，孔口不斷流出清水，無法成孔。

2 原因分析

該項目補樁與原施工灌注樁采用同一成孔工藝，口岸服務區另一項目也采用沖孔的形式成孔，并未出現連續塌孔的情況，即便個別樁有流砂、涌水發生，通過加大泥漿比重可避免塌孔。可見該項目補樁沖孔出現異常，并非該成孔工藝不適用與口岸服務區地質。

地質詳勘報告反映：該項目位于海邊，地下水埋深1.21～2.83m，平均1.93m，水量豐富。地下礫砂層埋深-26.34～-53.64m，滲透系數K′=11.1×10-2～18.8×10-2cm/s，平均15.0×10-2cm/s，為強透水層，為場地主要含水層。

經現場勘測發現，口岸服務區四項目共用一個大基坑，為樁錨支護體系，該項目已開挖至-10.5m，其余三個項目還處于-0.5m標高處施工灌注樁，二者高差達10m。同時發現該大基坑尚有局部止水帷幕未完成施工。

結合現場實際情況和場地地質條件進行分析，該項目沖孔過程中，由于場地存在將近10m水頭差，而場地下方存在厚度較大、透水性強的礫砂層，在強大水頭差的作用下，地下水在礫砂層中極易形成滲流通道，沖孔樁施工穿透砂層時，地下水極易突破泥漿護壁，通過樁孔向地表泄壓，這意味著樁孔為地下水提供了泄壓孔，塌孔是不可避免的。

初期實施的3個孔位均在砂層范圍內出現流砂、涌水現象，最終因水壓過大，無法通過加大泥漿比重和回填膨潤土阻止塌孔。塌孔之后緊急回填土試圖填實孔內空間，事后仍不斷涌出清水。這些現象與上述原因分析極為吻合。

3 加固措施

根據上述原因分析，加固原理主要是阻止承壓地下水流經樁邊砂層，避免流動水帶走砂粒，引起塌孔。為了達到固化砂層和防止產生涌水問題，徹底解決流砂塌孔問題，經多方論證后，項目部決定對砂層采取袖閥管雙液注漿加固砂層方法進行處理。

砂層加固的目的是實現沖孔樁成孔至澆筑水下混凝土過程中保持孔體完整，避免塌孔導致成樁失敗。

該項目采用1m直徑沖孔灌注樁，在樁位及周邊共設置5根袖閥管進行注漿加固，加固范圍為1m直徑的立方體，按袖閥管孔平面布置圖分別進行1～5#管注漿施工。每個樁位按地質詳勘報告估算砂層厚度，加固長度為礫砂層上下各2m的范圍。

袖閥管注漿液的主要材料為水泥漿和水玻璃，漿液凝結速度快，初凝時間短，能起到瞬間加固砂層和防止地下水流動帶走漿液，損失凝結材料的問題。漿液通過高壓注漿方式能以劈裂擠壓形式及時填充砂層中的空隙，進入砂層中的軟弱部位，形成有一定強度的人工加固體，增強砂層的密實度和壓縮模量，減少加固體的滲透系數。

4 施工方案

4.1 加固范圍

該項目補樁共37根，每根樁注漿孔布置5個，加固范圍共計185個。

4.2 加固注漿參數

袖閥管套殼料采用膨潤土現場配置，采用42.5普通硅酸鹽水泥和水玻璃混合液，水玻璃模數為3.0～3.3，水灰比為1：1，水玻璃摻量為3%，注漿壓力控制在1～2MPa。

4.3 工 期

投入3臺鉆機施工，每臺鉆機每天鉆孔3個，185個孔施工時間為21d。

4.4 勞動力配置

投入鉆孔人員9人，注漿人員3人，雜工3人，安全員1人。

4.5 主要機械配置

采用XY-100型鉆機3臺、？準110mm鉆頭，采用泥漿護壁鉆進，全孔取芯，鉆進長度至砂層以下2m，同時做好記錄。注漿泵BW-250型2臺，漿液攪拌機2臺。

4.6 袖閥管施工工藝流程

測放孔位→鉆機就位→鉆孔→制備套殼漿→注入套殼料→下袖閥管→制備注漿液→漿液注漿→第一次注水→第二次注漿→第三次注漿→第N次注漿→封孔口。

4.7 施工方法及技術要求

（1）定位：全站儀測放樁位的坐標點，采用拉線和卷尺量測的方法定出另外4點坐標，用木樁標注。

（2）鉆機就位及鉆孔：鉆機進場就位，應使鉆機底部平整穩固，在開鉆前利用吊錘對鉆頭和鉆孔的垂直度進行檢測，并在鉆進2m時及以后每加一節鉆桿均需對鉆機調平校正，要求鉆孔的傾斜度≤1%。施工采用兩序法，地質鉆一次造孔泥漿護壁，灌漿自下而上施灌。鉆機采用泥漿護壁造孔，孔深按設計要求進行。

（3）備、置換套殼料：套殼料采用膨潤土現場配制。成孔后立即通過鉆桿將套殼料置換孔內泥漿，方法是將通過循環泥漿的管接到擠壓式注漿機上，在注漿壓力的作用下，通過鉆桿將孔內泥漿置換成套殼料。套殼料在壓力的作用下，通過鉆桿進入鉆孔底部，隨著套殼料的進入，泥漿從地面孔口置換出來，置換出來的泥漿通過鉆孔口的泥漿溝排到泥漿循環池。在發現排出的泥漿中含有套殼料時，停止置換。

（4）裝袖閥管：在套殼料置換完成后要立即插入袖閥管。袖閥管插入前根據深度要進行連接，在插入時相鄰兩節袖閥管用長度為20cm的套管連接，采用膠合劑將袖閥管和連接套管粘牢。第一節袖閥管安裝好堵頭，再對管中注入清水，目的是減小袖閥管的彎曲度。袖閥管每節連接好后，依次下放到鉆孔中，直到孔底，下放時盡量保證袖閥管的中心與鉆孔中心重合。根據注漿要求，在注漿管部位下B型注漿管，非注漿部位下A型管。將注漿管下入注漿管孔中，要確保注漿管下到孔底，上部要高出地面20cm，利用注滿水的注漿管的重力作用，使注漿管不會浮起，最后在注漿管上部蓋上蓋，以防止雜物進入注漿管，影響注漿作業質量。

（5）制漿：等到套殼料具有一定的強度后（時間不得少于24h），可進行注漿施工。制漿材料采用42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為1：1，水玻璃摻量為3%。

（6）注漿：注漿應先按1～5的序號分別進行，4～5#適當提高注漿壓力，以達到設計要求的加固目的。注漿過程中主要通過聽聲音、看壓力、看注漿量（由前面灌漿現場工藝試驗取得參考數據）來判斷注漿的實施效果。注漿中應密切注意注漿壓力的變化。每段注漿時，壓力表應出現兩次峰值，在注漿剛開始，出現第一次峰值，持續的時間很短；隨后壓力逐漸下降在一定范圍內相對平穩，持續時間在一分鐘左右，壓力表出現第二次峰值，當出現第二次峰值后，將注漿內管上提進行下一段注漿。壓力表出現第一次峰值是由于套殼料引起的，當套殼料被擠碎，這個峰值很快下降；隨著漿液的注入，砂層中間的空隙被填充，注漿壓力也逐漸增大，達到第二次峰值。

（7）結束標準：保持注漿壓力（1.0～2.0MPa）下，注入量<1～2L/min，并穩壓20min，即可結束注漿。在注漿過程中，應觀察相鄰注漿孔的返水、排水、冒漿情況，若周圍有漿液冒出，說明注漿效果好。做注漿記錄，包括注漿壓力、注漿量、水泥用量等。

（8）封孔：在壓密注漿結束后，采用悶蓋將孔口封閉并保護好，以便重復使用。

5 結 語

經過注漿加固的砂層能滿足沖孔施工要求，補樁施工不再出現砂層坍塌現象，透水現象基本得到控制，不再出現涌水。采用袖閥管雙液注漿定位準確、瞬時能起到強化和加固作用，比單液注漿更能控制砂層穩定。經過深層砂層加固處理后，沖孔樁施工不再出現涌水、塌孔現象，補樁得以順利實施。