關(guān)于高壓噴射注漿法(雙管法旋噴)工藝參數(shù)修正的探討

黃躍明 黃碧祥

(福建新時(shí)代項(xiàng)目管理有限公司 福建泉州 362000)

高壓噴射注漿法有旋噴、定噴和擺噴三種形式，施工方法主要有單管法、雙管法和三管法，適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑可塑性粘性土、粉土、砂土、黃土等土質(zhì)的加固，因其在成樁深度和成樁效果上比水泥土攪拌樁好，在建筑工程中常用于較深基坑的截水帷幕和較深基坑內(nèi)的被動(dòng)區(qū)土體加固，以提高坑底突涌穩(wěn)定性和支護(hù)滑移穩(wěn)定性。本文根據(jù)在泉州市東海經(jīng)濟(jì)總部片區(qū)某總部大樓的基坑支護(hù)施工案例及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討關(guān)于雙管法高壓旋噴樁施工參數(shù)的確定。

1 分析相關(guān)規(guī)范和規(guī)程對(duì)雙管法高壓旋噴樁工藝參數(shù)的規(guī)定

雙管法的施工參數(shù)直接決定了成樁的質(zhì)量和水泥的用量，對(duì)造價(jià)影響也較為明顯。設(shè)計(jì)給出的參數(shù)與《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012基本一致，在征得業(yè)主和設(shè)計(jì)的同意下，決定重新進(jìn)行施工參數(shù)的試驗(yàn)。

1.1 相關(guān)規(guī)范和規(guī)程的工藝參數(shù)

施工試驗(yàn)前，我們查閱相關(guān)規(guī)范規(guī)程并統(tǒng)計(jì)了規(guī)范規(guī)程中關(guān)于雙管法高壓噴射注漿法的工藝參數(shù)，具體列表如下:

(1)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002(以下稱驗(yàn)收規(guī)范):

規(guī)范未對(duì)具體工藝參數(shù)做出規(guī)定，但提供不同樁徑的水泥用量參考值:Φ600水泥用量200-250 kg/m;Φ900水泥用量350-400 kg/m;

(2)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012(以下稱技術(shù)規(guī)范):

表1 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79－2012

(3)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012(以下稱技術(shù)規(guī)程):

表2 《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120－2012

對(duì)比三個(gè)列表，技術(shù)規(guī)程給出的參考參數(shù)最為齊全，且與設(shè)計(jì)參數(shù)一致。我們選擇對(duì)具有代表性的技術(shù)規(guī)程的工藝參數(shù)進(jìn)行分析并計(jì)算出的最低水泥用量，然后與技術(shù)規(guī)程給出的水泥用量(占土自然密度的25-40%)進(jìn)行比對(duì)，分析其工藝參數(shù)的合理性。

1.2 各個(gè)參數(shù)作用分析

(1)水灰比:水灰比的大小決定處理后地基固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度，兩者成反比關(guān)系，但水灰比太小時(shí)噴射有困難，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取0.9～1.1;

(2)氣壓:在二管法中主要是低壓空氣，輔助鉆進(jìn)切割和提高旋噴漿處理能力，經(jīng)驗(yàn)取值0.7MPa;

(3)注漿壓力(漿壓):決定噴漿壓力和液流動(dòng)能，與成樁直徑成正比，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般在20～28MPa，近年來(lái)噴漿技術(shù)發(fā)展，最大漿壓力可達(dá)35～40 MPa，在注漿壓力一定的情況下，噴漿壓力與噴嘴直徑和數(shù)量有關(guān);

(4)注漿流量:單位時(shí)間注入土層的漿量(水泥量)，與提升速度關(guān)系緊密，當(dāng)提升速度一定時(shí)，注漿流量越大，成樁效果越好，但過(guò)大造成工程造價(jià)的浪費(fèi)，規(guī)程規(guī)范給出的經(jīng)驗(yàn)值80～120L/min，相對(duì)于本地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)值(個(gè)人了解)，該經(jīng)驗(yàn)值偏保守;

(5)提升速度:噴射成樁的豎向速度，與成樁效果成反比，速度太低造成浪費(fèi)，太高則成樁效果差，甚至可能出現(xiàn)螺旋狀樁，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般在7～25 cm/min;

(6)旋轉(zhuǎn)速度:單位時(shí)間內(nèi)單個(gè)噴嘴在同一地方的旋切次數(shù)和噴漿次數(shù)，確定旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，應(yīng)與提升速度、注漿壓力、噴嘴數(shù)量及直徑一并考慮。速度越大噴漿慣性越大，關(guān)系到固結(jié)體質(zhì)量的離散性，根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)(個(gè)人了解)，一般取值在15～20 r/min。

按照技術(shù)規(guī)程給定的工藝參數(shù)，樁徑按照設(shè)計(jì)最常見(jiàn)的￠600(技術(shù)規(guī)程推薦樁徑由設(shè)計(jì)選定)，最低水泥用量計(jì)算如下(僅用于比對(duì)，不考慮損失量):

假設(shè)注漿流量按最低80L/min，提升速度按最大25cm/min，水灰比按最小0.9，求出的水泥用量就是最低水泥用量(水泥密度為3.1，淤泥的天然密度為1.63)。

①求出漿液混合密度:質(zhì)量/體積=(1+0.9)÷(1+0.9/3.1)=1.47kg/L

②每升漿液的水泥用量=1.47×(0.9÷1.9)=0.696 kg/L

③最低水泥用量(占淤泥比重的%)=(80L/min×0.696 kg/L)÷(3.14×0.3m×0.3m×0.25m×1630 kg/m3)=48.35%(超出技術(shù)規(guī)程規(guī)定25%-40%的水泥用量)

④置換成每米最低水泥用量:80L/min÷25cm/min×0.696 kg/L=222.72 kg/m(符合驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定的200-250 kg/m)

分析結(jié)論:技術(shù)規(guī)程的工藝參數(shù)、水泥用量以及驗(yàn)收規(guī)范的水泥用量之間存在矛盾，根據(jù)本地區(qū)￠600雙管法旋噴樁的施工經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)規(guī)程的水泥用量較為接近當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)水泥用量，但其工藝參數(shù)以及驗(yàn)收規(guī)范的水泥用量均過(guò)于保守，有必要利用施工試驗(yàn)進(jìn)行工藝參數(shù)的修正。

2 計(jì)算并修正試驗(yàn)樁的工藝參數(shù)以及試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 項(xiàng)目概況

該總部大廈項(xiàng)目地處沿海地區(qū)，地下室三層，每層建筑面積約8898.95 m2，支護(hù)設(shè)計(jì)高度為15.15-15.65m(不含坑中坑)，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用支護(hù)排樁加混凝土支撐與大直徑預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)，排樁間的截水帷幕以及被動(dòng)區(qū)加固采用雙管法高壓旋噴樁。

2.2 設(shè)計(jì)概況

截水樁設(shè)計(jì)樁徑 Φ600mm，樁數(shù)252根，樁長(zhǎng)為18.95m，施工深度為21.45m;被動(dòng)區(qū)樁徑 Φ500mm，樁數(shù)12000根，樁長(zhǎng)為7.5m，施工深度為22.9m，設(shè)計(jì)要求水泥等級(jí)為P.O42.5，水灰比為1:1，水泥用量為土的天然密度的25% ～30%，置換土層為淤泥層，固結(jié)體強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到1.5 MPa。

2.3 水文地質(zhì)概況

根據(jù)項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告揭示，場(chǎng)地高程為5.88～7.12m，受泉州灣潮汐影響，常年水位在高程4.5m，水位變幅在0.5～2.6m之間;涉及支護(hù)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)地主要巖土層分布及特征自上而下分述如下:1、淤泥②，海積成因，層厚 4.7～17.2m，層頂高程為-3.17～1.29m，天然含水量56.6%;2、淤泥夾砂③，海積成因，層厚1.8～13.1m，層頂高程為 -16.36～-5.08m，天然含水量46.8%;3、淤泥④，海積成因，層厚0.7～11.7m，層頂高程為 -22.51～-10.36m，天然含水量56.5%;4、粉質(zhì)粘土⑤，標(biāo)貫6.8擊，層厚1～2.9m，層頂高程為-22.58～-18.82m，天然含水量 29.2%;5、粗砂⑥，標(biāo)貫 26.2擊，層厚 0.5～5.4m，層頂高程為-27.66～-19.2m;

安全等級(jí)為一級(jí)的基坑支護(hù)工程是整個(gè)項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵，如何選擇工藝參數(shù)、水泥用量更應(yīng)該慎重。在與設(shè)計(jì)人員以及旋噴樁施工人員溝通后，施工試驗(yàn)的水泥用量暫定控制在驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定的200～250kg/m之間，先按200kg/m的水泥用量進(jìn)行試驗(yàn)，若試驗(yàn)失敗，再按250kg/m的水泥用量再進(jìn)行一次試驗(yàn)，樁徑根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果由設(shè)計(jì)確定。計(jì)算過(guò)程如下:

計(jì)算假定水灰比按1(按設(shè)計(jì)要求);提升速度按18 cm/min(聽(tīng)取旋噴樁有經(jīng)驗(yàn)施工人員的意見(jiàn)，取中間值，太大無(wú)法確保成樁質(zhì)量);水泥用量(按驗(yàn)收規(guī)范)暫取200kg/m;為保證樁徑，漿壓按30 MPa(比技術(shù)規(guī)程參考值略大一點(diǎn)，可保證成樁直徑);根據(jù)以上假定計(jì)算出大約的注漿流量:

①求出漿液混合密度:質(zhì)量/體積=(1+1)÷(1+1/3.1)=1.512kg/L;

②每升漿液的水泥用量 =1.512kg×(1÷2)=0.756kg/L;

③求出注漿流量 =200kg/m×0.18m/min÷0.756kg/L=47.62L/min(取整數(shù)50)。

修正后的工藝參數(shù)如下表:

表3 修正后的工藝參數(shù)表

并按以上參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)樁的施工，試驗(yàn)樁共施工兩組，每組五根，梅花形布置。深度計(jì)、流量計(jì)、壓力表等計(jì)量裝置在施工前由計(jì)量部門進(jìn)行標(biāo)定，電腦自動(dòng)記錄儀選用不具有存儲(chǔ)功能的定型產(chǎn)品(CJ-G5型灌漿記錄儀)，具備現(xiàn)場(chǎng)打印施工過(guò)程和成樁資料的功能。在施工中，由建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位共同進(jìn)行旁站。28d后，由建設(shè)單位隨機(jī)選取三根樁委托專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行樁徑、樁身完整性以及樁身固結(jié)體強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)(報(bào)告編號(hào):AZX150030)結(jié)果如下:

樁徑均大于900mm;樁長(zhǎng)20.93～22.05m;芯樣試件抗壓強(qiáng)度1.9～2.0 MPa;檢測(cè)結(jié)論:旋噴1#樁、旋噴2#樁的樁身完整性為Ⅰ類，樁身抗壓強(qiáng)度、樁端持力層均滿足設(shè)計(jì)要求，旋噴3#樁的樁身完整性為Ⅱ類，樁身抗壓強(qiáng)度、樁端持力層均滿足設(shè)計(jì)要求。

試驗(yàn)及檢測(cè)的結(jié)果較為理想，沒(méi)有進(jìn)行第二次試驗(yàn)。設(shè)計(jì)人員根據(jù)試驗(yàn)及檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，把被動(dòng)區(qū)直徑500mm的樁改成直徑900mm，并按照試樁參數(shù)確定了旋噴樁的施工工藝參數(shù)。在加固面積不變的情況下，樁數(shù)量由12000多根減少為3200多根，按照新的施工參數(shù)計(jì)算(僅用于比對(duì)，不考慮損失量)，水泥用量占土天然密度的百分比=50L/min×0.756 kg/L÷3.14×0.45m×0.45m×0.18m×1630 kg/m3=20.26%，略低于技術(shù)規(guī)程25%的最低水泥用量，但與技術(shù)規(guī)程工藝參數(shù)計(jì)算的48.35%相比，節(jié)省將近2.4倍的水泥用量(水泥置換總量=加固體積×水泥用量占置換土天然密度%)。

雙管法旋噴樁工藝參數(shù)修正后的優(yōu)點(diǎn):①經(jīng)過(guò)檢測(cè)檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，保證了工程質(zhì)量;②樁數(shù)量減少3倍多，加快了施工進(jìn)度;③節(jié)省了2倍多的水泥用量，節(jié)省了工程造價(jià)。

3 關(guān)于沿海地區(qū)淤泥層高壓噴射注漿法施工的幾點(diǎn)思考

(1)規(guī)程雖然提供常用的高壓噴射注漿工藝參數(shù)，但據(jù)其工藝參數(shù)計(jì)算出的水泥用量太大，且與規(guī)程規(guī)定的水泥用量自相矛盾，也許是不同地區(qū)、土質(zhì)差異造成規(guī)程規(guī)范的工藝參數(shù)、水泥用量過(guò)于保守，在工程實(shí)踐中會(huì)造成很大的浪費(fèi)，實(shí)踐中應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定施工工藝參數(shù)，特別是注漿流量和提升速度。根據(jù)研究資料顯示，合理的水泥用量建議在15% ～35%之間。

(2)成樁直徑的判斷與選擇也很重要，直接影響到工程造價(jià)和工程成敗。規(guī)范根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入度N選擇固結(jié)體直徑 D=650-1/154N2(0＜N＜5，根據(jù)參考文獻(xiàn)，淤泥標(biāo)貫為N＜2)，而技術(shù)規(guī)程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入度N選擇固結(jié)體直徑 D=800～1200(0＜N＜5)，本案例經(jīng)過(guò)施工試驗(yàn)選擇D=900，也在技術(shù)規(guī)程允許范圍之內(nèi)。

(3)由于近年來(lái)注漿技術(shù)得到很大的提高，注漿壓力的提高，明顯地改善了噴射效果，但根據(jù)研究資料顯示壓力過(guò)高，會(huì)在噴射區(qū)域形成局部真空并出現(xiàn)渦流，導(dǎo)致過(guò)早地形成霧狀而起到相反的結(jié)果，在現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)條件下的注漿壓力建議根據(jù)實(shí)際情況在26～32MPa之間選擇。

[1]GB50202-2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]JGJ79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JGJ120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]曾克強(qiáng).旋噴樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)幾個(gè)計(jì)算參數(shù)的探討.地質(zhì)與礦產(chǎn)，2006.6.

[5]肖建華.關(guān)于軟土狀態(tài)確定標(biāo)準(zhǔn)的討論.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，1997，1(5).