三重管高壓旋噴樁作為止水帷幕的應用

中鐵十四局集團隧道工程有限公司

中心摘要：在一些大城市，隨著地鐵建設和高層建筑的崛起，不少深基坑工程都采用了高壓噴射注漿技術來進行深基坑的止水防滲，而三重管旋噴樁是其施工工藝的最先進形式。本文主要介紹無錫地鐵二號線穿越靖海高架橋時，三重管旋噴樁的主要施工工藝。

關鍵詞：地鐵 旋噴樁 橋樁 沙層

1.工程概況

1.1工程周邊環境

無錫地鐵二號線靖海公園站位于上馬墩路與江海東路交界處，2號線車站沿上馬墩路縱向（東-西）布置，與設于沿江海東路布置的3號線形成“T”型換乘，車站位于城市主干道下，覆土3m，車站采用明挖施工。上馬墩路規劃道路紅線為30m，江海東路規劃道路紅線為68m，江海東路上部設有分離式雙向6車道江海高架。車站西北側設置連接2號線與3號線的聯絡線，同時對于聯絡線與車站結構之間部分地塊擬與車站結構同步施工以進行商業開發，覆土3m。

1.2工程地質

基坑范圍內從上至下地層分別為：①1雜填土、③1a粉質粘土、③1粘土、③3粉土夾粉質粘土、④1粉砂、⑥1粘土、⑥2粉質粘土、⑦1粉質粘土、⑦2粉土、⑦3粉質粘土、⑧1粉質粘土、⑧2a粉質粘土夾粉土、⑧3粉質粘土、⑧4a粉質粘土夾粉土、⑧4粉土、⑧5粉質粘土、⑧6a粉質粘土夾粉土、⑨1粘土、⑨2a粉土夾粉質粘土、⑨2粉砂、⑩2粉質粘土。2號線車站結構底板主要座落⑥1層上，連續墻底主要落在⑦1、⑦2層上；3號線車站結構底板主要座落⑥2層上，連續墻底主要落在⑧3、⑧4a層上；聯絡線結構底板主要座落⑥1、⑥2層上，連續墻底主要落在⑧3層上。

本段防水的重點在于④1粉砂層，該土層夾在兩層淤泥質粘土層之間，位于地面下2.10～6.20米左右，層厚4.1m左右，由于該層為透水層，且在基坑開挖范圍內，該層處理的好壞，直接關系到基坑日后開挖是否漏水。

1.3 地下水文情況

根據地下水賦存條件，本工點在勘察深度內沿線地下水類型主要為松散巖類孔隙水，具體包括：全新統潛水層②、全新統微承壓水③1、上更新統承壓水③2、上更新統承壓水③3，中更新統承壓含水層③4。對工程影響較大的主要為新統微承壓含水層③1，

該含水層由③3層粉土夾粉質粘土、④1層粉砂組成，評述如下：

全線分布較普遍，富水性較低。頂板埋深一般在4.70～7.10m，頂板標高-3.45～-1.50m，層厚4.40～13.10m。地下水類型為HCO3·SO4-Na·Ca型水。地下水位受河水位及季節性降水控制，上、下普遍分布隔水層，分別為③1層粘土、 ⑥1層粘土，因此具微承壓性。該含水層在勘察期間地下水位埋深1.46～2.90m、平均2.56m，標高0.74～2.39m、平均1.15m。

由于本工點開挖深度大于該含水層埋深，故該含水層對地鐵施工影響較大。

1.4 方案確定

本車站圍護結構采用地下連續墻施工工藝，在穿越靖海高架橋時，受高度及橋樁限制，無法進行地下連續墻施工。根據本段的地質情況，設計采用φ1200@1350鉆孔灌注樁進行圍護加固，樁間采用φ800@600三重管旋噴樁旋噴樁進行止水，旋噴樁深度達到基坑底5米，通過樁間旋噴樁與灌注樁的咬合從而達到止水的效果。

圖1 車站三重管旋噴樁施工平面圖

2資源配置

2.1 勞動力計劃

勞動力具體分工如表1所示。表中為每套設備的人員配置，工地施工采用24小時2班制，在施工中應各司其職，認真負責，相互協作，互相監督。機械操作工必須作好現場鉆孔記錄，取得第一手地質資料，以便注漿技術人員根據地質資料及時調整注漿參數。注漿記錄人員必須把當班的記錄及時整理。高壓泵工應隨時注意注漿泵壓力變化，值班工程師及時記錄并根據地質情況調整注漿壓力及施工工藝參數。

勞動力組織表 表1

序號工種人數（每班）職責備注

1工班長2做好施工管理工作，負責本班組的勞動力安排

2機械操作工4負責鉆機運轉、移位和機械運轉記錄

3機前工8負責機械運行安全維修和移位測量

4高壓泵工6負責高壓泵運行送漿正常；換漿換水操作、作業安全

5清潔工2負責現場文明施工

6值班工程師2負責現場技術指導和管理

合計22

2.2 主要施工機械設備

主要施工機械設備如表2所示。

主要機械設備配套表 表2

序號設備名稱規格型號單位數量

1旋噴機械XP-30臺2

2高壓水泵XPB-90E臺2

3高壓漿泵XPB-90D臺2

4空壓機健豹臺2

5攪漿機械JBJ-1000臺2

6攪漿機械JBJ-3000臺2

7抽漿設備泥漿泵臺2

8螺旋水泥輸送機FS-250臺1

3 施工方法

3.1 施工原理及工藝流程

三管法旋噴是一種水、氣噴射、漿液灌注攪拌混合噴射的方法。即用三層噴射管使高壓水和空氣同時橫向噴射，并切割地基土體，借空氣的上升力把被破碎的土由地表排除；于此同時，另一個噴嘴將水泥漿低壓力噴射注入到被切割、攪拌的地基中，使水泥漿與土混合達到加固目的，其加固直徑可達800～2000mm。

采用三管法旋噴，應先送高壓水、再送水泥漿和壓縮空氣；噴射時先應達到預定的噴射壓力、噴漿量后，再逐漸提升注漿管，注漿管分段提升的搭接長度不得小于100mm；當達到設計樁頂高度或地面出現溢漿現象時，應立即停止當前樁的旋噴工作，并將旋噴管拔出并清洗管路。旋噴樁施工工藝流程見圖2。

3.2 施工工藝參數

施工工藝參數見表3

旋噴樁施工主要技術參數 表3

項目技術參數

壓縮空氣氣壓（MPa）0.5

水壓力（MPa）20～30

水泥漿壓力（MPa）0.5～1

水灰比0.8：1～1：1

提升速度（cm/min）6～12

旋轉速度（r/min）8～12

根據經驗配比，確定水泥用量270kg/m，水灰比1：1，可計算出水泥漿密度為：

1.50～1.51g/cm3

可計算出每根樁水泥用量為：21.394m×270 kg/m÷1000=5.8t。

每延米旋噴樁消耗水泥漿所占體積：（270+270）÷1.5÷1000=0.36m3

以單位時間的噴漿量和噴嘴提升速度計算，計算公式為：

由 Q=（H/v）q（1+β）推算

q/v=Q/（H*（1+β）

式中 Q—漿量（L）；

H—樁長（cm）；

q—單位時間噴漿量（L/min）；

β—損失系數，通常0.1～0.2（本方案取0.15）；

v—提升速度（m/min）。

q/V=Q/（H*（1+β）=0.36×1000/（100×（1+0.15）） =3.13

3.3 旋噴樁施工方法

3.3.1 施工準備

（1）場地平整

正式進場施工前，進行管線調查后，清除施工場地地面以下1米以內的障礙物，不能清除的做好保護措施，然后整平、夯實；同時合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地的“三通一平”。

（2）樁位放樣

施工前用全站儀測定旋噴樁施工的控制點，打設木樁作為標記，經過復測驗線合格后，用鋼尺和測線實地布設樁位，并用竹簽釘緊，一樁一簽，保證樁孔中心移位偏差小于50mm。

（3）修建排污和灰漿拌制系統

旋噴樁施工過程中將會產生10～20%的返漿量，將廢漿液引入沉淀池中，沉淀后的清水根據場地條件可進行無公害排放。沉淀的泥土則在開挖基坑時一并運走。沉淀和排污統一納入全場污水處理系統。

灰漿拌制系統主要設置在水泥罐附近，便于作業，主要由灰漿拌制設備、灰漿儲存設備、灰漿輸送設備組成。

（4）由于施工區域部分在高架橋下，受高架橋凈高（7.3m）限制，我部對路面基層進行破除降低處理，并對旋噴樁樁機高度進行調整，以滿足施工需要。

3.3.2 鉆機就位

鉆機就位后，對樁機進行調平、對中（采用水平靠尺與鉆井機架吊錘球相結合的方法整平機架，對準設計樁位；而后用經緯儀或全站儀進行復核），調整樁機的垂直度，保證鉆桿應與樁位一致，偏差應在50mm以內，鉆孔垂直度誤差小于1.5%；鉆孔前應調試空壓機、泥漿泵，使設備運轉正常；校驗鉆桿長度，并用紅油漆在鉆塔旁標注深度線，保證孔底標高滿足設計深度。

3.3.3 噴水引孔鉆進

鉆機施工前，應首先在地面進行試噴，在鉆孔機械試運轉正常后， 正式開始鉆進。鉆孔過程中要詳細記錄好鉆桿節數，保證鉆孔深度的準確。為防止泥砂堵塞噴嘴，要邊射水邊鉆進，高壓水噴嘴要用塑料布包裹，以防泥土進入管內。

3.3.4 旋噴提升

當噴射注漿管到達設計深度后，接通泥漿泵，然后由下向上旋噴，同時將泥漿清理排出。噴射時，先應達到預定的噴射壓力，待噴漿正常后再逐漸提升旋噴管，以防止旋噴管被扭斷。為保證樁底部的的成樁質量，噴嘴下沉到設計深度時，應在原位置旋轉10秒鐘左右，待孔口冒漿正常后再旋噴提升。鉆桿的旋轉和提升應連續進行，不得中斷，鉆機發生故障，應停止提升鉆桿和旋轉，以防斷樁，同時立即檢修排除故障。在旋噴提升過程中，可根據不同的土層，調整旋噴參數。

3.3.5 鉆機移位

旋噴提升到設計樁頂標高時停止旋噴，提升鉆頭，清洗注漿泵及輸送管道，然后將鉆機移位，開始下一根旋噴樁的施工。

4 質量標準及檢查措施

4.1 旋噴樁施工技術標準

旋噴樁的施工技術要求見表4。

旋噴樁施工技術檢查表 表4

項

目序

號檢查項目允許偏差或允許值檢查方法

單位數值

主控項目1水泥及外摻劑質量符合出廠要求查產品合格證書或抽樣送檢

2水泥用量合設計要求查看流量表及水泥漿水灰比

3樁體強度或完整性檢查設計要求按規定方法

4地基承載力設計要求按規定方法

一般項目1鉆孔位置mm≤50用鋼尺量

2鉆孔垂直度%≤1.5經緯儀測鉆桿或實測

3孔深mm±100用鋼尺量

4注漿壓力按設定參數指標查看壓力表

5樁體搭接（按設計要求）mm>150用鋼尺量

6樁體直徑mm≤50開挖后用鋼尺量

7樁身中心允許偏差 ≤0.2D開挖后樁頂下500mm處用鋼尺量，D為樁徑

4.2 施工檢查內容

（1）施工前檢查

在施工前對原材料、機械設備及噴射工藝等進行檢查，主要有以下幾方面：

①水泥的質量合格證及復驗報告；

②漿液配合比是否合適工程實際土質條件；

③機械設備是否正常，在施工前應對高壓旋噴設備、高壓泥漿泵、水泵等作試機運行，同時確保鉆桿（特別是多重鉆桿）、鉆頭及導流器暢通無阻；

④施工前還應對地下障礙情況統一排查，以保證鉆進及噴射達到設計要求。

⑤施工前檢查樁位、壓力表、流量表的精度和靈敏度。

（2）施工中檢查

施工中重點檢查內容有：

①鉆桿的垂直度及鉆頭定位；

②水泥漿液配合比及材料計量；

③鉆機轉速、沉鉆速度、提鉆速度及旋轉速度等；

④噴射注漿時噴漿、噴水、噴氣的壓力、注漿速度及注漿量；

⑤孔位處的冒漿狀況；

⑥噴嘴下沉標高及注漿管分段提升時的搭接長度；

⑦施工記錄是否完備，每施工完成一根樁應有詳細的施工原始記錄。

（3）施工后檢查

施工后按照設計要求對樁體強度及地基承載力進行檢查驗收。

4.3 成樁質量檢查

（1）質量檢驗時間、內容

施工完成后對樁體施工質量的檢驗，應在高壓噴射注漿結束后28天進行，檢查內容主要為28天無側限抗壓強度qu>=1.0Mpa，抗滲系數<1.0×10-7cm/s。

（2）質量檢驗數量、部位

檢驗點的數量為施工孔數的1%，并且至少要檢驗3個點。

5、實施效果

在三重管旋噴樁止水帷幕實施后，在基坑的開挖過程中，發現樁間漏水點比較少，只在局部發現過漏水點，在發現的漏水點處通過注水玻璃雙液漿的方式進行處理，能比較迅速的堵住漏水點，總體來說，效果比較好，達到了預期效果。

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