高壓旋噴在深厚圓礫層旋挖圍護樁施工中的應用

蔣仁貴，王彩蓮，張 華

(1.四川省蜀利勘察設計有限公司，四川成都 610041；2.四川中恒建設工程有限公司，四川成都 610041)

1 工程概況

該項目位于綿陽市小浮橋街西北側，由2幢31層的高層建筑與周邊4層多層建筑(裙房)組成，2層地下室，基底標高約-10.8 m。

場地為一舊房拆遷地。地下室基坑開挖線距已建建(構)筑物很近：北側3～4 m外分布有5～7層磚混結構建筑物(基礎埋深4 m左右)，上部局部墻體為12 cm厚磚墻；西側5 m左右為長虹大道，6 m左右分布有7層磚混結構建筑物(基礎埋深5 m左右)；東側3 m左右為小浮橋街；南側區域為空地(圖1)。

圖1 基坑支護平面布置示意

本項目基坑開挖深度為10.5 m左右，基坑支護采用直徑1.2 m旋挖樁，共布置94根。樁間距分別為2.5 m和2.7 m，單根樁長分別為為17.7 m和15.7 m，樁間設置一道錨索。基坑周邊共設計15口降水井，降水井深22.5 m，間距17 m。施工場地極其狹窄，深基坑土石方開挖緊鄰老舊居民住宅小區，基坑變形須嚴格控制。

2 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，場地覆蓋地層由第四系新近人工填筑雜填土，全新統沖積粉土、圓礫、卵石和白堊系劍閣組泥巖組成。現將場內各巖土結構及特征從上到下分述(圖2)。

圖2 典型地質剖面

(1)雜填土①(Q4ml)：場地均有分布,層厚0.7～4.8 m。

(2)粉土②(Q4al)：場地均有分布,層厚1.6～3.1 m。

(3)圓礫③(Q4al)：場內均大部分地段有分布，呈層狀、透鏡體狀分布于卵石層中。灰色，卵石含量10 %～15 %左右，礫石含量50 %～65 %左右，其主要成分為石英砂巖、石英巖，粒徑一般0.5～3 cm，呈圓狀、亞圓狀；充填物少以中細砂為主，濕—飽和狀；其N120動探試驗擊數多小于4擊，松散狀；層厚0.5～5.1 m。

(4)卵石④(Q4al)：場地均有分布；頂界埋深447.05～450.44 m。局部含漂石，濕—飽和狀。按其密實程度可分為稍密卵石④1、中密卵石④2及密實卵石④3三個亞層：

稍密卵石④1：稍密狀；層厚0.6～3.3 m。

中密卵石④2：呈層狀，透鏡體狀分布，層厚0.5～5.7 m。

密實卵石④3：呈層狀，似層狀分布；層厚0.8～10.9 m。

(5)泥巖⑤(K1c)：強風化層⑤1，層厚0.4～5.2 m。中等風化層⑤2，揭示層厚5.6～7.2 m。

3 深厚圓礫層旋挖樁施工

本項目地處安昌河右岸。前期場地西南側圍護樁旋挖施工較順利，無大面塌孔現象發生，僅進度稍受個別粒徑較大卵石影響。1臺280旋挖機+1臺25 t吊車+1臺350裝載機每天能完成6～8根樁。但后期在場地東北側施工時(該側圍護樁單根樁長17.7 m)遇到前所未有的困難，無論是采用高水位水壓作業還是使用化學泥漿等固壁都不行，1整天連1根樁也完不成。有時剛穿到密實卵石層，上部地層就大面積坍塌，有時樁孔剛形成來不及下鋼筋籠，孔中已出現大面積坍塌；有時是剛下完鋼筋籠來不及澆筑混凝土，孔中又出現大面積坍塌，更有甚者，有時地面出現直徑2～3 m的塌陷洞口，直接危及臨邊建筑物結構安全。

3.1 原因分析

上部雜填土、粉土，中部為厚的松散的圓礫層(基本無充填物)這種特殊地層結構是塌孔的根本原因，高水位水壓、化學泥漿等常規固壁方法不能解決問題，而且后續工序作業(下鋼筋籠、澆筑混凝土等)稍許擾動，極有可能造成二次大范圍塌孔，只有從根本上解決圓礫層坍塌，才能一勞永逸，確保圍護樁質量，確保既定工期。

3.2 方案比較

根據基坑支護設計方案和巖土工程勘察報告，結合現場實際情況，要確保不塌孔，處理范圍必須貫穿整個圓礫層，深度在10～12 m。

主要對以下幾種方案進行比較。

3.2.1 “振動錘+長護筒”施工工藝

該工藝可以有效解決圓礫層塌孔的技術難題，但對本項目來說，有兩個明顯缺點。

(1)由于鋼護筒下、拔長度太長，又必須面對卵石層，須配備大功率振動錘，而大功率振動錘振動頻率高，幅度大，影響范圍廣，周邊老舊居民住宅小區磚混結構易受損，變形不可控。

(2)大功率振動錘下、拔長護筒，須配置大型履帶吊，施工成本太大。

3.2.2 “人工挖孔+旋挖”施工工藝

通過人工挖孔至10～12 m(穿過圓礫層)，再實施旋挖成孔。該工藝經現場討論，方案可行，但對本項目來說，亦有三個缺點。

(1)受工藝及地層影響，人工挖孔速度慢，每天進尺不足1 m，施工總體工期可能延長1個月。

(2)受工藝限制，須設置鋼筋混凝土護圈，成本大大增加，而且人工費用也非常高。

(3)孔內運渣無論采用電動還是人工裝置，人為因素太多，吊桶上下對孔內之人來說存在極大安全隱患。而且，圓礫層在人工開挖過程中也極易坍塌，存在極大安全風險。

3.2.3 沖擊成孔施工工藝

經現場討論，方案不可行。雖然沖擊成孔工藝滿足該地層條件要求，但因其振動極大，對周邊磚混結構房屋影響極大，破壞性高，且施工速度慢。

3.2.4 “高壓旋噴+旋挖”施工工藝

利用高壓旋噴樁加固樁周圓礫層，再實施旋挖成孔方案。與前幾個施工工藝比較，該施工工藝有以下幾個優點：

(1)高壓旋噴機械成孔150 mm，振動極小，旋噴時基本無振動，對周邊房屋基本無影響。

(2)采用潛孔錘成孔及高壓旋噴速度均快，1套設備每天可完成140 m左右，而且后續旋挖可緊跟作業，施工總體工期得到保障。

(3)與“振動錘+長護筒”、“人工挖孔+旋挖”施工工藝比較，成本優勢明顯。

(4)無論是前期潛孔錘成孔還是后期高壓旋噴作業，安全風險均很小。

3.3 高壓旋噴作業

3.3.1 設計方案

(1)每根高壓旋噴樁設計樁徑為600 mm，在每根圍護樁樁周開挖線上均布四根高壓旋噴樁，每根高壓旋噴樁樁端均按地勘相應剖面圖穿過圓礫層50 cm，個別需穿透下部極薄密實層及一定厚度圓礫層后進入最下部密實層，單根高壓旋噴樁長度9～12 m(圖3、圖4)。

圖3 高壓旋噴樁布置平面示意(單位:mm)

圖4 高壓旋噴樁布置剖面示意

(2)選用42.5R普通硅酸鹽水泥。漿液水灰比1∶1。成孔注漿壓力達到30 MPa。

3.3.2 高壓旋噴樁施工

高壓旋噴樁施工工藝流程見圖5。

圖5 高壓旋噴樁施工工藝流程

3.3.2.1 定位及成孔

根據設計圖紙，測放出高壓旋噴樁樁位，及時插入竹簽等標志物。注意引出控制基線，并多次核對，保證樁位符合設計要求。每根樁施工前，都要從兩個相互垂直的方向校正攪拌軸，確保樁身垂直度偏差不超過1 %。引孔采用90型潛孔錘鉆機(需定位對中)。鉆至設計樁長，做好成孔深度記錄，放置PVC管在鉆孔口，以保護孔口。旋噴器下至成孔深度，下旋噴器的過程中采取邊旋轉邊加壓方式，逐孔核實其是否到達錐尖位置。

3.3.2.2 制漿

選用42.5R普通硅酸鹽水泥。漿液水灰比1∶1。灌入水泥漿液的相對體積質量1.5～1.6，返漿相對體積質量1.2～1.3。

制漿采用二級攪拌系統，即下料、攪拌在一個攪拌罐(箱)里(此為一級攪拌系統)，按既定配比配制出來的水泥漿需流放至另一儲料罐(箱)，以保證水泥漿輸送泵的連續泵送，不發生供料中斷現象；儲料罐(箱)內不間斷進行攪拌(此為二級攪拌系統)，防止水泥漿離析。在配制漿液時，應先在攪拌桶內注入部分清水，然后倒入水泥攪拌均勻，攪拌后的漿液必須滿足設計水灰比要求。

外加劑：根據需要可加入適量速凝、懸浮或早強等外加劑。所用外加劑的數量應根據具體工程條件，通過實驗確定。漿液過篩后再送漿，保證正常輸漿。

3.3.2.3 提升、旋噴注漿、復噴

當噴管到達設計持力層或設計要求長度后，由下而上進行噴射作業。由泵注入漿液填充，邊旋轉邊徐徐提升至設計高度。嚴格控制提升速度在0.10～0.25 m/min，以利高壓水泥漿充分切削、破碎及攪拌土體。注漿壓力須達到30 MPa，以確保成樁直徑。

當注漿管不能一次提升完成而需分數次卸管時，每次卸管后噴射的搭接長度不得小于500 mm，以保證固結體的整體性。

3.3.2.4 拔管

高壓噴射注漿完畢，迅速拔出注漿管。及時清理頂面浮漿。

3.4 旋挖作業

(1)在單根圍護樁樁周4根高壓旋噴樁均注漿4～5 d后即可進行旋挖成孔作業，進而完成單根圍護樁施工。

(2)后期旋挖成孔作業時再無塌孔現象發生，每套旋挖機械一天能成型5～6根旋挖樁。

(3)樁身完整性檢測100 %合格。基坑開挖后3個月內，該區域基坑支護體系水平位移累計值僅8 mm，周邊建(構)筑物未受基坑土石方開挖影響，基坑變形控制很成功(圖6)。

圖6 高壓旋噴樁效果示意

4 結束語

與其它單個(或組合)施工工藝相比，對極易塌孔的深厚圓礫層預先采用高壓旋噴局部加固，再進行旋挖樁(基坑圍護樁或基礎樁)施工，優勢明顯：安全；經濟；高效。

由此可見，即使面臨復雜周邊環境條件、復雜地層條件，各類基礎工程都可以利用多種工藝有機組合，因地制宜，實現安全、經濟、高效目標。