雙重管旋噴樁在昆明深厚泥炭質土中的加固試驗

李永迪 張 帆 李向紅

1. 上海隧道地基基礎工程有限公司 上海 200333；

2. 上海隧道工程有限公司 上海 200232

伴隨著昆明市的不斷建設，地下空間開發規模不斷擴大，旋噴樁在昆明的應用案例也日益增多，與此同時，在大量的工程應用中也暴露出了一些問題，如發現旋噴樁在昆明滇池地區應用時，對滇池地區大量呈層狀分布的泥炭質土改良效果不明顯。各施工企業針對該問題所采取的措施也不盡相同。根據調查，當地較為常規的施工方式為“黏土造漿置換法”和“添加外摻劑法”，這2種方式在施工過程中各有利弊，本文不做詳細探討。針對旋噴樁在滇池地區泥炭質土中改良效果不明顯的問題[1-5]，本文通過相關試驗，提出一種適用于滇池地區泥炭質土改良的高壓旋噴工法，可為今后滇池地區深厚泥炭質土的改良處理提供新的加固手段。

表1為國內常用高壓噴射注漿工藝的一些基本數據。

表1 國內常用高壓噴射注漿工藝基本數據

1 試驗概況

昆明軌道交通2號線二期工程會展中心站是軌道交通2號線、5號線平行換乘車站，主體建筑面積25 245.8 m2，附屬面積5 878.65 m2，總建筑面積31 124.45 m2?；娱_挖深度23.5～24.8 m。車站基礎持力層主要為粉質黏土及粉土，局部基坑底存在泥炭質土層。該土層物理力學性質較差，其承載力基本值為80 kPa，為了對該地層進行有效改良，從而進行本次試驗。

昆明會展中心站泥炭質土呈灰黑色，可塑，以黏性土為主，含有腐爛的根須及朽木，有臭味，干強度及韌性較好。該土層呈層狀分布，屬高壓縮性，具有孔隙比大、含水率高等特性。泥炭質土的現場取芯照片如圖1所示。

圖1 泥炭質土現場取芯照片

2 試驗目的

1）研究高壓噴射流在泥炭質土中的噴射成樁范圍及影響因素。

2）通過單、雙噴嘴對比試驗，優化雙重管旋噴樁施工參數。

3）確定雙重管旋噴樁成樁效果和質量。

3 試驗方案

以計劃加固土層為對象，進行成樁直徑試驗，探索成樁直徑不小于800 mm時的施工參數。為了保證試驗的順利進行，并使之具有較強的說服力，采用“對比法”進行試驗。對比試驗內容如表2所示。

表2 對比試驗內容

為了能夠及時有效地調整施工參數，加快試驗進度，試驗時分別在距樁中心30、40、50 cm處埋設聽管，利用聽管反饋的聲音為及時變更施工參數提供指導。

試驗完成后，進行14、28 d取芯作業，與“聽管法”相互驗證，并進行強度比對。根據全部試驗成果，確認在經濟、技術方面均合理的施工參數，為正式施工提供指導。

4 試驗過程

4.1 一次噴射對比試驗情況

采用雙重管旋噴樁進行試驗，分別在距樁中心30、40、50 cm處埋設聽管以判斷樁徑（圖2）。

圖2 聽管法布置現場

聽管法的本質是一種高壓旋噴樁施工成樁直徑的實時監控裝置，可在旋噴樁成樁施工過程中對樁徑進行實時監控，既能夠避免樁徑不足導致的潛在安全隱患，又能夠控制旋噴樁徑過大而造成的材料浪費。聽管法所需設備成本低且可回收，對操作人員技術要求較低，對樁徑的監控效果好。

雙重管旋噴樁一次噴射的試驗情況如表3所示。

表3 雙重管旋噴樁一次噴射的試驗情況

旋噴施工完成后，對2根試驗樁進行取芯作業。在采用雙噴嘴施工的樁中心外30 cm處，取出少量水泥土芯樣，發現其以原狀土為主，水泥土與泥炭質土未有效混合。在采用單噴嘴施工的樁中心外30 cm處，取出整段水泥土芯樣，發現其強度偏低，無法送檢。

由此可見，雙重管旋噴樁一次噴射的效果不佳，原因分析為：泥質炭土有機質含量高，根莖等有機質等同于骨架，高壓漿液難以有效破壞泥炭質土的內部結構，即使破壞局部，漿液與泥炭質土也混合不到一起，故形成的加固體不均勻，強度很低。通過對比還可發現，水灰比的變化對成樁質量影響不大。

另外，在試驗過程中發現泥炭質土的相對密度較小，被高壓漿液切割后，會伴隨著旋噴返漿，返至地面（圖3），這為二次噴射的對比試驗指明了方向。

圖3 少量泥炭質土漂浮在返漿中

4.2 二次噴射對比試驗情況

根據一次噴射對比試驗得出的經驗教訓，在原有的樁身上進行了二次噴射對比試驗。

采用工程地質鉆機對擬試樁區域進行鉆孔取芯，確認了整個施工斷面泥炭質土的準確分布標高。根據分布情況，確定了2層泥炭質土的層厚，分別在這2層泥炭質土中進行了同等參數條件下的雙噴嘴與單噴嘴施工試驗。在試驗前，分別在距離樁中心30、40、50 cm處埋設聽管。

通過觀察雙噴嘴與單噴嘴施工，發現單噴嘴施工時返漿中的泥炭質土碎塊較雙噴嘴多（圖4），即單噴嘴形式更有利于對泥炭質土的破壞，主要原因是：雙重管單噴嘴噴射時，高壓氣體裹挾著水泥漿切割破壞土體，使周圍的土體形成有效的容漿空間，水泥漿與周圍的土體能充分混合，進而提升成樁質量。

圖4 單噴嘴施工時返漿中的泥炭質土碎塊

因此，決定采用單噴嘴雙重管再進行3根“品”字形搭接樁的試驗，試驗采用復噴的方式進行，觀察成樁直徑、加固均勻性及搭接止水效果。通過對“品”字形群樁取芯（圖5～圖7），發現送檢芯樣報告中的平均抗壓強度達到16 MPa，至此試驗圓滿結束。

圖5 取芯位置示意

圖6 取芯情況

圖7 加固體細部

5 結語

1）采用大噴嘴進行二次噴射施工可以對泥炭質土進行更好的改良，可有效提升樁身質量，這是因為復噴可以增加水泥漿與泥質炭土的混合次數，保證水泥漿與周圍的土體充分攪拌混合，從而改善周圍泥炭質土的成樁質量。該施工方式較為簡單，有利于工程推廣。

2）在采用相同參數的情況下，單個大噴嘴相較2個小噴嘴，對泥炭質土的破壞更為徹底，能夠使周圍土體形成有效的容漿空間。

3）對泥炭質土進行高壓噴射注漿改良的實質是置換，置換得越徹底，改良效果越好。

4）本次試驗的成功實施為昆明滇池地區泥炭質土層的改良處理提供了一種行之有效的解決措施，為將來的具體工程提供了有益的借鑒。