超前固結注漿處理人工挖孔樁流沙層施工應用

李小明 甘肅第一建設集團有限責任公司工程師

在工程地下車庫B區結構第4、5施工段人工挖孔樁施工過程中，由于前期負責降水施工的單位未能在該區域較好地實施降水施工，以及施工場地狹小、施工便道中斷、工期緊迫等因素，目前已不再具備降水井施工條件。施工單位曾采取邊開挖邊抽水的方式完成了部分人工挖孔樁，但在最后剩余的17個樁孔區域遭遇水下流沙層，其厚度達1 m以上。盡管采取了鋼護筒護壁等保護措施，但還是屢屢坍塌，人工挖孔樁無法成孔。征得建設單位及監理單位同意，針對目前現場的實際情況，為確保工期，決定對該17個井樁實施超前固結注漿施工。

1 超前固結注漿施工概述

超前固結注漿的目的是固結人工挖孔樁施工范圍內的流沙層及遇水失穩的砂夾石地層，使固結后的流沙層及孔壁周圍處于比較穩定的狀態，便于之后安全地實施人工成孔。該方案設計源于近年來形成的滲入性灌漿理論，就是在砂、礫、石地層中加壓注入化學速凝水泥漿液，使水泥漿液以灌注點為中心向四周擴散，漿液凝結后局部形成固結體[1]。根據滲入性灌漿的柱形擴散理論，在一定體積的流沙層及砂夾石層中，按一定的孔隙鉆孔（鉆孔間距小于漿液的擴散半徑），進行柱式灌漿，達到固結該體積內的流沙及砂夾石整體的目的，其機理見下圖1。

圖1 井樁超前鉆孔注漿固結施工示意圖

2 井樁超前導管鉆孔注漿加固施工方法

施工主要包括以下步驟：（1）根據人工挖孔樁樁徑，沿樁徑周邊適當距離測定環形鉆孔位置。（2）調整鉆孔就位，進行鉆孔作業。（3）往所鉆孔洞埋設導管。（4）導管布置完成后，往導管內高壓注漿。（5）待漿液與不良土體凝固達到一定強度，檢測注漿結果。（6）注漿護壁達到要求后，開始正常的人工挖孔樁成孔作業。(7)人工挖孔樁成孔做法：每向下開挖一定深度(一般不超過1 m)，安裝鋼內筒，如此循環進行，直至成孔完成。

3 超前固結注漿設計

根據漿液擴散理論，結合本工程地質情況，經計算其理論擴散范圍約為Φ500，故設計沿孔樁直徑外200 mm圓周布置灌注孔，其孔間距應＜500 mm，深度應超過流沙層，設計深度5 m。以機械沖擊回轉鉆進方式造孔，鉆孔直徑Φ60，成孔深度≥5 m。成孔后在孔中安設長度大于等于5.2 m、Φ32～42的無縫鋼管制注漿導管。注漿導管管壁上加工Φ8注漿孔，其徑向成120°夾角，縱向間距15 mm分布，區域為頭部以上3.8 m。化學漿液主體以水泥漿液及水玻璃雙液組分配制，外加速凝劑等添加劑。根據實驗，配合比選定為1：1，素水泥漿：水玻璃＝0.6：0.4（體積比），速凝劑摻量5%（重量比），其初凝時間為2分鐘左右，終凝時間為5 h左右。注漿設備選用2臺高壓注漿機分別壓注水泥漿和水玻璃，雙液混合器設在注漿口附近，以防止注漿管路堵塞。水泥漿配制選用200 L雙層攪拌機，同時應配置＞100 L的水玻璃儲存桶。注漿壓力0.3～0.5 MP，終壓1.2 MP或單孔注漿量到達設計量即終止注漿。實施固結注漿后6 h便可開始人工挖孔樁施工，但為確保井下安全，仍需及時進行施工排水，全程安設鋼護筒[2]。

4 作業操作指導書

4.1 技術要點

（1）注漿導管須采用標準壁厚無縫鋼管，其頭部制成密封錐形，尾部用Φ6圓鋼箍加強，為防止機械成孔退出鉆桿后局部塌孔，必須在安設注漿管時錘擊到位。

（2）注漿導管安設到位后，用環氧樹脂膠泥封堵注漿管與孔壁間隙，封孔深度≥1 m，在注漿井樁所有注漿孔封堵完成和封孔材料到達強度后，方可開始實施注漿作業。

（3）注漿材料采用普通P.O42.5硅酸鹽水泥及水玻璃雙液配制，水玻璃濃度為40～45 Be，速凝劑須選用正規廠家產品，并嚴格按照設計配合比壓注2種漿液和速凝劑摻量[3]。

（4）注漿施工流程：采用劈裂式鉆孔注漿施工，注漿體配比需精確。注漿壓力為0.3～0.5 MP，終壓到1.2 MP或單只鉆孔注漿數量達到設計規定的注漿數量時就可停止鉆孔注漿。鉆孔注漿須采用跳管鉆孔注漿的方法，同時要注意查看相鄰部位注漿孔處地下水及漿體涌動狀態，鉆孔注漿完成后用木塞子將管口封緊。鉆孔注漿數量以理論計算的注漿數量核對，其理論計算的注漿數量如下：

V0=3/4 x π x A2/4 x R x H（1）

式（1）中，系數R為砂質層孔縫隙率（0.3～0.4）；H為鉆孔注漿孔深度；A是鉆孔注漿的擴散延伸范圍，改工程鉆孔注漿取0.5 m。

4.2 控制要點

（1）按照流程要求嚴格把控鉆孔注漿管的長度，鉆孔率及垂直度的安裝設置。注漿管尾端應高于地面200 mm，方便注漿管連接。

（2）在管子尾部≥1 m的范圍內需嚴密堵封緊，以防漿體倒回流。

（3）注漿后應間隙半天以上才可開挖，漿液固結前不可進行抽水作業，否則沒有固化的漿液隨水流出，影響砂層固結效果。

（4）在實施人工挖孔作業過程中，應時刻觀察固結效果，若發現局部流沙嚴重，應立即停止施，同時在該部位上部斜向打入注漿導管進行補注漿，在補注漿時應立即停止抽水，并在漿液終凝前一直保持水位，待固結后再繼續抽水、開挖工作。

4.3 注意事項

樁下含有流砂的,施工時需特別注意安全,在施工作業中應做到以下幾方面：

（1）井樁施工前應對作業人員進行全方面的安全技術書面交底。鉆孔樁均采用電動卷揚機操作,操作之前對鋼絲繩和卷揚機設備做安全可靠性的檢查、試驗,以確保施工順利進行。

(2）施工作業人員通過鋼爬梯子上下,在井底作業的施工人員，需按要求正確佩戴保險繩子，在孔口部位將保險繩子一端綁定牢固,保險繩子的另一端在作業人員身上系緊。保證井樁底部照明，采用的安全燈具需帶罩，并具備防水性能，用電源為低壓（12 V）要求。

（3）提前用風機往井樁下送風,要求不低于25 L/s的風量。配備監測儀器，在作業人員下井樁施工前檢查空氣，并在井樁施工過程中每隔2個小時檢測一次樁內空氣質量，防止有毒氣體出現。輪換上下井樁作業操作人員，井樁口配合的人員需密切關注井樁底作業人員的情況，上下隨時溝通聯系，預防事故發生，確保施工安全。

（4）井樁孔口部位需有水平推移的蓋板配置,在樁底作業人員施工時，應將井樁口活動蓋板蓋好，確保安全。井樁澆筑施工完畢后，要用固定板嚴密覆蓋。

（5）井樁內作業人員要正確佩戴安全帽，按要求將安全帶系好。在吊桶離開孔口上方位置約1.5 m時,及時將蓋板蓋好，掩蔽好孔口，防止雜物掉落傷人。

（6）挖出的土方要遠離樁口堆積。

（7）嚴禁雨季進行井樁作業施工。施工井樁四周需設置排水設施，以防雨季雨水流進井樁內，造成井樁塌陷。

5 勞動力組織及工期安排

計劃前期準備時間3天，擬安排鉆孔作業人員4人、注漿人員6人專門實施注漿作業。每天可實施鉆孔注漿10個單孔以上，配合3組人工挖孔樁作業人員，預計15天之內完成所有17個剩余樁基施工。

6 工程量計算

（1）注漿孔布設數量

根據注漿孔布設間距應小于注漿擴散范圍的設計要求，各樁徑孔樁需布設注漿孔數量見表1。

表1 注漿孔布設統計表

（2）注漿導管數量：共需安設5.2 m長、Φ32＊4無縫鋼管制注漿導管212根，即需用6 m定尺Φ32＊4無縫鋼管212根，總重3 510.72kg。

（3）注漿量計算

理論單孔注漿量V0＝4/5 x 3.14 x 0.52/4 x 0.4 x 5=0.314 m3

實際單孔注漿量V1＝0.314 x 1.3=0.41 m3（溢漿損失系數1.3）

實際總注漿量V＝0.41＊212=86.92 m3

7 效果總結

經實踐檢驗，該施工方法具有安全性高、成本低、效果好等諸多優點，且工藝簡單，取材容易。