高壓旋噴輔助旋挖成孔技術在天府機場的應用實踐

李紅濤 李鵬 盧喜成 郭范

【摘要】為解決成都天府國際機場軟弱土層下旋挖樁塌孔問題，進行了多方案試驗比選，最終采用了一種軟弱地層下高壓旋噴輔助旋挖成孔技術，對易塌孔區域的樁周土體進行預加固;該技術應用有效解決了施工中旋挖塌孔的實際問題，加快了工程進度，保證了工程施工質量。

【關鍵詞】旋挖樁;塌孔處理;高壓旋噴;輔助成孔

【中圖分類號】 TU472.3＋6????????? 【文獻標志碼】 B

在地質環境較復雜或土層性質特殊的灌注樁旋挖成孔過程中，常遇見孔壁縮徑、坍塌、流砂等現象，直接影響工程進度和施工質量。對于塌孔和縮頸問題的處理，有多種不同方案，需綜合考慮施工環境、資源條件、工程特點等多種因素選擇。本文以成都天府國際機場綜合管廊為例，介紹一種旋挖樁高壓旋噴輔助成孔技術，并根據其成功的應用實踐總結了一項實用新型專利—一種旋噴注漿旋挖施工體系。

1工程概況

成都天府國際機場航站區1#、2#綜合管廊長合計3 km， 部分軟弱土層區域采用 CFC復合地基，其設計參數：CFC樁的樁身強度為 C20，樁直徑小600 mm，樁間距1700 mm，按等邊三角形布置，樁身進入持力層深度不小于500 mm;布置在基底范圍內并向兩側各增加一排 CFC樁。施工樁長參考地勘資料，結合現場施工確定，預估樁長12～20 m。CFC樁共計2175根，采用旋挖干成孔法施工。

2工程地質條件及塌孔原因分析

2.1工程地質條件

本工程項目在未開工之前"降溪河"主河道貫穿整個航站區，在經河道改道后采用大量土石方進行回填，回填后產生軟弱泥層。CFC樁地基處理區域管廊下部土質情況為壓實填土、耕植土、粉質黏土、黏土，且厚度較厚，深度在12 m 左右。

（1）場區填方區主要為①-3壓實填土，雜色、致密，場區內山體開挖的泥巖、砂巖、砂質泥巖和泥質砂巖分層填筑、碾壓密實形成的人工填筑體，局部使用建渣，含較多巖石碎塊，粒徑為30～50 cm，厚度約0.5～8.0 m。

（2）CFC樁施工區域存在大面積4～12 m深淤泥，場平施工階段采用碎石樁＋0.5 m厚排水板地基處理，排水板層地下水豐富，樁成孔過程中穿過排水板，并且大部分同碎石樁相交，將出現孔壁大量垮塌，影響樁身質量[3]。

（3）綜合管廊部分區域為軟弱土層（淤泥層）區域，淤泥層厚度從5～12 m不等。在試驗樁施工過程中，現場旋挖出大量的淤泥。

2.2旋挖塌孔原因分析

經分析，本工程試驗樁旋挖塌孔主要是4～6 m深度范圍內淤泥質及粉質黏土導致的軟弱地層引起的。通過試驗樁施工、現場調查，在4～6 m深度范圍內造成塌孔的現象分為2種，一種是在旋挖成孔過程中的塌孔，另一種是在旋挖成孔后未及時進行下道工序引起的塌孔。

由于本工程淤泥層和粉質黏土層軟土極厚，且局部夾砂，易出現液化、塌孔現象，而旋挖成孔速度快，且出渣時鉆斗反復提鉆直接出渣，當提鉆速度過快時，會在鉆頭下部產生負壓，形成活塞式的抽吸作用。通過反復抽吸，導致塌孔現象。另一方面，在旋挖鉆機施工過后，造成地下水位攀升，未及時灌注混凝土，導致地層受地下水浸泡，造成孔位縮頸、掉塊、坍塌[1]。

3塌孔處置方案試驗與對比分析

為有效解決綜合管廊 CFC樁旋挖成孔時的塌孔、縮頸問題，結合本工程地質條件、施工環境，經分析研究，提出3種技術解決方案：①鋼護筒護壁跟法;②素混凝土多次回灌法;③樁周土體高壓旋噴預固化法，并逐一進行了施工試驗。

3.1鋼護筒跟進護壁法

施工方法：結合使用長臂履帶式挖掘機、振動錘將長鋼護筒夾裝就位，并將其振動打入土層，穿透淤泥軟弱土層，進入巖層，形成樁基的旋挖孔，待灌注樁混凝土初凝前，借助振動錘拔出長護筒。

試驗效果分析：經試驗分析發現，長護筒打入、拔出效率低，尤其是因鋼護筒需穿越含有粒徑為50～80 cm巖石塊的人工填筑體，受巖石塊的阻擋，發生護筒整體偏移，護壁底部卷曲，甚至無法下沉，錘入難度大。另一方面，護筒過長，錘入、拔起難度也增加，施工效率極低，成本高。

3.2素混凝土多次回灌法

施工方法：旋挖塌孔后，將塌孔土體清除后，低標號素混凝土回灌，間隔24 h 后，混凝土凝固硬化，形成混凝土護壁，繼續用旋挖鉆機鉆進;如果再次出現塌孔，采取相同的工序進行處理，至成孔為止。

試驗效果分析：試驗發現，采用此方法，出現了多次塌孔，多次回灌現象，個別樁孔多次回灌混凝土量累計方量超過200 m3，且因多次回灌，重復鉆孔，成本高，工期較長。

3.3高壓旋噴輔助成孔法

施工方法：高壓旋噴輔助成孔也就是對樁周土體高壓旋噴加固，采用高壓旋噴法對樁周軟弱夾層土體進行預固化，增加土體粘結力，土體加固后再旋挖干成孔。

試驗效果分析：經試驗，在樁周先行施工4根高壓旋噴樁，對土體預加固，旋挖成孔過程中未再發現塌孔現象，提高了成樁施工效率，效果顯著。

3.4方案綜合比較分析

經對3種塌孔處置方案的現場試驗效果對比分析發現：

（1）鋼護筒跟進護壁法，適用于軟塑黏性土、淤泥、松散粉土等土體，施工效率高，但穿越土層含有硬質塊體護筒或因其整體偏移難以錘入而無法實現;如穿越軟弱土層區域過厚，鋼護筒過長，錘入或拔出難度增加，施工效率會降低，成本加大。

（2）素混凝土多次回灌法，施工速度快，適用于塌孔區相對較淺;對于深層塌孔因多次塌孔，多次回灌，重復鉆孔，導致成本增加，工期延長。

（3）高壓旋噴輔助成孔法適用于超厚超深、地下水位較高復雜軟弱土層，施工簡單，工期較短，易保證工程質量，但造價相對較高。

4高壓旋噴輔助成孔技術原理與特點

高壓噴射注漿是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定深度后，以20～40 MPa壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。水泥漿噴入土層與土體混合形成水泥土加固體，相互搭接形成排樁，用來進行軟弱地層的土體固化。高壓旋噴樁的施工設備結構緊湊、體積小、機動性強、占地少，并且施工機具的振動很小，噪音也較低，不會對周圍建筑物帶來振動的影響和產生噪音等公害，可用于空間較小處[2]。

5高壓旋噴輔助成孔技術要點

（1）本工程噴射注漿采用單管法，高壓旋噴樁單樁直徑0.6 m，高壓旋噴樁上部同土層搭接2 m，下部同土層搭接1 m。高壓旋噴樁圍繞 CFG樁外緣布置4根，高壓旋噴樁相互搭接200 mm且均勻排布[3]。高壓旋噴樁深度范圍為高程439.05～421.65 m（圖1）。

（2）高壓旋噴注漿液采用普通硅酸鹽水泥 P.042.5R;水灰比1.2;漿液密度約1445 kg/m3;水泥平均用量236.5 kg/m。冒漿量平均為注漿量的15%[3]，冒出漿體為廢棄物，需進行外運處理。有關漿液壓力、流量、提升速度、旋轉速度等現場試驗確定。

（3）高壓旋噴常見質量問題有旋噴樁偏斜、旋噴樁固結體強度不均等，施工中需采取相應預防措施。

旋噴樁偏斜：出現偏斜的主要原因是回填土中夾雜較大粒徑大石塊和場地不平整導致;其預防措施：施工前應先平整好場地，對注漿時冒出的水泥漿應及時清理;遭遇地下障礙物時，應及時清除地下障礙物或調整樁位。

旋噴樁固結體強度不均：在噴射注漿過程中，噴射漿液和噴射切割下來的土粒攪拌不充分、不均勻，注漿管提升速度和回轉速度與噴射注漿量沒形成配合而產生固結體強度不均。其預防措施：在噴射注漿前，應當依據設計要求和現場地質條件進行試噴試驗，選擇更合理的噴射方法和參數;在噴射過程中，應當切實注意檢查漿液初凝時間、注漿量、風量、壓力、回轉速度與提升速度等是否符合設計要求，如發現異常，應及時調整技術參數，使噴射后固結體更均勻。

（4）高壓旋噴灌漿應全孔連續作業，采用跳打法，即隔一孔噴一孔進行，相鄰樁孔旋噴間隔時間不宜小于12 h 。區段內旋噴樁全部施工完成，旋噴樁體水泥強度達到70%后，試鉆合格后方可大面積進行旋挖成孔施工作業。

6結束語

本工程實施過程中，為解決旋挖樁塌孔問題，進行了多方案試驗比選;根據工程的地質情況、場地特點及工期要求，綜合考慮工期、質量及成本等方面的因素，最終選用高壓旋噴輔助成孔技術，施工過程中未再發生塌孔現場。相比其他方案，更直接有效地解決了施工中的旋挖塌孔問題，加快了工程進度，保證了工程施工質量，大大節省了工程造價。

高壓旋噴輔助成孔技術適用于砂層、填土層、黏土層、地下水位較高等復雜地層下樁基成孔。旋挖鉆機成孔時出現塌孔后的處置方法多種，在具體方法選擇時，可根據工程實際情況，綜合考慮工程質量、進度、成本等多方面因素，有針對性地合理選擇科學有效的處置方案;高壓旋噴輔助旋挖成孔技術為類似工程提供了借鑒意義。

參考文獻

[1]宋小瑜，張先瑞，張陽，等.四川省第十一建筑有限公司.一種大孔徑旋挖注漿裝置[P].CN202021460004.5;2021-08-10.

[2]百度百科.支護剛度[EB/0L].http：//baike.baidu.com/view/3846813.html.2019-08-09.

[3]趙崇賢，謝勇，胥悅，等.中國華西企業股份有限公司。一種基于旋挖灌注樁的復雜地質土體加固方法[P].CN202111507182.8;2021-12-10.