基坑工程三重管旋噴樁安全施工及相關(guān)問題探討

楊益

深圳市勘察測繪院（集團）有限公司 廣東 深圳 518000

旋噴樁機作為一種施工設(shè)備，目前在巖土工程中得到了廣泛應(yīng)用，起到中止水帷幕的止水作用，其分為三種類型：單重管旋噴樁機、二重管旋噴樁機和三重管旋噴樁機。其中，單重管旋噴樁機主要將水泥漿噴入地層中，二重管旋噴樁機主要將水泥漿、空氣噴入地層中，而三重管旋噴樁機主要將水泥漿、空氣和水噴入地層中。由于三重管旋噴樁機噴出的高壓水能達到切割粉碎中密～密實砂層的作用，故具有良好的止水效果[1]。尤其是對于強滲透性砂層，通過使用三重管旋噴樁施工止水帷幕，確保旋噴樁的止水效果。

1 工程概況

深圳市龍華區(qū)龍華街道龍華商業(yè)中心城市更新單元南一片區(qū)項目，擬建場地位深圳龍華區(qū)民治街道辦事處第五工業(yè)區(qū)，工業(yè)路南側(cè)。項目建設(shè)用地總面積17734.10㎡，擬建3棟住宅、1棟保障房、1棟辦公樓及1棟幼兒園，地下室4層。總建筑面積：197052.75㎡，地上建筑面積141895㎡。現(xiàn)狀地面標高為66.4～75.0m，基坑開挖底標高為57.1～58.1m，開挖深度11.5～17.4m，基坑周長約527m，開挖面積約為16950m2。基坑支護采用“灌注樁+三重管旋噴樁+1～2層內(nèi)支撐支護”支護方式，基坑安全等級為一級，基坑使用年限為1年。

2 地質(zhì)情況

根據(jù)勘察資料揭露，本場地巖土層按照成因類型自上而下可分為人工填土層（Q4ml）、沖洪積層（Q4al+pl）、坡積層（Q4dl）、殘積層（Q4el）以及白堊系早白堊紀（K11bηγ）花崗巖風(fēng)化帶。本次鉆探是采用地下水位以上采用套管護壁施鉆，地下水位以下采用優(yōu)質(zhì)泥漿護壁施鉆，并對鉆孔的穩(wěn)定水位進行測試。勘察期間測得地下水的初見水位埋深5.20～8.10m（標高為63.83～69.94m），穩(wěn)定水位埋深為5.00～7.70m（標高為64.23～70.14m）。年地下水位在1～4m發(fā)生變化，受勘察時間短及項目性質(zhì)，暫無法收集到歷史最高水位及近3～5年最高地下水位埋深。

3 三重管旋噴樁施工技術(shù)要求

（1）三管旋噴樁分兩道工序，第一道工序為鉆機引孔，第二道工序為插管噴射注漿；

（2）鉆機引孔直徑不小于130mm；

（3）水泥采用P.O.42.5R硅酸鹽水泥，水灰比為1.0，水泥用量不少于400kg/m；

（4）施工前應(yīng)先試樁以確定施工參數(shù)；

（5）樁垂直度誤差在1.5%以內(nèi)，樁位允許偏差50mm；

（6）注漿時，應(yīng)采用隔孔分序方式，在相鄰孔噴射時，應(yīng)將注漿間隔控制在24h以上；

（7）在注漿管提升時，其提升速度控制在0.1～0.15m/min，在分段提升時，其搭接長度應(yīng)大于100mm。

4 三重管旋噴樁安全施工

4.1 施工準備工作

（1）施工前，先對施工材料進行檢驗，如檢驗攪拌樁所用水泥，經(jīng)檢驗合格后才能使用。

（2）將場地地面雜物清理干凈，再進行平整，隨后才能進行場地高程測量。并做好樁位編號和現(xiàn)場測量，做好相應(yīng)的標志。

（3）在水泥漿池布置時，應(yīng)沿水泥攪拌樁施工走向進行布置。根據(jù)最優(yōu)原則檢驗機具狀態(tài)，并根據(jù)設(shè)計要求進行試樁，對攪拌機械的輸漿速度、送漿時間進行調(diào)整，合理確定提升速度、水灰比等參數(shù)[2]。

4.2 三重管旋噴樁施工工藝

測量放樣樁位→鉆機就位→對準樁心→鉆桿下沉鉆旋噴孔→鉆桿上提噴漿強制攪拌→復(fù)拌→提出鉆桿并清洗鉆桿→鉆機移位→施工下一條樁。具體工藝流程見圖1。

圖1 三重管旋噴樁施工流程圖

（1）鉆機就位。在鉆機就位時，應(yīng)按設(shè)計孔位對中和垂直，施工時噴管傾斜不超過0.5%。

（2）鉆孔。單管旋噴樁采用鉆機引孔，孔位偏差不大于50mm。

（3）插管。根據(jù)設(shè)計的深度插入旋噴管。在插管時，為了防止泥砂阻塞噴嘴，應(yīng)將邊插管水壓力控制小于1MPa，以免水壓過大而導(dǎo)致孔壁射塌。

（4）噴射作業(yè)。當(dāng)旋噴管插入設(shè)計預(yù)定深度后，由下而上進行噴射作業(yè)，直至設(shè)計的樁頂深度。施工人員必須時刻注意檢查注漿壓力、注漿的流量、漿液的水灰比、旋噴機的旋轉(zhuǎn)速度、提升速度、漿液的初凝時間等，做好施工記錄[3]。

1）旋噴。三管旋噴注漿見圖2，噴注漿過程應(yīng)由自下而上，保證過程的連續(xù)性，如果在施工過程中出現(xiàn)機械故障，應(yīng)及時進行修理，保證向下搭接長度大于500mm，確保固體的整體性。考慮到天然地質(zhì)較為復(fù)雜，且深度變化較大，如果采用旋噴注漿技術(shù)參數(shù)單一，就會形成不勻的固結(jié)體，進而導(dǎo)致旋噴直徑相差過大而影響承載力。根據(jù)地質(zhì)土層的不同特征來采取相應(yīng)的措施，確保注漿作業(yè)如期完成。對于深部土層中的粘土部位，應(yīng)放緩提升和旋轉(zhuǎn)速度，提升旋噴壓力。2）復(fù)噴。在旋噴技術(shù)參數(shù)不發(fā)生改變時，對相同的土層進行注漿，以加大固結(jié)體的直徑和提高其強度，在施工時全部噴漿，隨著復(fù)噴次數(shù)不斷增多，固結(jié)體效果就會越好。

圖2 三重管旋噴注漿示意圖

（5）沖洗。當(dāng)噴射施工結(jié)束以后，應(yīng)及時采用機械清洗旋噴管和高壓管，以防水泥漿殘存，再在地面上采用清水噴射，將管內(nèi)的水泥漿清洗干凈。

（6）移動旋噴機具。將旋噴機具移至新的樁位，重復(fù)上述步驟完成下一個樁的旋噴工作。

4.3 三重管旋噴樁質(zhì)量控制措施

（1）嚴格按施工順序（間隔）、施工參數(shù)進行施工，正式施工前，進行一次試噴。根據(jù)試噴情況，調(diào)整施工參數(shù)，確保噴射半徑和噴漿質(zhì)量達設(shè)計要求，才能正式生產(chǎn)。

（2）必須保證旋噴鉆孔孔位正確，施工前必須經(jīng)測量鉆孔樁樁位，放線定出旋噴鉆孔位置。如有必要可開挖出樁頭，以定孔位。

（3）施工中定時測定漿液密度（比重）、泵壓力、排量、擺動和提升速度，旋噴鉆孔深度要準確。針對不同的地層，旋轉(zhuǎn)速度及旋噴速度應(yīng)有所區(qū)別，對砂層孔段應(yīng)減慢提升速度，以保證止水質(zhì)量[4]。

（4）對比旋噴、注漿量與返出漿量，及時掌握旋噴質(zhì)量，觀察和記錄孔口冒漿情況（冒漿量、性質(zhì)、密度），如返漿量大于注漿量30%時要采取措施減少返漿量，如不返漿則應(yīng)在原深度“駐噴”，直至返漿為止。

（5）在旋噴、注漿過程中管線不得串漏，如有串漏要立即停機處理后再施工。并在管線串漏深度進行復(fù)噴。

（6）每孔注漿結(jié)束后，要及時回填灌漿至地面，如漿液面下降要及時補漿。

（7）注意對周圍建筑物的擾動，高壓噴射注漿時，在漿液未硬化以前，有效噴射范圍內(nèi)的地基擾動而強度降低，易產(chǎn)生附加變形，因此應(yīng)防止附近建筑物附加下沉，可加速凝劑或分序跳噴施工。

5 施工中存在的問題及對策

5.1 合理控制水泥用量

在提升噴漿時，應(yīng)加強水泥用量控制。由于水泥的用量與提升速度、水灰比相互聯(lián)系，故應(yīng)加強以下幾方面的控制：

（1）為避免水泥量剩余，應(yīng)采取以下措施：一要減慢提升速度；二要增加噴漿壓力；三要加大噴嘴直徑。

（2）如果水泥量不夠，應(yīng)采取的措施有：一要保證樁徑長度滿足要求，適當(dāng)減少壓力；二是適當(dāng)減少噴嘴直徑；三是在確保樁體強度要求，適當(dāng)提升速度。

根據(jù)工程特點分析，樁采用分次攪拌方式，施工時要精確量取用水量，水泥漿拌制，應(yīng)按水和水泥比例進行施工，并合理調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，確保水泥量滿足相關(guān)要求；為避免水泥漿下沉，復(fù)噴時應(yīng)在自樁頂向下3.0m進行施工，以確保樁體上部水泥的強度[5]。

5.2 冒漿處理

在旋噴時，由于土顆粒隨漿液沿著注漿管壁冒出地面，故可以通過觀察冒漿來了解土層情況，結(jié)合經(jīng)驗實現(xiàn)對旋噴的效果進行判斷，如果冒漿量不大于注漿量20%，應(yīng)視為正常現(xiàn)象，如果超過20%，需要及時找出原因并采取相應(yīng)的處理措施。

（1）如果出現(xiàn)壓力下降時，應(yīng)及時對泄漏的部位進行檢查，并將注漿管撥出，并做好封密性能檢查。

（2）如果出現(xiàn)不冒漿，可視為正常現(xiàn)象，可進行復(fù)噴；如果存在空洞現(xiàn)象，應(yīng)保持不提升注漿管，注漿到冒漿為止，或?qū)⒆{管撥出，當(dāng)漿液凝固以后，再重新進行注漿，直到冒漿為止。另外，還可以采用速凝漿液進行凝固。

（3）冒漿量過大多是因為噴射范圍與注漿不適應(yīng)，注漿量超過旋噴固結(jié)的漿量。

對策：一要不斷提高旋噴壓力；二要適當(dāng)減小噴嘴直徑；三是有效提升旋轉(zhuǎn)速度；如果出現(xiàn)地面的漿液冒出現(xiàn)象，應(yīng)合理地調(diào)整濃度，再返漿回灌前一根樁，以防止出現(xiàn)空穴問題。

5.3 固結(jié)體形狀控制

在固結(jié)體的形狀控制時，可對注漿量和旋噴壓力進行調(diào)節(jié)，并對噴嘴方向進行改變以及提升速度。考慮到固結(jié)體呈圓柱形，故在施工過程中，應(yīng)采用提升加旋轉(zhuǎn)注漿的方式，在底部噴射時，由于深層部位已成形，需要加大噴射壓力，適當(dāng)降低噴嘴旋轉(zhuǎn)的提升速度，對于不同土層，應(yīng)可適當(dāng)加大壓力，確保固結(jié)體的勻稱性，減少樁徑之間的差別。

5.4 保證樁頂強度

在噴射時，可采用水泥漿液進行施工，將漿液加入土粒攪拌進行混合，再凝固，在漿液析水的作用下，漿液出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，從而屋固結(jié)體頂部凹穴的出現(xiàn)，其深度受到固結(jié)體的直徑、漿液的析水性、成孔深度的影響。因此，為了防止因漿液凝固，保證地基安全，可采取返漿回灌或超高旋噴措施。

5.5 防止串孔

（1）當(dāng)旋噴機就位時，要保證機座穩(wěn)固，立軸應(yīng)對正孔位，傾角應(yīng)小于0.5°。

（2）在注漿噴射前，應(yīng)嚴格檢查高壓設(shè)備，看其壓力和排量是否滿足設(shè)計要求。同時要檢查通道，是否存在雜物。

（3）在注漿噴射過程中，先將注漿泵開動，再對水泥漿進行估算，當(dāng)前鋒流出噴頭，方可進行注漿管提升和噴射注漿。

（4）噴射注漿結(jié)束以后，考慮到漿液會發(fā)生析水作用而發(fā)生收縮，使固體頂部出現(xiàn)凹穴，故應(yīng)采用水泥漿進行補灌，同時還要預(yù)防雜物和泥土進入凹穴。

（5）為了避免固結(jié)體尺寸減小，應(yīng)不斷提高噴射壓力，降低提升速度，并采用復(fù)噴工藝。

6 施工中安全保障措施

（1）在施工時，應(yīng)按技術(shù)要求進行施工，禁止隨意改變工藝參數(shù)。結(jié)合項目地質(zhì)條件，采用鉆機進行鉆孔和注漿。其工藝參數(shù)要求如下：在施工時，嚴格按照試驗參數(shù)進行施工，在注漿時，鉆桿提升速率為20cm/min；旋轉(zhuǎn)速率為20r/min；在注漿時，風(fēng)管壓力0.8MPa和泵壓力為35MPa。值得注意的是，禁止隨意更改施工工藝參數(shù)。

（2）鉆孔深度是在滿足設(shè)計要求，通過地質(zhì)條件在持力層確定鉆孔深度。在注漿噴射施工時，應(yīng)預(yù)留50cm樁頭，以防止?jié){液發(fā)生凝固和收縮，進而影響到施工樁頂標高。

（3）在噴射注漿時，應(yīng)保證提升的連續(xù)性，如果現(xiàn)現(xiàn)停噴，在在噴時，應(yīng)鉆大于500mm后再進行銜接，以防止樁體脫節(jié)。

（4）在注漿噴射作業(yè)當(dāng)中，如果突然增加壓力，就會導(dǎo)致冒漿或不冒漿現(xiàn)象的出現(xiàn)，應(yīng)及時停止噴射，并找出原因和采取解決措施。

（5）在噴漿過程中，應(yīng)合理處理廢棄的加固料和回收冒漿，以防環(huán)境出現(xiàn)污染。

（6）在施工時，應(yīng)規(guī)劃警界區(qū)，并設(shè)置安全警示。禁止施工人員在高壓管路附近作業(yè)，以免發(fā)生安全事故。

7 結(jié)語

旋噴樁施工技術(shù)作為建筑工程基礎(chǔ)施工過程中一種成熟工藝，通過三重管旋噴樁支護技術(shù)的應(yīng)用，不斷增加噴水泥漿管使砂層中水泥漿量，保證了止水帷幕的止水性能，順利完成了施工任務(wù)，此工藝具有操作簡便、周期短、施工效果好、投入成本低等優(yōu)勢，目前在建筑物深基礎(chǔ)施工得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的應(yīng)用價值。