公路基坑高壓旋噴樁施工技術(shù)

李思琦

（承德盛達高速公路養(yǎng)護有限公司，河北承德 067000）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，公路橋梁建設項目日益增多，目前公路深基坑常采用高壓旋噴樁、水泥土攪拌樁等進行止水加固處理，但效果不理想，無法徹底解決軟土基坑開挖過程中易出現(xiàn)的管涌等問題[1-2]。為有效解決公路砂土基坑坑底涌水、涌砂問題，采用高壓旋噴樁加固技術(shù)對基坑進行封底加固[3]。高壓噴射樁是將高壓水力噴射切割技術(shù)和化學注漿技術(shù)相結(jié)合，用于地基加固止水的一種施工工藝[4]，對公路基坑高壓旋噴樁施工技術(shù)進行分析具有重要的意義。

1 工程概況

某公路砂土基坑自基坑底板以下地層分別為中砂、粉細砂、礫砂、粉質(zhì)黏土、粗砂，圍護結(jié)構(gòu)樁底位置地層為粉質(zhì)黏土、粉細砂、粗砂。由于傳統(tǒng)的樁基在地下30 m 以下區(qū)域成樁效果難以保證，故在樁底采用高壓旋噴樁滿堂加固，加固深度為圍護樁底以上3 m 范圍，加固區(qū)域約在地面以下34 m 范圍。該公路項目高壓旋噴樁加固直徑為2400 mm；樁間距為1800 mm×1600 mm，水泥摻量為1000 kg/m3，水灰比1∶1，成樁垂直度偏差不大于1/200。

2 高壓旋噴樁施工工藝

2.1 工藝原理

高壓旋噴樁是以工程鉆機的鉆孔為先導孔，并將注漿管插進特定土層深度中，之后再利用高壓流噴射出水泥漿，沖擊與切削土體。土體受到高壓噴射流的作用，出現(xiàn)強度破壞，并從土層當中剝落顆粒，和水泥攪拌，并慢慢形成水泥漿液[5]。其中部分顆粒會隨著漿液慢慢冒出地面，其他的土顆粒在沖擊力與重力的作用下，根據(jù)漿土比例與質(zhì)量大小規(guī)律排列。從上到下持續(xù)的噴射注漿，混合漿液逐漸凝固之后，會在土層當中慢慢形成固結(jié)體。其和土體之間共同承受載荷，在共同作用之下形成復合地基。基本原理為固結(jié)體變形量較小，土體變形量較大，共同載荷作用之下，土體壓縮會增大，受力會慢慢減小，固結(jié)體變形比較小，載荷會慢慢增大。

高壓旋噴樁加固工藝首先利用可達20 MPa 壓力的上段超高壓水和可達1.05 MPa 壓力的壓縮空氣噴射流體，對周圍土體結(jié)構(gòu)進行切削破壞，然后再利用可達40 MPa 壓力的超高壓水泥漿液和壓縮空氣噴射流體擴大切削范圍，水泥漿液與被破壞的土層或砂層經(jīng)過混合攪拌形成具有一定止水效果和強度的水泥加固柱體，形成高壓旋噴樁[6]。

2.2 施工特點

2.2.1 注漿壓力高，成樁深度大

最大噴射水泥漿壓力可達40 MPa，最大噴射水壓力可達20 MPa，且壓力參數(shù)可根據(jù)需求進行調(diào)整，可以更好地切削破壞土體，擴大攪拌加固直徑，成樁直徑最大能達到3.5 m，通過2次切削土層，實現(xiàn)水泥漿液和土體顆粒均勻充分攪拌。其設備鉆桿分節(jié)連接，最大鉆進深度可達60 m，可以形成高深度、大直徑的加固樁體[7]。

2.2.2 加固范圍和角度適用性強

高壓旋噴樁不僅可以垂直施工，還可以傾斜鉆孔注漿加固，適用于一些特殊區(qū)域的地基處理，而且可以實現(xiàn)任意角度的噴射加固。

2.2.3 泥漿污染少，環(huán)境影響小

高壓旋噴樁產(chǎn)生的泥漿是通過土層與護壁或鉆桿的空隙，通過氣升排放至地面集中處理，大幅減少泥漿污染，同時該設備噪聲小，對周邊環(huán)境影響小，文明施工有保障[8]。

2.2.4 地層適應性強

高壓旋噴樁不僅可用于砂土地層，還可以用于填土、黏性土、淤泥質(zhì)土、粉土等易與水泥漿攪拌加固的地層。

3 高壓旋噴樁施工技術(shù)

高壓旋噴樁施工主要包括地面平整、測量定位、引孔施工、套管下放、鉆桿下放、噴射試驗、噴射注漿、鉆桿提出等施工工序。

3.1 地面平整

進入施工現(xiàn)場前，需提前清理地面及地下障礙物，并進行場地平整，確保地基承載力符合設備要求，確保樁機無傾覆可能，以保證成樁質(zhì)量及施工安全。并且有必要對管道進行檢查，及時清理施工現(xiàn)場的地面，然后進行夯實和平衡，以滿足地面平整的要求。

3.2 測量定位

所有高壓旋噴樁都應進行統(tǒng)一編號，將用過的鉆床放置在預定的孔位置，使鉆桿頭與孔位置的中心對齊。同時，為了確保井的垂直性以滿足設計要求，需要在安裝鉆床后進行水平修正，使鉆桿軸線與井的中心垂直對齊。

3.3 引孔施工

引孔位置必須嚴格符合測量定位，垂直度誤差控制在1/200范圍內(nèi)。確保孔底標高滿足設計深度，引孔深度略比設計深度深0.5 m 以上。

3.4 套管下放

引孔垂直度達到要求后，利用吊車將套管下放到設計深度。首先測量套管的長度，并測量噴嘴中心線是否與套管方向一致。

3.5 鉆桿下放

利用吊車將鉆桿下放至套管內(nèi)，直至達到預定設計深度。首先將超高壓旋噴鉆機就位、對中，并調(diào)整水平和垂直度。逐節(jié)拼接下放鉆桿至設計標高，單節(jié)鉆桿長度1.5 m，拼接下放每節(jié)鉆桿時需檢查鉆桿的密封件是否完好，對密封件有磨損的及時更換。下放鉆桿到設計標高后，連接好噴漿用的3 根高壓管水泥漿管、氣管和水管，必須連接牢固緊密。

3.6 噴射試驗

布置安放好抽廢漿液的漿泵和泥漿管，并檢查抽漿泵是否正常工作。所有準備工作做好后，即可利用高壓水泵切削土體進行噴射試驗。通過現(xiàn)場試驗確定滿足設計樁徑的施工參數(shù)（噴嘴直徑、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、噴射壓力、噴射流量、復噴遍數(shù)等），試驗完畢后開挖檢查，獲得灌漿影響半徑、樁形等。生產(chǎn)性試驗可根據(jù)不同的地質(zhì)條件，在同一個試驗區(qū)采用不同的參數(shù)進行試驗。

3.7 噴射注漿

在噴射注漿之前，應調(diào)整注射方向和傾斜角度并采取措施，防止噴嘴堵塞。在進行噴射試驗后，并復核確認相關(guān)參數(shù)和設備可靠性之后，開始提升噴射注水泥漿液，嚴格控制鉆桿提升速度和注漿壓力，不得發(fā)生斷漿現(xiàn)象。噴射管道達到規(guī)定深度后，打開污泥泵，從下而上進行旋轉(zhuǎn)注入，清洗和卸載污泥。噴射時，先達到規(guī)定的噴涂壓力，然后噴射后緩慢抬起旋轉(zhuǎn)噴嘴，有效防止旋轉(zhuǎn)噴嘴脫落。為了保證樁基礎(chǔ)的質(zhì)量，噴嘴下降到規(guī)定深度時，必須在原始位置旋轉(zhuǎn)10 s，然后再進行噴射注漿。

3.8 鉆桿提出

噴射注漿至設計高度后，將鉆桿提出并予以沖洗保養(yǎng)，樁機移位至下一位置繼續(xù)施工。

4 高壓旋噴樁施工質(zhì)量控制

高壓旋噴樁施工前質(zhì)量控制內(nèi)容主要包括以下6 個：①水泥、懸浮劑和加速器等原材料的檢查；②水泥漿所占比例，確定其是否符合當?shù)貙嶋H施工要求；③檢查設備是否正常，檢查高壓噴嘴擠壓設備、地質(zhì)鉆機、高壓污泥泵等，并保證鉆桿、鉆頭和導向器的運行平穩(wěn)；④檢查噴淋過程是否符合地質(zhì)條件，應進行試射，探測次數(shù)不應少于2 個孔，并且可以在探測過程中相應地設置參數(shù)；⑤檢查地下障礙物，確保鉆井打樁符合具體要求；⑥檢查樁身位置和流量計的精度和靈敏度。

施工過程中的質(zhì)量控制內(nèi)容主要包括以下6 個：①鉆桿的垂直性和鉆具的定位；②鉆孔速度和沉速等；③噴嘴擠壓壓力、噴射混凝土的速度和數(shù)量；④鉆孔位置處的泥漿狀態(tài)；⑤分段吊裝過程中噴嘴高度和重疊長度下降；⑥施工記錄。

5 檢測效果

根據(jù)設計要求，應對加固體進行強度和滲透系數(shù)檢測，規(guī)范要求28 d 無側(cè)限單軸抗壓強度大于4 MPa，滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s。現(xiàn)場經(jīng)監(jiān)理旁站取芯送檢，28 d 無側(cè)限單軸抗壓強度檢測結(jié)果見表1，滲透系數(shù)檢測結(jié)果見表2。

表2 滲透系數(shù)檢測結(jié)果

由表1 可知，檢測部位的28 d 無側(cè)限單軸抗壓強度均大于4 MPa，滿足設計要求。由表2 可知，檢測部位的滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s，滿足設計要求。說明該項目高壓旋噴樁成樁效果良好，上述施工參數(shù)合理可行。

6 監(jiān)測情況

該基坑周邊地表和建筑物自竣工以來開始監(jiān)測，每間隔一周記錄一次地表和周邊建筑物的沉降值，周邊建筑物繼續(xù)持續(xù)監(jiān)測半年后數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定為止。其中地表沉降最大值為12.9 mm，周邊建筑物沉降最大值為11.4 mm，均小于設計要求的30 mm。

7 結(jié)束語

高壓旋噴樁應用于公路砂土基坑封底加固，基坑開挖前提前15 d 進行基坑封閉降水施工，基坑開挖時基坑土方含水量小，坑底較干燥，有效地隔斷了地下水滲流，未出現(xiàn)涌水、涌砂等情況。基坑開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無預警，周邊建筑物也無監(jiān)測預警情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)均小于設計及規(guī)范要求。表明該高壓旋噴樁加固效果顯著，可為其他類似工程項目提供經(jīng)驗與借鑒。