淺析高壓旋噴樁在工程中的應用

張大偉

（山西三建集團有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

本工程為綜合辦公樓地下一層地上6 層、地下車庫地下二層的某市公交首末站項目，基坑開挖深度為9.58m，地下水位埋深為4.6m。工程建設場地極為狹小，土質類型為中軟場地的類型。在勘探深度范圍內的擬建場地，地層由以下工程地質層組成：素填土、濕陷性粉質黏土及粉質黏土。

由于本工程地下水位較高，地下水位埋深為4.6m，而開挖深度為9.58m，施工時必須進行降水，但是不能對周圍居民樓和交通干道造成影響，這是現場技術人員必須快速有效解決的難題。同時，該場地狹小，對施工的能力水平提出了更高的要求，也使基坑支護體系的選擇受到了很大的局限。為了改善基坑的抗滲性能及承載能力，依據本工程的地質情況，科學采取了封閉止水帷幕。

1 高壓旋噴樁技術概述

高壓旋噴樁技術是指運用鉆機把套塞入到土層相應的位置之后，利用灌漿機進行漿液的注入[1]。通過高壓噴射流對土層的沖切方法，使得基坑土壁與漿液相結合，使軟土硬結成具有整體性、穩定性和一定的強度，從而使得基坑壁土壤的充分改善。高壓旋噴樁對土壤的改善主要采用兩個方法，一個是通過對地基土進行加固，使基坑周邊土壤的承載力量加大，充分減少由外荷載影響引起基坑變形的情況；第二種是通過增強土壤的滲透性的方法。

高壓噴射注漿法可用于土層加固或防水，適宜淤泥、流塑、軟塑和素填土、碎石土等多種土質。高壓噴射注漿作業操作便捷，占地少、振動小、噪音較低，尤其適用于狹窄區域或臨近已有基礎區域的施工。

結合本工程地質情況，及地下水位較高、場地的狹小等實際情況，我們基坑降水采取深井降水方式、運用高壓旋噴樁形成封閉的防水帷幕。采取雙排布置高壓旋噴樁，樁徑是φ600mm，樁徑兩方向搭接為150mm。

1.1 技術流程

在工程施工中，為了提高基坑的支護效果，對整個技術流程最好計劃，保證基礎施工的順利完成。作為基坑開挖支護的常用方法之一，多為施工方借鑒使用。施工流程如圖1 所示。

首先，進場后，對現場平整場地后，鉆機就位后，準備鉆孔，輔助注漿管，最終實現鉆孔內的水泥漿液的注入。其次，當水泥漿液注入孔內后，拔管處理注漿管，并移位處理注漿管管路。最后，不斷重復上述步驟，直至整根樁澆筑完畢為止。

1.2 施工步驟

1.2.1 施工準備

（1）作業條件。①注漿前，需準備該工程的地質勘察報告及現場附近的管線、建筑物、公共設施等的布局情況，當地下水流動速度較快時，應按照專項水文地質勘察報告組織實施。②正式施工前，旋噴注漿施工工藝應根據工程的施工參數、特點、土質情況來確定。本工程采用三管法高壓水的壓力不得小于20MPa[2]。流量不得小于30L/min，氣流壓力不得小于0.7MPa，提升速度為0.1～0.2m/min。③施工前應具備完整的施工組織設計和方案，并簽字審批手續齊全。并進行技術交底。④清除地下障礙物及墓（洞）穴，采取措施處理后方可進行下一道工序施工。⑤作業前，現場應做到“三通一平”，確保機械行走范圍內無障礙物。同時，按要求布設各種管線。⑥基礎底面以上宜留500～1000mm 厚的土層，以保證樁頭質量。⑦經現場測放的軸線，通過復核校準后妥善保護，并根據圖紙要求測放處樁位點，進行補樁。⑧機具設備配齊進場后，應進行安裝、檢修及調試運轉。施工前，應檢查機具設備的狀態，及輸漿管的暢通情況，標定灰漿泵輸漿量，控制輸漿速度。

（2）材料及機具。①水泥。采用P.O 42.5 級水泥，水泥進場應有合格證，并有現場復驗報告。②外加劑。根據工程需要及土質條件，選用早強、減水等作用的外加劑。③水。宜用干凈的飲用水。

（3）高壓噴射注漿設備。①鉆孔系統包括鉆機、鉆桿、噴射管、噴射頭。②供水系統包括高壓管、供水泵、葉輪、閥門。③供氣系統包括空氣壓縮機、風量計、輸氣管。④制漿系統包括漿液池、漿液攪拌機、上料機、漿液存儲器。⑤噴射系統包括垂直架、卷揚機、高壓注漿泵、噴射注漿管。

1.2.2 操作過程

（1）定位鉆機位置。①將移動鉆機挪至設計孔位，將鉆頭對準孔位中心點。調整鉆桿與地面的夾角，使鉆孔的垂直偏差≤1%。②鉆機就位后，首先采用0.5MPa的壓力進行射水試驗，檢查漿液管路是否通暢。

（2）制漿工作。首先漿水加入桶中，再將水泥和外摻劑倒入，開動攪拌機攪拌10～20min，而后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網，過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進第二道過濾網，第二次過濾后流入漿液池桶中，待壓漿時備用。水泥漿的水灰比宜為0.8～1.2。

（3）鉆機鉆進、貫入噴射管。鉆孔下管工作是成孔后的首要工作，按規定位置布放好注漿管，保證周圍環境的清潔度，使整個管口處于干凈整潔的狀態，無任何泥沙等阻礙物的堵塞，以便通管。同時，在下管操作時，保證壓縮壓力氣流的輸送，確保噴頭進入恰當位置。

鉆機開始鉆進后，射水壓力由0.5MPa 增加至1.0MPa，作用為減少摩擦力，防止堵塞。

當第一根鉆桿鉆進時，暫停射水，此時壓力變為零，接長鉆桿，再繼續射水鉆進，直至鉆到設計標高。

注漿液壓力不低于20MPa，旋轉速度為20r/min，噴嘴直徑2.9～3.2mm，漿液流量為90～120L/min。

當噴射注漿管植入土內，噴嘴達到設計標高后，暫停射水，更換掉上部鉆桿后，放入一枚試驗球，堵塞射水孔，將鉆桿就位，方可正常輸送水泥漿。待壓力、流量、機械設備等所有相關影響因素均達到規范標準后，方可按照樁施工工藝要求，開始旋轉和提升鉆桿噴射管，由下向上噴射注漿，噴射管分段提升的搭接長度大于等于100mm。在礫石土層中，為保證樁徑在旋噴參數不變[3]的情況下復噴一次。

噴射孔與高壓注漿泵的距離宜≤50m，鉆孔位置和垂直度偏差應滿足要求。

對局部有強度要求的部位或對局部展開面積要求的部位，可采取復噴的措施。

在旋噴注漿過程中出現異常現象時，應查明原因并及時采取措施。

為防止漿液在樁頂回徑收縮凹陷，影響樁的樁頂標高，可使用壓漿回灌、二次補漿等措施。

（4）試管工作。試管工作對整個旋噴樁的工藝有重要的影響作用，其中安裝并檢查各部位密封圈的工作是技術難點。技術人員采取干凈水注漿，保證整條管道通暢，避免其他垃圾等的堵塞。根據管內注水的流動情況以及流出管外情況，判斷整個注漿管的嚴密性以及安裝過程中有沒有出現失誤。如果出現失誤，則進行拆管處理，重新安裝并檢查各部位密封圈是否封閉，重新作高壓水射水試驗，合格后方可噴射漿液。

（5）注漿工作。注漿工作為高壓旋噴樁的技術中核心部分之一。進行注水試壓，試壓合格后，利用管路內高壓，將水泥漿由下而上灌入。注漿作業的進程中嗎，派專人時刻登記注漿壓力值及電機的轉速值。

（6）拔管工作。拔管工作的順序緊跟注漿工作之后，當泥漿達到原先設定的標高后，暫停噴漿作業，將管道從泥漿中拔出，泥漿將沿著拔出的圓孔直徑位置流入注漿孔，拔管流程中，要把控拔管速度，保持快速，否則，泥漿極易凝結，從而造成管道堵塞，難以拔出。

具體做法：當上面第一根鉆桿完全提出地面后停止壓漿，待壓力下降后迅速拆卸第一節鉆桿，并將鉆桿整體下沉，搭接不小于100mm，然后繼續壓漿，等壓力上升至設計壓力時，重新開始旋噴。當噴頭緩緩提升至預先設計位置時，為減少混凝土的離析現象發生，從而造成樁頂縮頸塌陷，需采用低壓補漿處理，時間為1～2min[4]。

（7）設備清洗及移位。設備清洗是高壓旋噴樁的技術的收尾工作，盡量采用清水清洗，采用反復灌入流出的方法，將水布滿管道內，包括高壓水泵、噴頭等的各部位，處于將整個高壓的水泵以及管道，噴頭等用清水反復清洗工作，當清洗不干凈時，利用相關化學溶劑進行清理。

補漿結束后，從泥漿內提出鉆桿、鉆頭，進行射水，必須采用低壓水進行，沖洗時，要覆蓋所有作業部位，不得遺漏。

旋噴作業完成后，將該套設施挪至下一樁位，循環往復周而復始地完成以上工作。施工中應叮囑專人進行檢查，并記錄提升速度及拔管速度、旋轉速度等施工相關參數。

1.3 壓頂施工

帷幕宜設置混凝土連接面板，面板厚度150mm，寬度1500mm，混凝土強度等級C15。

1.4 操作要點

旋噴帷幕的工藝參數確定，通過施工試驗樁的方法，并按水泥固結體的設計有效半徑與現場土的性狀，確定噴射壓力、注漿流量、上提速度、旋轉速度等施工相關參數[5]。

2 高壓旋噴樁施工檢查

高壓旋噴樁的完整性檢查是該技術施工作業的重要基礎，包括3 個階段的檢查：作業前檢查、作業中檢查以及作業后檢查。具體的工作步驟如下。

2.1 作業前檢查

在進行作業前，檢查整個基坑周邊情況，包括基坑的挖深、降水、支護、地下管線、道路等施工作業條件、安全性、實用性是否符合作業條件，使得整體環境符合該技術的大面積作業展開。同時，確保施工前的各種設備的質量保證。

保證施工用的水泥的級別、型號、高壓旋噴樁水灰比及各項檢驗項目等均符合標準要求，方可投入使用，正式施工前鉆機、泥漿泵進行試運行。

2.2 作業中檢查

在進行作業中，技術人員主要檢查，鉆桿的傾斜度及放置的水平面，能否精確定位鉆孔及注漿漿液的配合比的配置，過程中保持鉆機運作轉速。觀察地面是否返漿，當返漿量大于注漿量的20%，應提高噴射壓力。因故中途停噴后，繼續注漿與停噴前的注漿體搭接不小于500mm。噴射管分段提升的搭接長度不得小于100mm。

2.3 作業后檢查

作業后檢查主要是指注漿完成后的現場相關因素物理性能的檢查，包括加固后的土體承載力、強度、均勻性等進行排查，樁體的強度了、平均直徑、樁身中心位置，28d 后樁體質量及承載力等。

2.3.1 基坑開挖前質量檢驗

宜在壓頂混凝土施工澆筑之前進行，檢驗內容包括樁身強度、數量等。28d 后樁體承載力，采用鉆孔取芯的方法，將樣本送檢進行強度檢測。采用將樁頂挖開的方法，測量樁體的有效直徑和搭接寬度。

2.3.2 基坑開挖中及施工后的監測

隨時觀察帷幕有無漏水部位，監測頂部的水平位移和豎向位移，超過監測報警值，應立即發出危險報警，通知各單位相關人員和部門，從而及時采取措施，保證整個作業面的安全。

3 結語

本工程采用高壓旋噴樁止水帷幕施工結合深井降水法的截水降水方法，未發現有溢水、滲水等現象。它的應用不僅擁有良好的止水效果，還具備強大的基坑四周支撐能力，同時，土壤的牢固性明顯改善；它更適合一種場地受限、且地下土質復雜和有石塊土層的基坑的降水、支護。

以上的施工方法在基坑支護中得到應用，優勢明顯，取得的實效巨大；同時也為同類工程積累了豐富的施工經驗。值得大面積推廣應用。