某地鐵車站深基坑高壓旋噴樁施工技術

王 偉

1 工程概況

某地鐵站呈東西向跨十字路口設置,為地下2層島式站臺車站,車站中心里程為 YCK21+419。車站全長194.8 m,標準段寬22.7 m,深度平均16.11 m,本站采取明挖與蓋挖相結合的施工方法,車站主體圍護平面示意圖見圖1。該車站場地內地層為:地表一般均分布有厚薄不均的全新統人工填土(Q4ml);其下為上更新統風積(Q3eol)新黃土及殘積(Q3el)古土壤,再下為沖積(Q2al)粉質黏土、粉土、細砂、中砂及粗砂等。車站止水帷幕采用高壓旋噴樁二重管法施工,28 d的無側限抗壓強度不得小于1.2 MPa,抗滲系數小于10-7cm/s,圍護結構采用的高壓旋噴樁樁徑600 mm,共計449根。旋噴樁采用普通硅酸鹽水泥。

2 旋噴樁施工工藝及施工方法

2.1 施工工藝流程及參數

1)施工工藝流程。本工程旋噴樁施工主要包括以下流程:①定位放線→②鉆機就位→③水泥漿制備→③鉆孔施工→④水泥漿比重、水灰比、漿液壓力等參數的調整→⑤噴漿并提升→⑥回灌→⑦沖洗鉆桿→⑧鉆機移位。2)工藝參數。根據本工程試樁結果,確定有關施工參數如下:注漿管:提升速度20 cm/min～23 cm/min、旋轉速度22 r/min～ 24 r/min;漿液壓力:22 MPa～24 MPa、流量不小于45 L/min;空氣壓力:0.5 MPa～0.6 MPa;水灰比:0.9～1.0;水泥漿比重:1.6,水泥用量不小于220 kg/m;噴嘴直徑:2.2 mm;形成樁體直徑不小于600 mm。

2.2 施工方法

1)標定樁位。在施工前,先測出需施工的樁位,放出樁位中心,用白灰撒出樁位輪廓線。2)鉆機就位。將鉆機安放在設計的孔位上并保持垂直,施工時旋噴管的允許傾斜度不得大于0.5%。3)鉆孔施工。鉆機按照測量人員設定的位置就位。就位時,使攪拌軸保持垂直,鉆尖對準樁位中心,鉆孔速度要先慢后快,樁位偏差不得大于50 mm。4)噴漿并提升。鉆機鉆進時,鉆頭以1 m/min的速度下鉆至設計標高,投入鋼球堵住鉆頭下部孔,使高壓氣體和水泥漿從側面噴頭噴出,鉆頭反轉提升噴射管,由下而上噴射注漿,噴射管分段提升的搭接長度不得小于100 mm。鉆頭提升至樁頂位置(按圖紙設計標高)時,停止噴漿,鉆頭原位轉動2 min,然后正轉鉆頭下鉆,進行復攪。在距樁頂2 m～3 m內適當增加水泥用量,最后清洗攪拌機,移至下一樁位。5)回灌。噴射結束后,隨即在噴射孔內進行靜壓充填灌漿,直到漿面不再下沉為止。6)沖洗。噴射施工完成后,應把注漿管等機具設備采用清水沖洗干凈,防止凝固堵塞。7)檢驗。施工完畢后,根據規范要求和現場實際情況對樁體進行鉆芯取樣檢驗。

3 施工技術要求及質量控制措施

3.1 施工技術要求

1)嚴格按照設計水灰比拌制水泥漿,施工中不得隨意更改,禁止使用受潮或過期水泥。在噴漿過程中應防止水泥漿沉淀,拌制時間不得超過4 h,超過4 h嚴禁使用。2)在噴漿過程中應隨時觀察冒漿情況,發現異常立即采取措施。如果發現冒漿量大于灌漿量的 20%,應加快提升速度;若地面不冒漿,應停止提升,向孔口充砂,直至漿液正常冒出才能開始提升。3)施工過程必須連續噴漿,若中途須換噴射管或設備發生故障必須停止噴射時,則第二次下管要多下0.3 m～0.5 m,以保證樁的連續性。4)相鄰兩樁的施工間隔時間必須大于48 h,旋噴樁與相鄰的鉆孔灌注樁的施工間隔時間也必須大于48 h,避免高壓漿束把相鄰的旋噴樁體或灌注樁體破壞。

3.2 質量控制措施

1)水泥入罐時必須進行過篩,保證無超過0.5 mm顆粒進入,且無雜物,以免堵塞噴管;2)噴料時,應每2 h觀察并記錄一次氣壓,若氣壓達不到0.45 MPa時,管路可能堵塞,立即停止噴料,將鉆頭提升至地面,切斷電源,停止送氣,查明堵塞原因并加以排除;3)施工時,加強前臺施工與后場供漿配合密切,攪拌機提升速度必須與試驗樁已確定的數據吻合。后臺停止供應時,必須及時通知前臺,防止斷樁和缺漿。再次供漿時,攪拌機需下沉停漿點0.5 m以下,待恢復供漿時再提升,如停止時間超過3 h,需將輸漿管卸下,進行清洗;4)中間噴漿量不足,或因停電、機械故障等原因導致施工中斷時,必須進行復打,復打長度不小于整樁長度;5)鉆頭鉆至設計深度時,要有一定的滯留時間,以確信加固料到達樁底;6)當攪拌樁頂接近設計標高時,為保證樁頭的施工質量,采用慢速,到達設計樁頂時,停止提升,攪拌10 s～20 s,保證樁頭均勻密實;7)施工過程中,操作人員隨時記錄壓力、噴漿量、鉆進速度、提升速度等有效參數。

4 特殊情況處理措施

1)塌孔。在鉆孔時,出現塌孔或不泛水,應查明原因,詳細記錄層深。此時,應用黏土充填固壁,以便順利成孔和保證固壁穩定,固壁泥漿配合比應通過試驗確定,且滿足以下要求:a.泥漿比重1∶1左右,在孔隙內基本不流動,不硬化固結;b.7 d～10 d內高噴桿能順利插入孔底。2)旋噴中斷。在噴射過程中,若供氣、水、電中斷后,重新進行高噴作業的搭接長度不應小于50 cm,以保證樁體的整體性。3)遇地下建筑物。遇塊石層或構筑物時,應準確記錄,因為在噴射時,遇到此類障礙物,能量因折射而大大衰減,影響樁體整體性。解決的辦法是:a.在塊體另一端的一側增補噴灌孔,以確保搭接;b.調整鄰孔孔間距及相關參數;c.若埋藏較淺時,采用挖機清除,回填滿足技術要求的黏土。4)冒漿。在施工過程中,從冒漿成分和流量大小可大致了解灌漿質量和地層情況,冒漿過大或過小均不正常,應及時分析原因予以處理。5)樁孔混凝土凹陷。噴射灌漿結束后,由于重力作用和漿液性能本身的特性,灌漿形成的漿、氣、土混合液在逐漸凝結硬化、固結的前期,其表面因析水沉淀而出現一定程度的下陷。此時,應連續或間斷地向噴射孔內靜壓灌漿,直至孔內混合液凝固不再下沉,或者采用兩次注漿的方法,即噴射注漿完成后,在原孔位上進行第二次注漿,漿液為不收縮或具有膨脹性的材料。6)地層分界線處理。根據鉆孔記錄表中的地層描述,在垂直方向地層分界線處噴射作業時,應適當減慢提升速度,或進行復噴,以保證樁體質量。

5 結語

實踐證明,采用旋噴樁施工過程中應注意如下兩點:1)旋噴樁工藝試驗是確保施工成功的關鍵,針對不同的地層,應選擇相應的施工參數,方能確保施工質量。2)施工中控制好樁身的垂直度及搭接,密切控制孔口返漿量、確保噴射進入土體的注漿量,是旋噴樁施工質量保證的重要環節。

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