高壓旋噴樁在某電廠排水箱涵基礎中的應用

陸建軍 徐成進

1 工程概況

華電長沙電廠位于長沙市望城縣銅官鎮內,距湘江1000m,電廠排水系統采用2孔3 m×3.3 m箱涵,基礎底部寬度7.5 m。排水箱涵長1209 m,箱涵處于沿江沖積盆地,地勢平坦,進口段500m基礎地質以粉沙和粗砂為主,其中粉沙層為流塑狀。施工期間為2006年8月～2007年2月,湘江高水位時比箱涵基礎底高出4 m,低水位時比箱涵基礎底高出1 m,由于湘江離箱涵此段距離不足500m,基礎開挖時地下水通粉沙及粗砂從地層涌出,形成流沙,基礎開挖無法進行。后經設計院、監理單位、建設單位和施工單位共同研究決定采用三重管高壓旋噴樁施工技術,在基礎開挖外邊線外1 m處形成一道防滲墻,然后開挖基礎,基底超挖40cm后用C20混凝土封底。

2 高壓旋噴樁設計

2.1 高壓旋噴樁加固原理

高壓旋噴注漿加固地基分為兩個階段:第一階段為成孔階段,即采用鉆機預成孔,成孔采用鉆孔方法,使噴射頭達到預定的深度。第二階段為噴射加固階段,即利用高壓水泥漿(或其他硬化劑),以15MPa以上的壓力,通過噴射管由噴射頭上的直徑約為2mm的橫向噴嘴向土中噴射。與此同時,鉆桿一邊旋轉,一邊向上提升。由于高壓細噴射流有強大的切削能力,因此噴射的水泥漿一邊切削四周土體,一邊與此攪拌混合,形成圓柱狀的水泥和土混合的加固體,即通常所說的“旋噴樁”。本工程根據需要,控制噴嘴在一定的范圍(120°)內噴射,形成片狀加固體,即隔水帷幕,形成一道隔水墻。

2.2 高壓旋噴樁設計

設計高壓旋噴樁位于基礎開挖邊線外1 m處,樁底深入箱涵基礎底以下2.5 m～3 m,旋噴范圍120°,高壓旋噴防滲墻長1000m,共1000根旋噴樁,樁長10m,采用三重管法按1.0m間距分兩序施工(先成孔后噴漿),要求每延米P.O42.5普通硅酸鹽水泥用量500 kg。

3 高壓旋噴樁施工技術

3.1 高壓旋噴工藝流程

施工準備→測量定位→機具就位→鉆孔至設計標高→旋噴開始→提升旋噴注漿→旋噴結束成樁。

3.2 施工方法

1)場地平整:先進行場地平整,清除樁位處地上、地下的一切障礙物,場地低洼處用粘性土料回填夯實,并做好排漿溝。2)測量定位:首先采用全站儀根據高壓旋噴樁的里程樁號放出試驗區域的控制樁,然后使用鋼卷尺和麻線根據樁距傳遞放出旋噴樁的樁位位置,用小竹簽做好標記,并撒白灰標識,確保樁機準確就位。3)機具就位:人力緩慢移動至施工部位,由專人指揮,用水平尺和定位測錘校準樁機,使樁機水平,導向架和鉆桿應與地面垂直,傾斜率小于1%。對不符合垂直度要求的鉆桿進行調整,直到鉆桿的垂直度達到要求。為了保證樁位準確,必須使用定位卡,樁位對中誤差不大于5cm。4)啟動鉆機邊旋轉邊鉆進,至設計標高后停止鉆進:采用單管旋噴法施工。該方法插管與鉆孔兩道工序合二為一,即鉆孔完成時插管作業同時完成。在插管過程中,為防止泥砂堵塞噴嘴,高壓水噴嘴邊射水、邊插管,水壓力一般不超過1MPa,至設計標高后停止鉆進。5)漿液配制:高壓旋噴樁的漿液,采用抗腐蝕的礦渣水泥,水泥漿液配制嚴格按設計要求控制為水灰比1∶1,水泥漿比重1.49。攪拌灰漿時,先加水,然后加水泥,每次灰漿攪拌時間不得少于2 min,水泥漿應在使用前一小時制備,漿液在灰漿拌和機中要不斷攪拌,直到噴漿前。噴漿時,水泥漿從灰漿拌和機倒入集料斗時,過濾篩把水泥硬塊剔出,水泥漿通過膠管送到旋轉振動鉆機的噴管內,最后射出。6)噴射注漿來源:噴射時,先應達到預定的噴射壓力、噴漿旋轉30 s,水泥漿與樁端土充分攪拌后,再邊噴漿邊反向勻速旋轉提升注漿管,提升速度為260mm/min,直至距樁頂1 m時,放慢攪拌速度和提升速度,保證樁頂密實均勻。中間發生故障時,應停止提升和旋噴,以防樁體中斷,同時立即檢查排除故障,重新開始噴射注漿的孔段與前段搭接不小于1 m,防止固結體脫節。7)沖洗:噴射施工完成后,應將注漿管等機具設備采用清水沖洗干凈,防止凝固堵塞。管內、機內不得殘存水泥漿,通常把漿液換成清水在地面上噴射,以便把泥漿泵、注漿管和軟管內的漿液全部排除。8)重復以上操作,進行下一根樁的施工。

3.3 高壓旋噴施工注意事項

1)鉆機要按設計孔位準確定位,保證孔位偏差不大于1cm,鉆機安裝須作水平校正和垂直校正,保證“三點一線”,即提升中心、立軸中心和孔口中心處于同一垂直線上,保證偏斜度不大于1%。2)高噴前先要把鉆具下放到設計深度,開高壓泵用清水試壓。試壓正常后,攪拌水泥漿,開始正式旋噴,待孔口返漿后開始提升,提升速度要符合設計要求。卸換鉆桿時,復噴搭接長度不小于100mm,至設計樁頂位置后,停止噴射,提出鉆具,清洗鉆具管路,鉆機移至下一孔位。3)高噴墻體在凝固過程中要出現析水收縮,造成樁頂回落,達不到設計高度,故在每個孔施工完24 h后必須用返漿或水泥漿對其進行回灌,保證墻體質量和高度。4)高噴時要時刻觀察高壓泵的壓力,發生異常變化時要及時檢查并通知高噴機停止高噴,故障排除后可繼續高噴。5)高噴地層出現異常(如有空洞、跑漿、塌陷)時,應馬上采取相應措施進行處理,必要時在高壓水泥漿中添加0.5%的食鹽或0.05%三乙醇胺等速凝材料后回灌,待返漿正常后才能繼續噴射施工。

4 高壓旋噴防滲墻的檢測

長沙電廠循環排水工程高壓旋噴(擺噴)總工期35 d,旋噴全部結束后,選最先開始旋噴的20m處進行現場開挖基礎,以檢測高壓旋噴帷幕止水墻的實際效果。開挖坡度按照1∶0.75坡率進行開挖,設計人員、監理工程師、業主代表和施工人員一起進行檢測。開挖過程中邊坡形狀完整,沒有出現流沙及坍塌現象,邊坡無明顯滲水,現場選取5 m地段檢測帷幕止水墻厚度、旋噴半徑、墻體質量等是否符合設計要求。檢測表明旋噴墻體厚度平均達35cm,樁與樁之間搭接處良好,說明旋噴半徑達到設計要求,檢查取出芯樣,發現水泥含量高,芯樣較完整、堅硬,能滿足設計要求。

開挖后立即按照設計要求,將基底用C20素混凝土封閉,以防基底下壓力水將流沙涌出。實踐證明,500m段箱涵基礎開挖順利,均達到了預期目標,工期較投標工期提前兩個月完工。

5 結語

高壓旋噴施工技術在水利堤防工程和其他臨時工程防滲中應用較為普遍,但在國內其他工程如基礎處理、邊坡防滲等應用不是很廣泛。通過在長沙電廠基礎開挖中的成功應用,發現高壓旋噴防滲墻對地基含砂量高,淤泥、粗砂層效果明顯,既起到防滲作用,又起到加固地基的作用,它較木板樁、混凝土板樁、鋼板樁等施工簡單、工期短、防滲效果好,并且其設備是用履帶行走,在淤泥和軟基等復雜地質條件下均可施工,不需要其他大型設備,施工簡單,工藝成熟,是一種施工方便、工期短、造價不高的防滲手段,在坡防滲、地基處理中可充分應用。

[1]錢美亞,別小勇.利用高壓旋噴樁進行深基坑圍護初探[J].山西建筑,2008,34(11):147-148.