河邊承臺高壓旋噴樁封底施工

吳剛

（中鐵大橋局集團第三工程有限公司，廣東 廣州 510388）

1 工程概況

跨環城高速特大橋是武廣客運專線新廣州站及相關工程的一座特大橋，其中跨東平水道主橋為此橋最重要的部分，也是技術含量最高、施工難度最大的部分。主橋采用連續鋼桁拱結構，孔跨布置為（99+242+99）m，支座中心至梁端1m，主橋全長442m。該橋兩主墩（296#及297#墩）位于東平水道兩側，承臺尺寸分別為15.2m×41.4m×5m和15.4m×46.2m×5m。296#墩承臺底標高-1.545m，承臺頂標高+3.455m,地面標高+4.4，承臺一個角伸入東平水道大堤內；297#墩承臺底面標高-4.545，承臺頂面標高+0.455，地面標高+3.0，最近處僅距東平水道大堤13m。兩主墩承臺底面較低，特別在6月份中旬東平水道處于主汛期內,主汛期內水面標高最高可達到+3.0m,與地面平齊，承臺低于東平水道水位以下，為了河堤安全，承臺施工時先插打長12米國產拉森IV型鋼板樁進行圍堰防護。

2 地質與地貌

根據地質鉆孔資料及前期樁基施工情況顯示，主墩承臺范圍地面以下3m左右范圍內為雜填土及回填土，3m～12m之間多為淤泥質砂粉細砂及淤泥質粘土，透水性比較好。在前期深孔樁基施工過程中，泥漿池布置靠近大堤側，致使此范圍地表長期處于積水浸泡之下，地下水比較豐富，容易與透水性比較好的淤泥質砂粉細砂結合形成管涌，引起河堤向承臺基坑側滑移。

3 施工方案

在研究制定主墩基礎施工方案時，充分考慮地質、水文等因素的影響，確保臨近臨近水道大堤安全。

3.1 施工方案研究

承臺基礎采用鋼板樁圍堰進行施工，在進行承臺開挖之前，要確定如何保證承臺基坑開挖過程中圍堰鋼板樁穩定及基底處不發生管涌現象造成施工安全及臨近的東平水道大堤安全問題。施工前，準備水下混凝土封底及高壓旋噴樁預封底兩套施工方案進行主墩封底施工。水下混凝土封底采用鋼板樁四周圍避承臺，然后再開挖承臺基坑內側土體，在開挖過程為保持內外壓力平衡，一般在水中開挖基坑，并安裝加固鋼板樁內支撐，最后在清基礎，安裝封底灌注平臺，再灌注水下封底混凝土，水下混凝土考慮1.5m深。這個過程297#主墩需要向下開挖9m深，基坑開挖深度大，開挖過程中基底下處于透水性比較好的淤泥質砂粉細砂及淤泥質粘土層，開挖深度加大時四周側壓力會使基底形成部分管涌，此時必須向基坑加水平衡壓力才能繼續開挖，開挖難度大，鋼板樁內支撐安裝比較困難，水下混凝土施工灌注量大，費工費時，且施工安全風險大，施工費用比較高。高壓旋噴樁施工主要在地面以上進行，用高壓旋噴水泥漿固化透水性比較好的淤泥質砂粉細砂及淤泥質粘土層，達到滯水效果，再通過四周施工通長旋噴樁形成一道滯水墻與底部形成一個整體，在承臺基坑內外形成一個整體的滯水帶，且處理過的承臺基底承載力加大，在優化承臺施工工藝，達到主墩施工目的。此方案只需在地面上操作，施工方法簡便，施工質量控制容易操作，工期比較短，施工費用比較低，施工安全風險小。通過方案比選，考慮東平水道汛期大堤安全，最終選定高壓旋噴樁預封底施工方案。

3.2 鋼板樁圍堰設計

鋼板樁圍堰大小根據承臺尺寸而定，其內框尺寸在順橋向方向比承臺尺寸大3.4m，橫橋向方向比承臺尺寸大3.4m。本項目鋼板樁在陸地上施工，沒有流水的影響，采用國產拉森IV型鋼板樁配2層雙槽40b做內支撐即可滿足剛度要求，同時由于此地層透水性比較好，施工鋼板樁全長不得有焊瘤、鋼板或其他突出物，應保持平滑，兩端均應切割整齊，上端按拔樁需要開圓孔（千斤繩眼）并焊鋼板加固圓孔（最好是新制鋼板樁），板樁插打完成后，用挖機出土降低圍堰內的地面至內支撐的安裝標高，安裝圍堰圈梁及內支撐鋼管，并可靠連接，圈梁底面焊接牛腿支承，個數由計算確定，確保焊縫質量。

3.3 高壓旋噴樁設計

鋼板樁施工完（內支撐系統未施工）場地平整好以后，在承臺開挖基坑范圍內縱橫向等間距（0.5m）交叉布置旋噴孔，使用高壓旋噴鉆機鉆孔至注漿層，打開安裝在注漿管（單管）底部側面的特殊噴咀(附在鉆頭上)，使用高壓注漿泵以25MPa以上的壓力把水泥漿從噴咀中噴射出切割破壞土體，然后將高壓水泥漿邊噴邊提升，對軟土層進行旋噴施工，反復兩次，使旋噴段形成水泥混合體板塊層達到滯水效果；在環主墩承臺鋼板樁防護外側四周密布一排12m長Φ500mm@350mm密排高壓旋噴樁形成滯水墻，同時為減少對旁邊東平水道大堤影響，靠近小里程側及線路左右側令加強布設一排密排攪拌樁進行防水。

4 方案實施

4.1 前期工作

主墩樁基已完全施工完畢，立即著手進行承臺鋼板樁施工，鋼板樁樁頂標高于地面平齊，或稍微高出地面10-20cm，用挖機將插打鋼板樁范圍內攪拌樁施工場地平整，做好臨時截、排水設施、供水供電線路、機械設備施工線路、機械設備放置位置、運輸通道等施工準備。

4.2 施工設備

4.2.1 成孔、旋噴兩用鉆機XY-1型4臺

4.2.2 高壓泥漿泵ZJB-30型4臺

4.2.3 制漿設備 4套

4.2.4 旋噴管、高壓管、噴射器4套

4.2.5 電力 20KW 4套

4.3 旋噴帷幕施工參數選擇如下：

旋噴壓力：23~25Mpa旋噴直徑：600mm

旋轉速度：18r/min 流量：60～80L/min

提升速度：20~25cm/min

水泥用量：250Kg/m

4.4 試樁

目的是為了尋求最佳的攪拌次數、確定水泥漿的水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提升速度、下鉆速度以及復攪深度等參數，以指導下一步水泥攪拌樁的正常施工。據此在離離防護鋼板樁5m的距離先進性梅花形間距50cm布置4根旋噴澆板樁試樁的施工，試樁時，先進行鉆孔施工，對每節鉆桿進行標志，待鉆到攪拌樁孔底位置時停鉆，然后按設計配合比試拌水泥漿，并由實驗室測試稠度，符合要求后，打開噴射壓力機進行旋噴施工。施工時開始按每分鐘提升18-24cm速度提升鉆桿，此時壓力表讀數在20-25MPa之間，提升至2m（此時高程比承臺底低10cm左右），然后在靜壓30s，在現場管理人員復核標高無誤的情況下再進行2次攪拌旋噴，工法如上，最后提鉆進行下一樁施工。成樁7天后，采用淺部開挖樁頭（深度宜超過停漿面以下0.5米），目測檢查攪拌的均勻性及樁之間混凝土咬合程度，量測成樁直徑。必須待試樁成功后方可進行水泥攪拌樁的正式施工。

4.5 分塊測量放樣、分片樁位定位

攪拌樁施工場地平整完畢后，測量放樣出主墩承臺四個角點（或承臺“十”字線），并插線標記。放線前對各控制點進行復核后，按設計圖紙放線，準確定出各攪拌樁的位置；攪拌樁樁位應采用竹片或板條進行現場定位，點白灰定位，移動鉆機要準確對孔（對孔誤差不得大于50mm），對孔正確后開鉆鉆進。

4.6 鉆機就位、對位

分塊測量放樣、分片樁位定位放樣完畢以后，移動鉆機從大小里程側靠近鋼板樁最邊一排開始就位，就位以后開始用方木或枕木抄墊鉆機底座，保證鉆機平臺的穩定，然后移動鉆機進行對孔，對孔時保證從鉆架頂部引下的鉛陀離鉆桿位置都是一個數值，如鉆桿傾斜度在允許的偏差范圍內，即可進行懸噴樁施工；如鉆桿的傾斜度過大，則需要調整鉆機底座位置至符合要求方能開鉆，此時才能保證鉆孔不發生傾斜。

4.7 鉆孔

待攪拌機的冷卻水循環正常后，啟動攪拌機電機，放松起重機鋼絲繩，使攪拌機沿導架攪拌切土下沉，下沉的速度可由電機的電流監測表控制，工作電流不應大于40A。

4.8 漿液配制

注漿材料采用425#普通硅酸鹽水泥與水攪拌作為基本漿液，水泥漿液的水灰比為1.0，水泥漿液符合設計要求后通過高壓泥漿泵的壓力進行注漿。旋噴用的水泥漿液在進入高壓泥漿泵施噴前，進行嚴格過濾.防止水泥結塊和雜物堵塞噴嘴和管路。

4.9 高壓旋噴

高壓旋噴鉆機鉆孔至注漿層后，噴射注漿參數達到規定值后，即可噴射注漿。水泥漿通過高壓泥漿泵形成高壓水泥漿，以>23MPa的壓力，通過噴射管由噴嘴向土中噴射，鉆桿一邊旋轉，一邊向上提升，噴射的水泥漿一邊切削四周土體，一邊與土體攪拌混合，反復兩次，形成圓柱狀的水泥與土混合的加固體即旋噴樁。高壓噴射注漿完畢，應迅速拔出噴射管，為防止漿液凝同收縮后產生的頂部空穴影響樁頂高程，在原孔位采用冒漿回灌。在鉆進及旋噴階段，應嚴格控制鉆進深度及旋噴樁樁頭標高，確保能夠按設計圖紙施工，保證滯水效果。

4.10 提鉆、循環施工下一孔

懸噴施工完畢后，立即向上提鉆，拆鉆桿，鉆頭提出地面后，立即轉移機具施工另一鉆孔。

5 圍堰內土體開挖及鋼板樁圍堰內支撐安裝

高壓選噴樁施工完畢，待強度達到設計要求時，立即進行鋼板樁圍堰內開挖，開挖采用分片推進，層層分解方式進行。開挖的泥土隨時通過運輸車運往指定的棄土場堆放，避免堆積在基坑外側引起較大的土壓力。開挖到內支撐安裝高度處按設計要求安裝內支撐。基坑開挖過程隨時預備兩臺高壓旋噴機械以防基底有滲水現象。

6 施工效果

基坑開挖完畢，未發現有基底有任何滲水現象，總工期只需要一個月既完成，東平水道大堤汛期安全得到保證，受到當地政府部門和業主的一致好評。

7 結語

綜上所述，高壓懸噴水泥攪拌樁的工序比較簡單直觀，懸噴水泥攪拌樁質量容易控制，用最低的材料投入取得理想的效果，從而達到加快施工進度，消除施工隱患，確保臨近河堤安全。對于地質條件不好，又臨近江河邊上，受水壓影響較大的承臺施工，此方法值得借鑒。

[1]凌冶平,易經武.基礎工程.人民交通出版社1996（9）.

[2]交通部第一公路工程總公司陸仁達.人民交通出版社.1999（10）.