高壓旋噴樁在杭州地鐵富春路站的應用

毛紅梅

(陜西鐵路工程職業技術學院,陜西渭南 714000)

高壓旋噴樁,是軟弱地基深層攪拌加固技術的一種。該方法是利用鉆機把有噴嘴管的注漿管鉆進至土層的預定位置后,以高壓設備使漿液或水成為20 MPa 左右的高壓流從噴嘴中噴射出來,沖擊破壞土體,同時鉆桿以一定速度向上提升,使漿液與土粒強制攪拌混合。漿液凝固后,在土中形成直徑均勻的柱體,從而提高地基承載力,改善地基土的變形性質[1～3]。高壓旋噴注漿具有加固體強度高、加固質量均勻、加固體形態可控、經濟實用以及在施工過程中基本無環境污染等優點,目前已經成為國內外工程界普遍接受的地基處理方法[4]。

1 工程基本資料

1.1 工程概況

富春路站是杭州地鐵1、4號線工程的換乘站,在婺江路和富春路下呈“丁”字形布置。1號線車站位于婺江路下,為地下三層三跨島式車站,車站主體長為247.4 m,標準段挖深約23.6 m,端頭井挖深約25.5 m,頂板覆土厚度約為3 m。主體圍護結構采用1 000 mm厚地下連續墻,地連墻底入巖深度不小于1 m。

地下車站(包括出入口和通道)及機電設備集中區的防水等級要求為一級,風道風井的防水等級為二級。場地內基坑側壁安全等級為一級,變形控制保護等級為一級。

1.2 工程地質及水文地質

依據勘察報告提供資料,車站擬建場地處于杭州市南面,臨近錢塘江,屬錢塘江沖海積平原地貌單元。場地土層構成見表1。1號線車站底板位于⑤-1淤泥質粉質黏土層上。工點范圍內地勢平坦,地下水豐富,承壓水頭高。

表1 場地土層構成一覽

1.3 車站主體基坑開挖特點及難點

(1)地質條件差,地下水位高,基坑開挖過程中容易出現基坑變形、土體液化、坑底隆起及地下水突涌等現象。

(2)1號線車站北側基坑邊有近江消防中隊及秋濤路變電所兩棟樓房,距離基坑較近,開挖中需重點保護。

2 旋噴樁加固設計

2.1 加固范圍

因圍護結構陽角處受力復雜,且近江消防中隊、秋濤路變電所距離基坑較近,為保證基坑開挖過程中建筑物的穩定及安全,需對該范圍土層進行旋噴加固。加固范圍見圖1。

圖1 坑外旋噴樁加固范圍示意(單位：m)

2.2 旋噴樁設計參數

坑外土體加固采用三重管高壓旋噴工藝。樁徑為φ650 mm,樁心間距400 mm,咬合250 mm,呈梅花形布置,旋噴深度為地下連續墻頂至基坑底以下5 m,約30～32 m。要求加固土體28 d無側限抗壓強度不得小于1.2 MPa。

3 旋噴樁施工工藝

3.1 施工技術參數

高壓旋噴樁應用于不同要求時,須根據各種土質的黏聚力等抗切割指標設計采用不同的技術參數[5]。本工程主要參數設計如下所述。

(1)漿液類型：選用32.5級普通硅酸鹽水泥漿液,水灰比1∶1,漿液比重1∶49～1∶52；

(2)注漿壓力：20 MPa；

(3)水壓力：不超過1.0 MPa；

(4)提升速度：10～20 cm/min；

(5)旋噴速度：10～20 r/min。

3.2 施工順序

采取跳打法施工,以防止孔間串漿。一般間隔1～2個孔,間隔控制在0.8 m 以上,待24 h后再施工相鄰孔位。詳細施工順序見圖2。

圖2 施工順序示意

3.3 施工工藝流程

施工工藝流程：測量定位→鉆機就位→鉆引孔→插入三重管→旋噴提升→沖洗→移至下一樁位。

3.4 施工注意事項

(1)每批次水泥進場時必須有質保單,并進行抽檢試驗,鑒定合格后方可使用；加強水泥的現場保管,不得淋雨受潮。

(2)施工時對各孔的高壓噴射參數進行檢查,以確保加固土體的質量。

(3)當注漿管貫入土中,噴嘴達到始噴高度以下0.3 m時,即可噴射注漿。在噴射注漿參數達到規定值之后,即可按工藝要求緩慢提升注漿管,由下而上噴射注漿至終噴高度以上0.3 m處停噴,并拔出注漿管。

(4)分段提升的搭接長度不得小于100 mm,以保證加固土體的整體性。

(5)高壓噴射注漿完畢,或在噴射注漿過程中因故中斷,短時間(小于或等于漿液初凝時間)內不能繼續噴漿時,應迅速拔出注漿管,清洗注漿管、注漿泵和高壓膠管,防止漿液凝結后堵塞管道,造成再次噴射時管內壓力驟增而發生意外。

(6)為防止漿液凝固收縮影響樁頂高程,必要時可在原孔位采用冒漿回灌或二次注漿等措施。

(7)高壓噴射注漿過程中出現壓力驟然下降、上升或大量冒漿等異常情況時,應停止注漿施工以防止樁體中斷,同時立即查明產生的原因及時采取措施。

(8)如果發現填土層及砂層中地下水滲流速度快,為避免旋噴后水泥漿液大量流失,確保填土層及砂層動水中成樁質量,可在水泥漿液中摻加速凝劑。速凝劑摻量及凝結時間根據成樁試驗確定。

4 質量控制

4.1 質量控制標準

旋噴樁在地層下直接形成,屬于隱蔽工程,必須運用科學的、切合實際的檢查方法來檢驗其加固效果[6]。旋噴注漿施工質量控制標準如表2所示。

表2 旋噴樁施工質量控制標準

4.2 質量控制措施4.2.1 垂直度控制

為保證鉆孔垂直度偏差控制在1.5%范圍內,鉆機就位后,必須校正其水平,使鉆桿軸線垂直對準孔位中心位置。現場通過調整鉆機底盤上的4個液壓支腿,使用水平尺和固定于桅桿上的吊線錘相互校驗,以保持桅桿始終處于垂直狀態,并固定好鉆機。鉆進過程中,隨時觀察鉆機的工作情況。

4.2.2 加固土體頂面與底面高程控制

加固區場地高程控制點位于場地兩側導墻上。噴射管采用3 m定尺專用管,鉆機桅桿相應高度用紅布標記,在始噴高度以下0.3 m開始噴漿,至終噴高度以上0.3 m停止噴漿。

4.2.3 旋噴加固質量控制

施工前應作工藝試噴,以確定旋噴施工過程中的各項參數(壓力、水泥漿液用量、旋轉速度、提升速度等),以及不同地層合理的水壓力、提升速度、漿液配比和壓力等參數,施工中按照最不利地層的技術參數進行施工；噴射過程中,隨時檢查漿液初凝時間、注漿流量及風量、壓力、提升速度、旋轉速度、噴射方向等參數,并做好記錄。

4.2.4 冒漿的處理

在噴漿過程中,有一定數量的土粒,隨著一部分漿液沿著注漿管管壁冒出地面,通過對冒漿(內有土粒、水及漿液)的觀察,可以及時了解土層狀況,旋噴的大致效果和旋噴合理性等。冒漿量小于注漿量20%為正常,超過20%或完全不冒漿時,應查明原因,采取相應措施[7]。

(1)冒漿量過大：一般是由于有效噴射范圍與注漿量不匹配,注漿量大大超過旋噴固結所需的漿量所致。可采取下列措施減少冒漿量：提高噴射壓力(噴漿量不變)；適當縮小噴嘴孔徑(噴射壓力不變)；加快提升和旋轉速度。

(2)不冒漿：在水泥漿液中摻加適量的速凝劑,縮短固結時間,使漿液在一定土層范圍內固結；在空隙地段增大注漿量,填滿空隙后再繼續正常施工。

4.2.5 機械故障處理

噴注中途發生機械故障時,應停止提升和噴射，以防樁體中斷,同時立即排除故障。

(1)流量不變而壓力突然下降：可能是高壓部分密封性能不好,連接處或旋轉處漏漿、漏水使噴射能力降低,應檢查各部位的泄漏情況,必要時拔出注漿管,檢查密封性能。

(2)壓力稍有下降：可能是注漿管被擊穿或有孔洞,或應拔出注漿管進行檢查。

(3)壓力陡增超過最高限值、流量為零、停機后壓力仍不變動：可能是噴嘴堵塞,應拔管疏通噴嘴。

(4)因停電、機械事故而停噴繼續開噴時,應將噴射管下插50 cm,以保證樁墻的連續性。

5 結語

富春路站基坑外旋噴加固共計12 870 m3,經鉆芯取樣,28 d無側限抗壓強度均在1.2 MPa以上。在基坑開挖過程中,監測數據顯示坑外土體水平位移控制在30 mm以內,建筑物沉降控制在35 mm以內,基坑與建筑物均穩定安全。富春路站旋噴樁注漿加固取得了以下幾方面經驗。

(1)在基坑規模較大、地層含水、基坑周邊建筑密集地段,采用高壓旋噴注漿是保證基坑周邊建筑物穩定和安全的有效措施。

(2)施工前的工藝試噴是確定施工技術參數、保證施工質量的必要環節。

(3)施工中應根據各層土質密度、含水量等差異適時調整施工參數,以保證樁體質量的均勻性。

[1] 耿殿魁.旋噴樁復合地基技術在加固軟土路基中的應用[J].鐵道勘察,2009(3):43-46.

[2] 韓志超.高壓旋噴樁施工技術[J].交通世界(建養·機械),2009(13):107-108.

[3] 耿殿奎.旋噴樁復合地基技術在加固軟土路基中的應用[J].鐵道勘察,2009(3):43-46.

[4] 李小杰.高壓旋噴樁復合地基承載力與沉降計算方法分析[J].巖土力學,2004,25(9):1499-1502.

[5] 蔣宿平,隆 威.旋噴樁施工技術參數設計研究[J].勘察科學技術,2009(5):45-47.

[6] 余佳城.淺談旋噴樁質量控制與檢測[J].上海鐵道科技,2009(1):88-90.

[7] 李立新.旋噴樁、SMW樁在基坑圍護結構中的應用[J].鐵道工程學報,2009,126(3)：11-14.

[8] 任偉新.高壓旋噴樁在飽和動態含水砂層淺埋暗挖隧道中的試驗與應用探討[J].鐵道標準設計，2009(7).

[9] YSJ201—92 高壓旋噴注漿技術規程[S].