高壓旋噴樁加灌注樁做止水帷幕在深基坑施工中的應用

胡道平 羅太奎 毛國鵬

（北京天潤建設工程有限公司，北京 100062）

高壓旋噴樁加灌注樁止水帷幕，就是深基坑灌注樁外側利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定的深度后，以20-40Mpa的壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。當能量大、速度和脈動狀的射流，其動壓大于土層結構強度時，土顆粒便從土層中剝落下來。一部分細顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在射流的沖擊力、離心力和重力等力的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質量大小，有規律地重新排列。漿液凝固后，便在土層中形成一個固結體。

由多個高壓噴射注漿固結體與灌注樁形成帷幕，可以用來作為將地下水體隔離在一側的一種止水施工方法。這種施工方法可以將水隔離在基坑以外，從而保證了原有建筑物基礎下土體的穩定性，亦保證了基礎的穩定。

1 工藝原理及機具性能和技術參數

1.1 工藝原理

高壓旋噴樁是利用工程鉆機鉆孔至要求深度后（或引孔旋噴一體機），利用高壓旋噴臺車把安有水平噴嘴的注漿管下到設計標高，利用高壓設備使噴嘴以一定的壓力把漿液噴射出去，高壓射流沖擊切割土體，使一定范圍內的土體結構破壞，漿液與土體攪拌混合固化，隨著注漿管的旋轉和提升而形成圓柱形樁體，凝固后便在土體中形成圓柱形狀、有一定強度、相鄰灌注樁體相互咬合成一體的固結體，該工藝起到止水與土體加固的作用。

1.2 主要機具性能及技術參數

1.2.1 主要極具及性能

施工機具主要由鉆機和高壓發生設備兩大部分組成，主要的機具包括XY-4 10kW旋噴鉆桿、3D2-S2-85/45 75kW高壓柱塞泵、6m337kW空壓機、立式4kW漿液攪拌機、SGB6-10 22k灌漿泵和立式7.5kW排污泵。

1.2.2 技術參數（見表1）

2 應用實例

承德市富順誠小區工程，地上24層，地下2層，高度68.6m，建筑面積為310000m2，鋼筋混凝土框剪結構，采用鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁作為基坑的止水帷幕。

2.1 工程地質條件

根據承德水文地質工程地質勘察院提供的巖土工程勘察報告，場區土層主要劃分為以下幾層，自上而下分為：第①層：雜填土，雜色，稍濕，稍密。主要由碎磚塊、碎石塊、建筑垃圾等組成。厚度0.50-4.50m。第②層：粉砂，黃褐色，稍濕，稍密，顆粒較均勻，主要由長石、石英等組成。局部含少量礫石，該層厚度0.50-3.20m，主要分布在圓礫層上部。第③層：圓礫，黃褐色，濕-飽水，中密，其粒徑大于2mm的顆粒占60%左右，一般粒徑2-8mm，最大可達130mm以上，多呈亞圓狀，分選性較差。厚度在10m左右。局部夾厚度1.0m左右的細砂透鏡體，黃褐色，濕，稍密，由長石、石英等組成。該層主要分布在圓礫層上部。該層厚度3.00-12.10m。第④層：礫巖，紅褐色，礫粒結構，塊狀構造，多為硅質、泥質膠結。該層埋深約13.0m，其中上部為強風化層，因風化強烈，多呈土狀及碎塊狀，厚度在0.40-2.00m。中風化層巖石較完整，巖芯多呈長柱狀。

表1

2.2 水文條件

擬建場區位于武烈河Ⅰ級階地。含水層主要為第③層圓礫，透水性好，富水性強。地下水類型屬于松散堆積孔隙潛水，穩定水位埋深在2.30-6.40m，相應標高在319.72-324.16m。受橡膠壩的影響，水位年變幅2.00-4.00m。該場區含水層平均滲透系數K＝50-100m/d，單井涌水量178m3/h。

根據地質和水文條件得知，擬建場地水文地質條件較為復雜，場地地下水屬松散堆積孔隙潛水，主要補給源為大氣降水，地下水受季節性和膠壩的影響較大。場內地下水位在2.3-6.4m之間，水位很高，其含水層主要為第3層圓礫層，第2、4層為弱透水層，其滲透系數為50-100m/d。因圓礫層中滲透系數較大，疏干難度較大，故采用灌注樁加高壓旋噴樁做止水帷幕的施工方法。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝

(1)灌注樁：樁徑0.8m和1.0m，單樁承載力設計值1600KN，樁端嵌入中風化巖層深度4.5m，混凝土強度等級為C25，設計樁長14m，樁總數649根，其中0.8米樁609根，1.0米樁40根。(2)旋噴樁：采用雙重管旋噴工藝，旋噴樁有效直徑不小于800mm，樁端嵌入中風化巖層深度不小于3.0m。

3.2 施工順序

結合本工程實際情況，先進行灌注樁施工，在灌注樁強度達到50%后進行旋噴樁施工，旋噴樁將地下水上部截流且樁體強度達到50%后進行基坑抽排水工作。

施工工藝流程詳見圖1

圖1

3.3 施工要點

3.3.1 樁孔測量定位。(1)依據規劃紅線圖，總平面圖及樁位布置圖等資料，測量放出控制點軸線，請業主及監理復測驗收。(2)在不受施工影響的地方設置若干個永久性控制點及方向線，根據總平面布置圖及樁位布置圖建立測量控制網。(3)用經緯儀及水準儀測量定位，并經二次檢測確認無誤后方可確定旋噴孔位，并在孔位之上做上明顯和穩定的標記。

3.3.2 鉆孔施工

鉆進成孔：先采用工程鉆機引孔。鉆孔直徑和深度：鉆孔時，其引孔口徑為Φ110mm～Φ130mm，終孔直徑不小于Φ91mm。終孔深度為設計要求深度以下500mm。引孔鉆進時，原則上采用清水鉆進，若出現垮孔，采用優質膨潤土作為制漿用主要材料，新制泥漿配合比擬為：水750L，粘土 650kg，碳酸鈉 6～8kg，如采用雙重管引孔旋噴一體機，則引孔由旋噴臺車自身完成。施工時，分別建立泥漿系統與高噴水泥漿系統，防止串漿、混漿。

3.3.3 水泥漿液制備

(1)漿液和水泥材料：高噴灌漿采用32.5普通硅酸鹽水泥或復合水泥，漿液水灰比為1∶1～1.5∶1，水泥摻量為18%，采用高速攪拌機攪拌，純拌合時間不少于1 min，且應連續制漿。(2)漿液攪拌及漿液質量控制：選用ZJ-400型高速攪拌機，進行漿液攪拌，由送漿工對漿液濃度、密度、溫度和時間等進行檢測和記錄，據此控制漿液質量。

3.3.4 高壓旋噴灌漿施工

(1)地面試噴：鉆孔驗收、高噴臺車就位并對準孔口后，為了直觀檢查高壓系統的完好性以及是否能夠滿足使用要求，首先應進行地面試噴。(2)開噴：噴管先至指定深度后，拌制水泥漿液，即可供漿、供風、供水開噴。待各壓力參數和流量參數均達到要求，且孔口已返出漿液時，即可按既定的提升速度進行噴射灌漿。(3)高壓旋噴灌漿保持全孔連續一次作業，作業中因拆卸噴射管而停頓后，重復高噴灌漿長度不小于0.3m。(4)在高壓旋噴灌漿過程中，出現壓力突降或驟增、孔口回漿濃度和回漿量異常，甚至不返漿等情況時，查明原因后及時處理。(5)當孔內出現嚴重漏漿，擬采取以下措施進行處理：A.降低噴射管提升速度或停止提升；B.降低噴水壓力、流量進行原地灌漿；C.噴射水流中摻加速凝劑；D.加大漿液密度或灌漿水泥砂漿、水泥粘土漿；E.向孔內沖填砂、土等堵漏材料。(6)在高噴灌漿過程中，水泥用量根據現場土層情況確定，保證180～250kg/m（180度擺噴）。(7)供漿正常情況下，孔口回漿密度變小、不能滿足設計要求時，擬采取加大進漿密度或進漿量的措施予以處理。(8)裝、卸噴射管時，采取措施密封、加快裝卸動作以防止噴嘴堵塞。(9)高噴灌漿結束后，充分利用孔口回漿或水泥漿液對已完成孔進行及時回灌，直至漿液面不下降為止。(10)施工中如實記錄高壓旋噴灌漿的各項參數、漿液材料用量、異常情況及處理等。

4 施工中的注意事項

在旋噴樁施工區最外圍的一排樁采用1,5,9…，間隔跳打的方法進行施工，內部采用不跳樁按次序施工。鉆機或旋噴機就位時機座要平穩，立軸或轉盤要與孔位對正，傾角與設計誤差一般不得大于0.5°。噴射注漿前要檢查高壓設備和管路系統。設備的壓力和排量必須滿足設計要求，管路系統的密封圈必須良好，各通道和噴嘴內不得有雜物。噴射注漿作業后，由于漿液析水作用，一般均有不同程度收縮，使固結體頂部出現凹穴，所以應及時用水灰比為0.6的水泥漿進行補灌，并要預防其它鉆孔排出的泥上或雜物進入。為了加大固結體尺寸，或對深層硬上，為了避免固結體尺寸減小，可以采用提高噴射壓力、泵量或降低回轉與提升速度等措施，也可以采用復噴工藝：第一次噴射(初噴)時，不注水泥漿液，初噴完畢后，將注漿管邊送水邊下降至初噴開始的孔深，再抽送水泥漿，自下而上進行第一次噴射(復噴)。在噴射注漿過程中，應觀察冒漿的情況，以及時了解土層情況，噴射注漿的大致效果和噴射參數是否合理。采用單管或一重管噴射注漿時，冒漿量小于注漿量20%為正常現象，超過20%或完全不冒漿時，應查明原因并采取相應的措施。若系地層中有較大空隙引起的不冒漿，可在漿液中摻加適量速凝劑或增大注漿量，如冒漿過大，可減少注漿量或加快提升和回轉速度，也可縮小噴嘴直徑，提高噴射壓力。對冒漿應妥善處理，及時清除沉淀的泥渣。在砂層中用單管或二重管注漿旋噴時，可以利用冒漿進行補灌已施工過的樁孔。但在粘土層、淤泥層旋噴時，因冒漿中摻入粘上或清水，故不宜利用冒漿回灌在軟弱地層旋噴時，固結體強度低。可以在旋噴后用砂漿泵注入M15砂漿來提高固結體的強度。在濕陷性地層進行高壓噴射注漿成孔時，如用清水或普通泥漿作沖洗液，會加劇沉降，此時宜用空氣洗孔。在砂層尤其是干砂層中旋噴時，噴頭的外徑不宜大于注漿管，否則易夾鉆。在開鉆前根據管線圖摸清管線位置及走向，遇有不明管線應及時向上級匯報。

5 高壓旋噴樁加灌注樁做止水帷幕在施工中的優點

結合本工程實際，在灌注樁和高壓旋噴樁的施工過程中，對土體的擾動小，有效的將基坑外圍水截止，保證了土方開挖施工的進度。在高壓旋噴樁和灌注樁的成樁過程中以及基坑的開挖施工過程中，對整個基坑進行了全面、系統的沉降觀測。據沉降觀測資料匯總顯示，基坑位移一般為1-4mm，累計最大位移18.8mm；沉降一般為0-±2mm，累計最大沉降為-27mm；表明基坑周圍各建筑物沒有受到基坑施工的影響。由此可見，高壓旋噴樁加灌注樁做止水帷幕保證了工程進度和工程質量。

6 效益分析

6.1 經濟效益

可最大限度地展開施工作業面，提高工程質量，加快工程進度。節省人工，保證了安全生產、文明施工，并根據工程需要，可同時開展多個鉆機進行施工提高了基坑止水和降水質量及保證了基坑開挖的進度。高壓旋噴樁加灌注樁成樁施工操作簡單，采用了鉆機成孔和泥漿護壁可以有效的保證施工過程中的安全。

6.2 社會效益

采用該項高壓旋噴樁加灌注樁做止水帷幕技術，進行深基坑工程施工，可以大大提高止水效果。成孔和注漿過程采用鉆機和高壓發生設備，自動化程度高、操作人員少勞動強度低：確保施工安全、實現文明施工。采用該項技術對土體擾動小，確保了周圍建筑物不會產生過大沉降，創造了良好的社會效益。

[1]趙明華.土力學與基礎工程.武漢：武漢理工大學出版社，2003.

[2]閻明禮.地基處理技術.北京：中國環境科學出版社，1996.