多層不穩定流砂地層高壓旋噴樁帷幕樁基成孔

晏雄成 劉 濤

(中鐵六局，北京 100036)

1 工程概述

昆明樞紐擴能改造工程昆陽特大橋橋梁全長1 007.64 m，為單線電氣化鐵路特大橋，橋梁結構形式為12×32 m+1×16 m+異型框架+1×16 m+異型框架+1×24 m+9×32 m，上部結構為簡支梁、框架組合橋跨橋梁。全橋共27個墩臺，7 696延米/162根鉆孔樁，橋梁樁基直徑均為1 m，樁長在39 m～59 m之間。橋址區屬滇池湖濱盆地地貌，沖積和湖相沉積相結合地質條件，樁位處地層地質主要為淤泥質土、泥炭、粉土、粉細砂、礫砂、細圓礫土，不良地質為砂土及粉細砂液化層，砂土液化層，呈斷續分布，且分布較長，并存在承壓水和沼氣。其中4 456 m/89根樁基穿越流砂層地層，流砂層最深處位于樁頂以下45 m處，最大厚度達12 m，層數為2層～4層，地下承壓水的壓差大于2 m水頭。現場采用旋挖鉆、循環鉆、沖擊鉆等成孔方法，經過增加泥漿比重、加高護筒高度、充填黃土及片石沖擊加固等技術措施多次試樁，仍然不能成孔。

2 施工方案比選

根據施工工程中出現的異常情況、現場采集的碴樣以及地質補勘資料，并邀請相關專家進行原因分析，認為造成樁基不能成孔的原因主要是多層較厚極不穩定流砂層、承壓水以及沼氣的綜合作用，造成鉆孔孔壁坍塌，致使常規措施情況下樁基不能成孔。為此，現場制定了如下兩種方案進行比選:

1)全護筒跟進:采用直徑1.3 m、材質Q235的厚壁鋼護筒，邊鉆進邊用大型振動沉拔樁機跟進護筒，直至基樁設計樁底標高。鉆孔采用旋轉鉆機鉆進，見圖1。

2)高壓旋噴樁帷幕:沿每根樁基外側環向施工直徑60 cm高壓旋噴樁，對地基進行加固止水，形成環形穩定結構，待旋噴樁樁體達到強度后，采用循環鉆機鉆進成孔，見圖2。

通過對以上兩種方案在施工難易程度、施工進度、施工風險等方面進行對比分析(見表1)，并經相關專家討論，最終確定采用高壓旋噴樁帷幕的施工方法，沿每根樁基外側環向施工直徑60 cm高壓旋噴樁，對樁周地基進行加固止水，形成環形穩定結構，待旋噴樁樁體達到強度后，采用循環鉆機鉆進成孔。

表1 施工方案對比表

3 高壓旋噴樁帷幕設計

根據樁位處勘探資料，準確確定流砂層深度及厚度;沿樁基外側環向施工高壓旋噴樁，旋噴樁直徑60 cm，樁間環向距離40 cm，樁間咬合尺寸為20 cm，旋噴樁距孔樁中心距離為1 m，距孔樁邊緣20 cm，每根樁基外側環向施工旋噴樁共計16根。高壓旋噴樁采用地質鉆機，鉆桿采用旋噴注漿管，采用空鉆射水形式進行鉆進，鉆進深度至樁基成孔范圍最底層流砂層以下2.5 m，為節約成本并確保帷幕效果，提升注漿只在流砂層段進行噴射注漿，其余地層進行選鉆提升，流砂層地層注漿超出流砂層與其他地層分界線 2.5 m。

4 高壓旋噴樁帷幕施工

4.1 施工工藝流程

工藝流程見圖3。

4.2 施工準備

1)確定流砂層厚度及深度。根據樁位處地質勘探資料，認真核對每個墩臺樁位處流砂層深度及厚度，根據設計樁位及流砂層位置確定旋噴樁旋轉噴漿范圍，并作出立面展示圖放置于現場，便于現場施工。2)高壓旋噴樁實驗參數。在樁位處采用地質鉆機進行鉆孔取樣，按設計要求進行室內配合比試驗，確定漿液最佳配比，試驗選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。3)旋噴樁施工參數。選取流砂層厚度最大、深度最深、層數最多的位置分別按照不同的試驗參數進行試樁施工，每處試樁2根，試樁施工完畢28 d后，根據現場試樁鉆芯取樣對樁體成樁質量以及無側限抗壓強度進行檢測確定旋噴樁配合比及施工參數。流砂層地段高壓旋噴樁水灰比為0.75∶1，注漿量240 L/m;旋噴樁施工參數為:鉆進速度3 m/min～5 m/min(根據鉆進深度進行調整)，轉速120 r/min，鉆進時射水壓力為10 MPa;提升速度20 cm/min～25 cm/min，旋轉速度20 r/min，提升噴漿壓力25 MPa～30 MPa，漿液流量50 L/min～60 L/min，旋噴注漿段超出流砂層2.5 m。4)原地面處理及測量放樣。按要求進行場地平整，清除墩臺地表障礙物，設置臨時排水溝，確保設備的穩定及排水順暢;根據各墩設計樁位，布置基線控制網，準確放出樁位，并根據樁位確定旋噴樁位置。

4.3 鉆機就位

移動旋噴鉆機到指定樁位，將鉆頭對準孔位中心，同時整平鉆機，放置平穩、水平，要求鉆桿的垂直度偏差不大于1.5%，就位后首先進行低壓(0.5MPa)射水試驗，用以檢查輸漿管以及噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

4.4 制備水泥漿

鉆機就位同時，即開始按照設計配合比拌制水泥漿。首先將水加入攪拌桶中，再加入水泥和外加劑，開動攪拌機攪拌10 min～20 min，打開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網(孔徑為0.8 mm)，過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進第二道過濾網(孔徑為0.8 mm)，經第二道過濾后流入漿液桶中，將漿液桶中的攪拌機開啟，以防止沉淀造成漿液比重不足，并隨時在漿液桶中取樣檢查水泥漿液的比重。

4.5 鉆孔至設計深度

由于流砂層的流動性，為防止塌孔并減少第二次插管工序，鉆孔鉆桿采用旋噴注漿管。首先啟動鉆機，同時開啟高壓泥漿泵低壓送水，使鉆桿沿導向架振動、射流成孔下沉，一邊鉆進一邊安裝鉆桿，直到設計位置。當樁基底部位于流砂層地層中時，旋噴樁鉆進深度低于設計樁底深度2.5 m;當樁基底部位于其他地層時，旋噴樁鉆進深度低于樁基施工范圍最底層流砂層2.5 m，根據原地面標高以及鉆桿長度確定鉆孔深度是否達到設計要求。

4.6 噴射注漿

當鉆孔至設計深度后，停止鉆進，旋噴不停，同時將高壓泥漿泵壓力增至施工設計值(25 MPa～30 MPa之間)，在每層流砂層底部噴水泥漿30 s后旋轉提升噴水泥漿，非流砂層段只進行旋轉提升，技術人員現場記錄檢查注漿的流量、壓力、提升速度、旋轉速度等相關參數。流砂層地層噴射注漿見圖4。

4.7 鉆機移位

完成注漿后，立即用清水沖洗管路和噴嘴，防止漿液凝固堵塞，移動樁機進行下一根樁施工。

5 正循環鉆鉆進成孔

當墩臺下所有樁基周圍高壓旋噴樁帷幕全部施工完畢28 d后，方可進行該墩臺樁基鉆孔施工，鉆孔采用正循環鉆進行鉆進。護壁泥漿選用膨潤土、純堿進行配置，調制的泥漿性能須符合規范要求，泥漿比重控制在1.1～1.2之間。鉆機開鉆時首先啟動泥漿泵和轉盤，待泥漿進入鉆孔一定數量后方可鉆進，開鉆時宜采用低擋慢速鉆進，鉆至護筒以下1 m后再以正常速度鉆進，鉆進過程中及時濾碴，同時注意地層的變化，每鉆進2 m撈取碴樣，并計入記錄表中，與設計地質情況進行對照。

6 安全質量保證措施

1)高壓旋噴樁鉆機鉆進過程中，司鉆人員根據鉆機鉆進情況與設計地質進行對比，流砂層段鉆進較快。2)旋轉噴漿時，由司鉆人員根據水泥漿液用量在施工參數范圍內適當調整提升速度及注漿壓力，壓力低于設計值或壓力劇增均應進行停機檢查，查明原因，調整正常后方可繼續施工。3)為防止在旋轉噴漿提升拆卸鉆桿時斷樁，必須保持旋噴接樁長度大于30 cm。4)施工過程中嚴格控制注漿水灰比，并采用比重計抽查水泥漿比重。注漿過程中加強對注漿量的控制，確保旋噴樁成樁質量。5)樁周高壓旋噴樁按照順時針或逆時針順序進行逐根施工，并將樁周高壓旋噴樁一次性施工完畢，旋噴樁注漿范圍伸出流砂層段與其他地層分界線2.5 m以上。6)加強對施工人員的安全教育培訓，提高安全意識;特種作業人員必須持證上崗;現場施工人員必須按照要求佩戴安全防護用品。7)鉆機、鉆具、起吊設備、卡具等均應符合施工要求，并安排專人進行檢查維修。

7 結語

高壓旋噴樁在深基坑開挖防護、帷幕止水以及地基加固處理等施工過程中被廣泛使用。昆明樞紐擴能改造工程昆陽特大橋多層流砂層高壓旋噴樁帷幕樁基成孔施工中，克服了鉆孔、注漿困難的情況，解決了流砂層地層樁基難以成孔的施工難題，為工程節約了成本，保證了橋梁施工的順利進行，取得了理想效果。使我們對高壓旋噴樁帷幕施工有了更深入的認識。

［1］朱美花.高壓旋噴樁在止水帷幕中的應用［J］.太原理工大學學報，1999(6):25-28.

［2］單聯德，朱思遠，宋海寧.臨海復雜地質條件高壓旋噴樁止水帷幕應用［J］.山西建筑，2007，33(18):90-92.

［3］TZ 203-2008，客貨共線鐵路橋涵工程施工技術指南［S］.