淺談雙重管高壓旋噴樁內插鋼管法在深基坑圍護結構施工中的應用

王啟輝

【摘要】通過雙重管高壓旋噴樁內插鋼管圍護結構施工的工程實例，介紹了雙重管高壓旋噴樁施工方法、機械設備選型、施工工藝、施工技術參數的確定及施工質量控制等方法，驗證了雙重管高壓旋噴樁內插鋼管法在深基坑圍護結構施工中的良好效果。

【關鍵詞】雙重管；高壓旋噴樁；內插鋼管；深基坑；圍護結構；施工

引言：隨著城市建設的發展，地鐵施工已成為其中的重要板塊，在城市建構筑物、地下管線高度密集、交通干道繁忙的前提下，對于城市地鐵的施工要求越來越高。在常用的地鐵深基坑圍護結構施工方法中，地下連續墻、灌注樁、鋼板樁等施工方法采用的大型施工機械設備對施工場地的平面和空間有較高的要求；一但地鐵深基坑受到城市建構筑物平面和空間限制時，大型施工機械設備就發揮不出其優勢，而采用雙重管高壓旋噴樁內插鋼管的施工方法既靈活，又能保證基坑施工的安全和質量。本文介紹了高壓旋噴樁內插鋼管圍護結構在廣州市軌道交通三號線天河客運站Ⅲ號通道深基坑中的應用，作為受場地條件及建（構）物凈空限制，且地質復雜的深基坑工程，為以后本地區類似工程的施工提供了一些參考經驗。

1、工程簡介

1.1工程概況

廣州市軌道交通三號線天河客運站Ⅲ號通道位于三號線天河客運站中部東側，下穿華南路E匝道橋，橫穿廣汕公路，伸至廣汕公路與長興路路口停車場。地面為主要交通干道，交通十分繁忙，車流量極大。三號線天河客運站Ⅲ號通道總長度117.9m，為地下一層框架結構，采用明挖順作法施工。其中，Ⅲ號通道下穿華南快速路E匝道橋橋下部分長4.6m，橋下凈空在1.98～2.34m之間，基坑邊距E匝道橋0#橋臺錐坡底3.65m，距1#橋墩7.6m，墩、臺基礎均為鉆孔灌注樁。通道結構頂板埋深約3.7m，結構寬6米，高4.9m，結構厚度為0.5m，橋下基坑平面布置圖如下：

Ⅲ號通道平面示意圖

1.2工程地質

本工程結構頂板位于<4-1>沖積-洪積土層，底板位于<5H-1>花崗巖殘積土層，其余部分（側墻）位于<3-2>沖積、洪積砂層。花崗巖殘積土為砂質粘性土及礫質粘性土，土質的均勻性較差，砂層密實度較差，富水性較強，穩定性差，尤其在地下水作用下極易坍落，具體地質情況及地層物理力學參數如下：

Ⅲ號通道地質剖面圖

地層物理力學參數表

巖土名稱 巖土分層 天然密度 天然含水量 孔隙比 剪切試驗 滲透系數

天然快剪 固結快剪

粘聚力 內摩擦角 粘聚力 內摩擦角

ρ w e c φ c φ k

（g/cm3） （%） （kpa） （°） （kpa） （°） （m/d）

人工填土層 <1> 1.890 —— —— —— —— —— —— 0.500

沖積～洪積砂層 <3-2> 1.900 —— —— —— 30.000 —— —— 10.000

沖積～洪積土層 <4-1> 1.930 25.700 0.762 21.200 19.900 25.800 22.700 0.020

河湖相沉積土層 <4-2> 1.730 50.400 1.352 7.100 6.000 8.200 6.500 0.005

可塑狀花崗巖殘積土層 <5-1> 1.840 27.100 0.853 20.500 23.500 27.000 25.000 1.500

硬塑～堅硬花崗巖殘積土層 <5-2> 1.870 24.400 0.800 26.400 25.600 29.000 27.500 1.500

1.3水文地質

本工程地下水水位埋藏變化較大，初見水位埋深為1.1～3.1m，標高為20.44～22.84m。穩定水位埋深1.2～3.1m，標高為20.77～22.54m。地下水位的變化與地下水的賦存、補給及排泄關系密切，每年5～10月大氣降雨充沛，水位會明顯上升，而在冬季因降水減少，地下水位隨之下降。

2、施工方法的確定

天河客運站Ⅲ號通道下穿華南快速路E匝道橋下凈空在1.98～2.34m之間，基坑邊距E匝道橋0#橋臺錐坡底3.65m，距1#橋墩7.6m，場地內地下管線較為復雜，若采用地下連續墻、灌注樁及鋼板樁等常規施工方法，成槽機、沖擊鉆機、旋挖鉆機及打樁機等施工設備因受場地小和華南快速路E匝道橋下凈空不足而無法展開施工。又由于本工程工期較緊，經過與業主、設計等相關單位協商溝通，結合以往的施工經驗，經計算分析，采用雙重管高壓旋噴樁內插鋼管法施工是可行的，具體的施工方法為：E匝道橋外基坑圍護結構采用φ800鉆孔灌注樁加混凝土支撐組合形式的方法進行施工，E匝道橋下基坑圍護采用4排φ800雙重管高壓旋噴樁內插φ89（t=4.5mm）鋼管圍護加Ⅰ45a工字鋼支撐組合形式的方法進行施工。為保證旋噴機有工作空間，在基坑圍護結構施工前，先將下穿橋下通道范圍內的地面向下降2m，采用土釘錨固邊坡，再進行圍護結構施工。

3、機械設備選型

由于天河客運站Ⅲ號通道下穿華南快速路E匝道橋橋下通道圍護結構采用雙重管高壓旋噴樁內插鋼管的施工方法，在地面標高降低2m后，結合在廣州地鐵以往的施工經驗和設備情況調查，本工程采用的施工設備情況如下表：

主要施工設備表

序號 設備名稱 規格型號 單位 備注

1 地質鉆機 GY-1A 1臺

2 旋噴鉆機 GX-1 1臺

3 旋噴高壓泵 XPB-90D 1臺

4 高壓清水泵 3XB 1臺

5 水泥漿攪拌器 ― 1臺

6 高壓膠管 JB.B 35m

7 空壓機 W-3.5/5-J型 1臺

4、施工工藝

雙重管高壓旋噴樁是利用鉆機將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設計高程，將預先配制好的漿液通過注漿輸送管與空壓機風管輸出的壓縮空氣在噴嘴處混合，從噴嘴中高速噴射出來，直接破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉邊提升，使漿液與土體充分攪拌混合，在土中形成一定直徑的柱狀固結體，從而使地基達到加固。

4.1 施工工藝流程

（1）雙重管高壓旋噴樁施工工藝流程：施工準備→測量定位→鉆機就位→鉆孔、插管（制備水泥漿）→噴射注漿→成樁→樁機移位。

（2）無縫鋼管施工工藝流程：鉆孔定位→鉆機就位→鉆孔及跟管→清孔→注漿→二次注漿→養護。

4.2施工控制要點

（1）測量定位：根據施工平面布置圖，采用全站儀測出雙重管高壓旋噴樁及無縫鋼管鉆孔中心位置和標高。

（2）鉆機就位：將鉆機安置在現場精確測設的孔位上，使鉆頭對準孔位中心。鉆機安裝定位應準確、水平、穩固。鉆機就位后作水平校正，使其鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心位置，鉆桿垂直度應<1%。就位后，進行低壓（0.5Mpa）射水試驗，檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

（3）鉆孔、插管：采用雙重管旋噴樁注漿管進行鉆孔作業時，鉆孔和插管兩道工序可以合二為一。開鉆前，根據設計樁長選用鉆桿，并逐一丈量鉆桿，計算鉆具總長，鉆具總長減去設計樁長即為機上余尺，利用機上余尺控制成孔深度，確保達到設計要求，鉆孔位置與設計孔位偏差不得大于50mm。樁機移位時，即開始按試驗最終確定的水灰比制備水泥漿。

（4）噴射注漿：注漿過程應嚴格執行試驗最終確定的施工技術參數，控制好注漿壓力和提升速度，并做好施工記錄。

（5）樁機移位：施工完成后，應沖洗干凈注漿管等機具設備，再將鉆機等設機具備移至新孔位。

（6）雙重管高壓旋噴樁的強度達到設計后，采用地質鉆機在每根高壓旋噴樁中心取芯成孔，終孔、清孔合格后下φ89的無縫鋼管，采取試驗確定的水灰比進行鋼管內注漿。

5、樁位布置與施工技術參數的確定

（1）樁位布置

天河客運站Ⅲ通道底板位于<5H-1>花崗巖殘積土層中，為砂質粘性土及礫石粘性土，土質的均勻性較差，砂層密實度較差，富水性較強，穩定性差，尤其在地下水作用下極易坍落，為滿足基坑開挖變形控制要求，結合以往的施工經驗，下穿華南快速路E匝道橋下段通道基坑圍護結結構樁位布置為：基坑底采用φ500mm單重管旋噴樁加固，基坑圍護結構采用4排φ800mm雙重管高壓旋噴樁內插φ89（t=4.5mm）鋼管圍護，具體的樁位平面布置如下：

基坑圍護結構樁位平面示意圖

（2）施工技術參數的確定

根據規范，結合在廣州市軌道交通線的施工經驗，為防止地下水上浮和基底隆起，可利用雙重管高壓旋噴樁施做圍護結構和單重管旋噴樁加固基底是有效、可靠的方法。若要確定合理、經濟的施工參數，在雙重管高壓旋噴樁施工前，先在施工場地外施做3組試驗樁，以確定最佳的施工技術參數，經試樁，工藝參數結果如下表：

試驗樁施工技術參數對照表

樁號 設計樁徑 注漿壓力 提升速度 旋轉轉速 水泥漿液水灰比 水泥用量 注漿流量 空氣流量

mm Mpa mm/min r/min kg/m L/min m3/min

試驗樁1 800 24 180 12 1.1 350 50 1.2

試驗樁2 800 26 150 15 1.2 450 60 1.5

試驗樁3 800 28 120 18 1.2 500 70 1.8

對3組試驗樁采取淺層開挖檢查和靜載荷試驗相結合的方法進行檢測。試驗結果說明，復合地基承載力特征值fak≥150Kpa，雙重管高壓旋噴樁28天無側限抗壓強度qu>3Mpa，均滿足設計和規范要求。最終確定的施工技術參數如下：

注漿壓力26Mpa，提升速度150mm，旋轉轉速15r/min，水泥漿液水灰比1.2；

水泥用量450kg/m，注漿流量60L/min，空氣流量1.5m3/min，水泥P.O.42.5級。

6、施工質量控制

（1）旋噴樁、無縫鋼管等施工材料進場前應進行檢驗，合格后方可使用。

（2）測量定位準確，鉆桿垂直，搭接合規，樁心偏差控制在50mm以內，垂直度偏差小于192mm。

（3）根據試驗施工技術參數施工，嚴控施工流程，確保旋噴樁的質量。特別是在注漿提升過程中應保持鉆桿的旋轉和提升連續不斷，拆卸鉆桿繼續旋噴時，其搭接長度不小于100mm。

（4）對旋噴樁進行荷載試驗，現場取樣，確定單樁承載力，檢驗單軸抗壓強度。

（5）無縫鋼管兩端應加工15cm長的絲扣，在鋼管上每隔10cm加工φ10mm的泄漿孔，成梅花型布置。受現場條件影響，每根無縫鋼管長度分別為3m和4.5m，為了使相鄰兩樁在同一垂直面上的接頭不超過總管數的50%，3.5m和4.5m管要錯開布置。

（6）無縫鋼管安裝應嚴格按工程工藝流程進行，安裝質量應滿足設計和規范要求。

（7）注漿前先沖洗無縫鋼管內雜物，再將注漿管插入孔底，采用水灰比1.2水泥漿由下往上順序注漿，直至水泥漿從無縫鋼管頂口流出濃漿為止。

7、施工效果

為確定雙重管高壓旋噴樁復合地基圍護結構的加固效果，選取了3組芯樣（直徑4cm，高度8cm）采用應變式無側限壓縮儀試驗。經試驗，雙重管高壓旋噴樁內插鋼管圍護結構的無側限抗壓強度最小值為4.07Mpa，大于設計值3Mpa，滿足設計要求。基坑開挖后，圍護結構墻體無滲漏水，第三方監測單位監測數據顯示：基坑四周地面累計沉降量為2.2mm，華南快速路E匝道橋墩臺累計沉降量為2.8mm，橋下明挖段基坑圍護結構側向變形值為-17.8mm，均小于報警值 24mm和控制值30mm，說明基坑安全、穩定。

8、結語

①通過對廣州市軌道交通三號線天河客運站Ⅲ號通道采用雙重管高壓旋噴樁內插φ89（t=4.5mm）鋼管圍護結構加固的工程實例，表明地鐵深基坑在受場地平面及城市建（構）筑物凈空限制，無法采用剛度、強度較大的圍護結構措施情形下，采用雙重管高壓旋噴樁內插鋼管圍護結構在地鐵深基坑施工中是可行的，其圍護結構具有較好的安全性、穩定性和止水性。②該工程實例也表明在地下含水量豐富的砂層、沖-洪積土層、河湖相沉積土層、殘積土層以及風化巖層的城市深基坑施工中，采用雙重管高壓旋噴樁加固地基是一種較好的方法，并且加固效果明顯，質量良好。③保證高壓旋噴樁加固地基的關鍵是根據工藝性試驗選取合理的設備和施工技術參數。④本文為城市深基坑在受場地面積及建（構）筑物凈空限制時，不能采用常規施工方法，而采用雙重管高壓旋噴樁內插鋼管圍護的類似工程提供了一些經驗參考。

參考文獻：

[1]建筑地基處理技術規范（JGJ79-2012）[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2]龔曉南.地基處理手冊（第三版].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]建筑基坑支護技術規程，北京，中國建筑工業出版社，2012.