高壓旋噴加灌注樁在卵礫石地層基坑支護工程中的應用

胡勝華，譚 靖，劉寶斌

（1.湖北鄂西地質基礎工程有限公司，湖北宜昌443100；2.武漢地質調查中心，湖北武漢430205）

高壓旋噴加灌注樁在卵礫石地層基坑支護工程中的應用

胡勝華*1，譚 靖2，劉寶斌1

（1.湖北鄂西地質基礎工程有限公司，湖北宜昌443100；2.武漢地質調查中心，湖北武漢430205）

結合宜昌當陽東城明珠小區基坑支護工程實踐，敘述了高壓旋噴加灌注樁技術，在卵礫石地層基坑支護工程中形成防滲帷幕的應用，闡明了高壓旋噴樁的加固成樁機理、工藝流程、技術參數、主要工序的施工質量控制方法、效果分析以及高壓旋噴樁的優點和應用前景等。

高壓旋噴；灌注樁；基坑支護；防滲帷幕；加固機理；施工技術

1 工程概況

湖北當陽市東城小區基坑支護工程為一層地下室基坑（主樓高17層），建筑物設計室內±0.00相當于黃海高程63.10m，基坑面積約13869.5m2，設計坑底標高57.60m，坑頂高程約60.7～62.0m，坑深3.1～4.9m，基坑工程重要性等級為二級。本基坑支護防滲帷幕采用高壓旋噴加灌注樁（6～7層既有建筑物附近）輔以土釘錨噴護坡（面），由湖北鄂西地質基礎工程有限公司承擔工程施工。

2 地質情況

2.1 工程地質

場區北、東緊臨當陽市主要水源渠道——百里長渠，周圍建筑物密集，多為4～7層，既有建筑物與支護結構最近約5m。確保鄰近既有建筑物安全和基坑止水帷幕的止水效果是重點和難點。場區地勢較平，屬一級階地地貌單元，地層成因類型為：上部第四系覆蓋層為沖、洪積成因，下臥基巖為泥巖，屬海相碎屑沉積成因。該建筑場地內的地基土自上而下為①雜填土、②卵礫石、③泥巖。

（1）雜填土：場區均有分布，雜色，以粘性土、粉土為主，含量70%以上，夾少量碎石、磚渣，堆積時間超過5年，密實度較差。本層厚為1.00～3.50m。

（2）卵礫石：雜色，松散，卵石含量40%，粒徑20～60mm，圓礫含量25%，粒徑5～20mm，主要成分為石英石巖、燧石等，充填粉細砂。本層厚度為6.7～12.0m。

（3）泥巖：灰白色，巖芯呈短柱狀、長柱狀，巖石極軟，巖體較破碎—較完整，RQD65%～80%，巖體基本質量等級Ⅴ級。該層為良好的持力層。

2.2 水文地質

場區地下水賦存于卵礫石層中的孔隙潛水，受大氣環境影響不大，其補給源主要為附近河水，水位與河水同步。根據場地地層的巖土性質，第①層雜填土為弱透水層,第②層卵礫石為強透水層，第③層泥巖為微透水層，屬相對隔水層。

3 高壓旋噴加固成樁機理

高壓旋噴注漿法是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進地層的預定位置后，以高壓設備使漿液或水（空氣）成為20～40MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切、擾動、破壞土體，同時鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒（卵礫石）強制攪拌混合，漿液凝固后，形成一個圓柱狀固結體（即旋噴樁），以達到加固地基或止水防滲的目的[1]。

三管法旋噴是一種水、氣噴射、漿液灌注攪拌混合的方法，即用3層噴射管使高壓水和空氣同時橫向噴射并切割土體，借助空氣上升力把被破碎的部分土體排出地表，與此同時，噴漿嘴將低壓水泥漿噴射注入到被切割、攪拌的地基中，隨著鉆桿（噴嘴）作旋轉和提升運動，使水泥漿與土體（卵礫石）混合、凝固，達到加固目的，形成較大的固結體，加固直徑可達800～2000mm。噴射注漿法的加固半徑和很多因素有關，其中包括噴射壓力、提升速度、被加固土體的抗剪強度、噴嘴直徑和漿液稠度等[2]。高壓噴射流在切割破碎土體過程中，在邊緣的剩余壓力對土層還有一定的壓密效果，固結體相互咬合，樁端進入基巖，形成止水帷幕。

4 支護工程設計

（1）采用旋噴套接的封閉式高噴墻作為基坑支護止水帷幕。高壓旋噴樁設計直徑800mm，底部進入泥巖1.0m，相鄰兩樁中心間距700mm，相互咬合100mm，采用三管法施工，需先用工程地質鉆機施打110～130mm的先導孔。在G—H段采用3排高壓旋噴樁加固，即坑內側一排進入基巖，相鄰兩排樁深5m，形成寬度2m的加固區，在D—E段（4層既有建筑物附近），采用2排進入泥巖的高壓旋噴樁加固，兩排樁相互咬合100mm。

（2）灌注樁布置在既有建筑物附近B—C段，樁直徑600mm，底部進入泥巖1.0m，相鄰兩樁中心間距1200mm，樁外側用高壓旋噴樁止水。支護結構與既有建筑物之間采用花管注漿，注漿花管用?48mm鋼管制作，長5m，間距1000mm，注入M20水泥砂漿。灌注樁頂用冠梁連接，冠梁寬700mm，高600mm，C30混凝土，其頂面高程比自然地面稍低。

（3）樁前余土頂部平齊既有建筑物基礎，頂寬3m，坡比1∶1，采用土釘掛網噴砂漿護坡（面）。土釘花管外徑?48mm，長1.0m，間距1000mm×1000mm，布設眼孔，打（振）入坡面，注M20水泥砂漿，坡面掛16#鐵絲網，網孔尺寸100mm×100mm，噴射M20水泥砂漿，厚度50mm。噴射砂漿護面層預留泄水孔，?50mmPVC泄水管，長300mm，間距1500mm×1500mm，梅花布置。

（4）在坡頂四周設置截水溝，坑底四周設置排水盲溝和集水井，用潛水泵將坑底的水排出坑外。

5 主要施工工藝及控制措施

5.1 高壓旋噴施工工藝

（1）高壓旋噴施工工藝流程如下：準備工作—引孔鉆機就位—鉆進成孔—制漿—過濾—插管—試噴—加壓噴射、成樁—廢漿處理—拔管、設備清洗—移位。

（2）高壓旋噴施工要點：

①主要設備選擇如表1所示。

表1 主要設備選擇表

②按規劃紅線和建筑物設計軸線、基坑支護設計圖等測放支護結構軸線、鉆孔位置，用工程地質鉆機施工引孔，引孔直徑?110mm～?130mm，深度以進入持力層（泥巖）1.0m控制。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的主要材料，施工時，分別建立鉆進泥漿系統與高壓旋噴水泥漿系統，防止串漿、混漿。

③水泥漿液制備：選用32.5的復合硅酸鹽水泥，漿液水灰比（1∶1）～（1∶1.5），攪拌水泥漿時，先往攪拌桶中加水，然后加水泥，每次攪拌時間不少于2min，攪拌好的水泥漿過濾后放入集料箱中，集料箱要有低速攪拌機不斷攪拌，保持水泥漿液良好的可噴性。

④試噴：下噴射管前，要在地面進行試噴，檢查高壓設備和管道系統以及各項技術參數，設備的壓力和排量必須滿足設計要求。各部位密封圈必須良好，各管道和噴嘴內不得有雜物，并做高壓水射水試驗。在下放旋噴管時，為防止噴嘴堵塞，可邊下放噴漿管邊噴射低壓水，直到孔底。

⑤高壓旋噴漿液作業：將注漿管下放到設計深度后，啟動高壓水射流泵、注漿泵和空壓機，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，且孔口已返出水泥漿時，在孔底停漿約0.5min，即可按設計要求的速度徐徐提升鉆桿，進行高壓旋噴作業。借噴射旋轉提升的協調作用，將水泥漿和原土中的粗顆粒、砂礫石等物質旋轉成一體，固結后成樁。注漿管分段提升時的搭接長度不得小于100mm。在噴射漿液過程中，施工人員必須認真檢查記錄水泥漿的水灰比和流量、高壓泵壓力、鉆桿提升速度和回轉速度等施工參數，出現壓力突降或聚增、孔口回漿量和回漿濃度異常、甚至不返漿等情況時，查明原因后及時處理。

⑥噴射結束立即清洗設備、管道、噴嘴等，不得有水泥等殘留物。

（3）高壓旋噴施工參數控制：一般情況下，水壓21～28MPa，氣壓0.7～0.9MPa，漿壓1.3～1.5MPa，罐壓0.4～0.5 MPa，攪拌速度14～23r/min，提升速度0.08～0.15m/min，特殊情況下（漏漿等）提升速度降到0.05m/min，返漿正常后再恢復提升速度。

5.2 灌注排樁施工

選用CZ-5型沖擊鉆機成孔、導管法灌注水下混凝土，嚴格按設計圖紙和規范組織施工，混凝土灌注完7d后才能進行附近的高壓旋噴施工。

5.3 錨釘噴漿護坡施工

（1）按照設計要求，分段開挖工作面，修整邊坡，打（振）入注漿花管，埋設噴射砂漿厚度控制標志。

（2）土釘注M20水泥砂漿，采用42.5的硅酸鹽水泥，綁扎16#鐵絲網，墊好保護層墊塊。

（3）噴射M20水泥砂漿，厚度50mm。噴射作業要緊隨開挖工作面，同一分段內噴射應自下而上進行。噴射時，噴嘴與受噴面要保持垂直，距離為0.6～1.0m。噴射砂漿終凝2h后，噴水養護[3]。

（4）設置坡頂、坡面和坡腳的排水系統。

5.4 基坑監測

為保證基坑支護的平穩安全，除精心設計、精心組織、精心施工外，在基坑開挖過程中，對基坑邊坡土體、邊坡支護結構及周邊環境和建筑物等進行有針對性的監測，同時通過監測信息反饋，指導施工、改進施工工藝、合理安排施工進度，充分體現動態和信息化施工。

（1）在高噴樁頂、冠梁頂，每20m設置一個變形監測點，鄰近建筑物的外角各設置一個監測點，監測內容為水平位移和垂直位移。

（2）坡頂周邊5m范圍內及坡面上的土體裂縫。

（3）水位觀測。

（4）基坑變形容許值：基坑頂部土體、支護結構水平位移（最大值）監控報警值為25mm，地面沉降、建筑沉降（最大值）監控報警值為20mm，變化速率≤2mm/d。

5.5 施工控制措施

5.5.1 先導孔施工

先導孔需穿過卵礫石層并進入基巖不少于1m，要確保先導孔的孔位誤差小于50mm、孔深誤差小于100mm、垂直度偏差小于1%，孔壁穩定，高壓旋噴管能夠順利下到孔底。

5.5.2 水泥漿拌制

每桶拌制用水泥4包（200kg），按1.0～1.5水灰比計算用水量，并在桶上做好標記，每桶攪拌前，先按標記往桶內加入適量的水，然后加入32.5水泥，邊加邊攪，攪拌時間不少于2min，直至攪拌成符合要求的水泥漿備用。

5.5.3 水泥漿過濾

攪拌好的水泥漿，放入鄰近的儲漿箱，儲漿箱上方覆蓋16目紗網過濾，防止未充分攪散的水泥顆粒和雜物進入，堵塞噴漿孔及管道。

5.5.4 高壓設備和管路系統

高壓噴漿設備和管路連接可靠，壓力與排量滿足設計要求，各部位密封性能良好，各管道和噴嘴內不得有雜物，并做噴水試驗，合格后方可噴射漿液，保證注漿量和壓力的可靠性及施工安全。

5.5.5 旋噴注漿

將注漿管下置至設計深度后，啟動高壓水射流泵、注漿泵和空壓機進行旋噴作業，在樁底停漿約0.5min后按確定的速度徐徐提升鉆桿，借噴射旋噴的作用，將水泥漿和原地層中的粗顆粒、礫石等旋轉成一體，固化后成樁。在注漿過程中，要認真檢查水泥漿的水灰比和流量、高壓泵壓力、鉆桿的提升速度及回轉速度等施工參數，并及時做好現場施工記錄。

5.5.6 注漿異常情況處理

（1）三管法注漿過程中孔口不冒漿或孔內嚴重漏漿，采取以下措施處理：孔口少量返漿時，降低噴漿管提升速度，孔口不返漿時，立即停止提升；加大漿液濃度，或摻入少量速凝劑；降低噴射壓力、流量，進行原位灌漿，待返漿正常后，再緩慢提升機具。

（2）孔口大量冒漿，可能是噴漿管密封不良或接頭處損傷，或者噴嘴尺寸過大，防治措施一是檢查噴漿管各接頭，確保接頭密封完好；二是根據土體密實度選擇合適的噴嘴[2]。

5.5.7 效果分析

（1）基坑支護施工完畢，隨著抽水、開挖，監測支護結構、附近地面、既有建筑物的變形等，基坑支護結構的水平變形6～18mm，周圍地面垂直變形3～12mm，均未超過預警值，帷幕面沒有明顯集中滲水點，說明該基坑支護是穩定的，高壓旋噴止水帷幕達到設計目的。

（2）隨著地下室施工進度，分段開挖樁前土，加強監測，及時回填。樁前土的坡面噴護，減少基坑內支撐，節約投資，方便施工。

6 結論

高壓旋噴樁作為基坑支護、止水帷幕，尤其適應卵礫石地層、碎石土地層以及經過拋石護坡的堤防、庫岸的加固處理、城市地面塌陷充填加固、水庫加固、礦山堵漏等，應用前景廣闊。

[1] JGJ79—2012建筑地基處理技術規范[S].

[2]DLT5200-2004水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范[S].

[3] JGJ120—2012建筑基坑支護技術規程[S].

TU761

B

1004-5716(2015)02-0176-03

2014-03-13

2014-03-14

胡勝華（1976-），男（漢族），湖北安陸人，高級工程師、一級建造師，現從事巖土工程和探礦工程的施工管理工作。