富水地段橋梁樁基止水施工方法探討

■彭曉瓊

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350000）

1 工程概況

1.1 工程設計概況

沈海復線高速公路柘榮至福安A9標交溪特大橋位于福建省福安市，橫跨交溪。主橋孔跨為（85+155+85）m預應力混凝土剛構—連續梁。左線橋梁中心樁號為ZK71+241.500，橋長607m；右線橋梁中心樁號為YZK71+255.5，橋長632m。其中5#～6#現澆梁跨越G104國道，6#～7#現澆梁跨越交溪。6#主墩承臺底距G104國道平距為15m，高差為20m，右線承臺邊線進入交溪河內，橋梁基礎采用6根Φ2.8m孔樁組成，左線每根樁長20m，右線每根樁長為24m。

1.2 橋位地形地貌及水文地質情況

該場區屬于剝蝕丘陵間沖洪積河谷地貌，坡地地形起伏較大，自然坡地 30～40°，局部 45°，植被發育，自然坡體穩定，谷地為長溪，溪寬 130～140m，現水深約 1～2m，谷底卵漂石發育，水流較大，兩側岸坡較陡，現狀穩定。場區基巖巖性為花崗巖或花崗斑巖，為較硬巖～硬質巖，基巖埋深相對較淺。根據地質資料及現場勘察分析,河灘處堆積4～8m卵漂石層，透水性較強。

2 施工方案比選

根據交溪特大橋橋位地形地貌及水文地質情況，本橋地形較復雜，6#主墩分別位于交溪兩岸河邊處，施工難度較大，而交溪特大橋又是整個A9標段重點控制性工程，又加上福安市年降水量主要集中于3月至9月，為確保在汛期到來之前將主墩基礎完成，特對樁基施工方案進行如下比選：

（1）方案一：常規人工挖孔砼護壁止水

采用人工挖孔砼護壁施工，可操作性強，但因透水層較厚，砼護壁止水效果差，滲水量大，護壁極易垮塌，存在安全風險，挖孔難度較大。

（2）方案二：全護筒跟進沖擊鉆成孔

采用大型吊裝設備吊裝鉆機及護筒就位，隨著沖擊鉆進過程，全護筒跟進施工。由于地理位置限制，鉆孔樁機械設備到達6#墩施工平臺較為困難，且只能擺放一臺鉆機，無法確保在汛期到來前完成，工期得不到保證。2.8m寬鋼護筒需專門制作，鋼護筒為一次性投入，無法回收，費用較高。

（3）方案三：高壓旋噴圍幕法止水

利用高壓旋噴注漿法使樁周土體固結，形成一體，密團的截水屏障，使地基土層具有相當大的阻水能力，以解決孔內降排水施工難度。待旋噴體具備一定強度（7d）后，再次進行人工爆破開挖。高壓旋噴設備（履帶式）及鉆機（地質鉆）就位較簡便，無需大型設備配合，人工操作性較強。

為確保在汛期來臨前完成樁基礎及承臺施工，以確保施工人員及機械安全，經綜合比選，采用方案三。

3 高壓旋噴帷幕法止水施工工藝

3.1 施工方法

高壓旋噴樁是在普通化學注漿法的基礎上發展起來的加固土體和止水帷幕的一種新方法，是采用高壓射水切削土體，同時高壓注入設計漿液對土體進行加固的一項技術。詳見圖1。

3.1.1 施工流程

旋噴樁施工過程中，針對交溪特大橋6#墩工程地質構造，試采用先用鉆機引孔，后用高壓泵將水泥漿液通過特殊注漿管端頭的噴嘴（φ0.5cm），以高速噴入土層，噴嘴在噴漿液時，一面緩慢旋轉、一面徐徐提升，高壓噴出的漿液不斷切削土層，并使強制切削下來的土體與漿液充分混合，最后在噴射力的有效射程范圍內形成一個混合物圓形凝柱體，依據實際地質情況旋噴法采用的二重管法，即：同時壓入水泥漿和壓縮空氣，使用Φ48鋼管為注漿管，噴射流為漿液，以20MPa壓力從噴嘴中噴出，直接沖擊切削土體，達到水泥漿置換土體顆粒，滿足設計要求。施工工藝流程見圖2。壓漿施工參數見表1。

圖1 樁位布置圖（單位:m）

圖2 施工工藝流程圖

表1 壓漿施工參數表

3.1.2 施工方法

施工時首先用鉆機引孔，為防止引孔坍塌，采用直徑90mmPVC管下入孔內，再用旋噴機噴射，即先把漿液管下到預定加固范圍最深點，然后自下而上進行高壓噴射注漿切割土體，將開孔和灌注樁體同時進行，一次成樁，其工作步驟為：

（1）鉆機就位：鉆機需平置于牢固堅實的地方，鉆桿對準孔位中心，偏差不超過5cm。

（2）鉆孔下管：鉆孔的目的是將注漿管順利置入預定位置，在下管過程中，需防止管外泥砂或管內水泥漿小塊堵塞噴嘴，可用膠帶封死噴頭，當注漿噴頭下到預定位置（預定加固范圍最深點），按照順序往管內輸送高壓漿液和壓縮空氣，膠帶將自動崩開。

（3）制漿：根據不同地層選取不同注漿材料，本項目旋噴樁止水帷幕注漿材料采用海螺牌普通硅酸鹽水泥（P.O 32.5），水泥漿液的水灰比為 0.6。

（4）試管：當注漿管置入土層預定深度后應用清水試壓，若注漿設備和高壓管路安全正常，則可攪拌制作水泥漿開始高壓注漿作業。

（5）高壓注漿作業：高壓射漿自下而上連續進行，注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉和提升速度等參數，應符合操作規程要求。若其它參數不變，提高噴射壓力即射流能量大，加固范圍則相應增大，效果好；若提升速度和旋轉速度適當降低也可以增大加固半徑，在射漿過程中參數可隨土質不同改變，若參數不變，則容易造成材料浪費或降低旋噴效果。

（6）噴漿結束與拔管：噴漿由下而上至設計高度后，拔出噴漿管，噴漿即告結束，把漿液填入注漿孔中，多余的清除掉，但需防止漿液凝固時產生收縮的影響，拔管要及時，切不可久留孔中，否則漿液凝固后將難以拔出。

（7）注漿設備清洗：當噴漿結束后，立即清洗高壓泵、輸漿管路、注漿管及噴頭。

（8）設計孔樁開挖：待旋噴樁體具備一定強度后（約7d，具體視現場情況而定）進行設計孔樁人工爆破開挖。

3.2 施工注意事項

（1）鉆機就位后應進行水平、垂直校正，鉆桿應與樁位吻合，偏差控制在10mm內。

（2）旋噴樁施工前必須確定旋噴施工參數：旋噴速度、提升速度、噴嘴直徑等。

（3）旋噴樁管達到預定深度后，應進行高壓射水試驗，合格后方可噴射漿液，待達到預定壓力排量后，再逐漸提升旋噴管，深層旋噴時應先噴漿后旋噴和提升，防止注漿管扭斷。

（4）旋噴冒漿處理。

冒漿：旋噴時,高壓噴射流在地基中切削土體，其加固范圍就是噴射距離加上滲透部分長度為半徑的圓柱體。一部分細小的土粒被噴射漿液所置換，隨著液流被帶到地面上（俗稱冒漿），其余與漿液攪拌混合。

在旋噴過程中往往有一定數量土粒隨著一部分漿液沿著注漿管冒出地面，通過對冒漿觀察，冒漿量小于注漿量20%為正常現象，超過20%或完全不冒漿者，應查明原因，采取相應的措施。

地層中有較大的空隙而引起不冒漿，則可在漿液中摻加適量的速凝劑，使漿液在一定范圍內凝固。另外，還可在空隙地段增大注漿量，填滿空隙，再繼續正常旋噴。冒漿量過大是有效噴射范圍與注漿量不適應所致，可采取提高噴射壓力、適當縮小噴嘴直徑、加快提升和旋噴速度等措施，減小冒漿量。

（5）在插管旋噴過程中，要注意防止噴嘴被堵，壓力和流量必須符合設計值，否則要拔管清洗，再重新進行插管和旋噴。使用雙噴嘴時，若一個噴嘴被堵，則用復噴方法繼續施工。插管過程中，為防止泥砂堵塞，可邊射水邊插管，高壓水噴嘴要用塑料布包裹，以免泥土堵塞，影響工程施工。

（6）選用水泥其細度應在標準篩（孔徑0.8mm）的篩余量不大于15%，漿液攪拌后不得超過4 h，當超過時應經專門試驗，證明其性能符合要求方可使用。

（7）鉆桿的旋轉和提升必須連續不中斷，拆卸鉆桿要保持鉆桿有0.1m以上搭接長度，以免旋噴固結體脫節。中途機械發生故障時，應停止提升和旋噴，以防斷樁。并應立即檢查，排除故障。為提高旋噴樁承載能力，在樁底部1m范圍內應適當加長持續時間。

（8）當采用水泥漿進行旋噴時，在漿液與土攪拌混合的凝固過程中，由于漿液析水作用，一般均有不同程度收縮，造成固結時出現凹陷（凹陷通常在樁頂0.3～1.0m之間），深度隨土質、漿液析出、固體直徑等因素而異，當樁頭凹陷量大對土加固及防滲影響大，應采取靜壓注漿補強。

（9）旋噴樁施工完成后，不能隨意堆放重物，防止旋噴樁變形。

（10）旋噴樁體的施工質量是保證施工期間基坑圍護止水的關鍵，旋噴樁施工時，應嚴格按照施工規范進行施工。其施工要點如下：

①高壓噴射注漿的施工參數應根據地質條件，通過現場試驗和施工經驗調整，并在施工中嚴格加以控制。

②施工時應保證鉆孔的垂直偏差不應超過0.5%，樁位偏差不應大于50mm。

③噴射壓力，提升速度對成樁直徑有較大影響，應根據深度及土質條件進行調整。

4 效果

通過旋噴注漿處理，加大了富水地段人工挖孔作業方面的可操作性，在后續的人工挖孔過程順利，滲水問題基本解決。從3月底進場至6月初全部完成樁基施工，有效的加快了施工進度,得到了業主單位的肯定,為上部墩臺施工贏得了寶貴時間。