雙氣壓旋噴樁技術在地基加固中的應用

吳 迪

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100124）

0 引言

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高壓發生裝置使液流獲得巨大能量后，從注漿管邊的噴嘴中高速噴射出來，形成一股能量高度集中的液流，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，從而使地基得到加固。實踐證明，此法對處理淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土等有良好的效果。

1 工程概況及地質資料

1.1 工程概況

某工程工作井為盾構始接收井，豎井開挖深度為37m，采用地下連續墻作為豎井圍護結構。地下連續墻施工前要求對土體進行加固，加固深度應超過淤泥層層底1m，經加固的土體應有良好的物理性、自立性，其無側限抗壓強度不小于1MPa。

1.2 地質資料

工作井范圍內地層較復雜，原址為某海景酒家，主要位于酒家魚塘范圍內。工作井地層主要為淤泥、粉質黏土、全風化花崗巖、弱風化花崗巖，淤泥層厚10.1m，粉質黏土層厚3.9m。淤泥層中夾雜大量回填片石，回填片石層厚9m。

2 施工難點分析及解決方法

2.1 復合地質中施工工藝選擇

1）攪拌樁加固 選擇攪拌樁對工作井地基進行加固。攪拌樁樁機下鉆桿進入淤泥層鉆孔過程中，由于回填片石過大、較密，攪拌樁樁機鉆桿無法對片石進行攪動，鉆桿不能下鉆到預計加固深度。為讓攪拌樁樁機正常施工，采用挖機清理淤泥層片石。清理過程中，由于淤泥層含水量較大，淤泥具有流動性，挖機所處位置地基承載力不夠，不能進行片石清理。故無法進行攪拌樁加固。

2）三重旋噴樁加固 三重旋噴樁選擇引孔機配合旋噴樁機對地基進行加固。引孔機在淤泥層進行引孔時，可以沖碎回填片石，成孔時間過長，引孔需7～8h。在成孔引孔后，四周淤泥重新擠入孔內，樁機噴漿桿不能下到設計深度，無法噴漿。故無法進行三重旋噴樁施工。

2.2 解決方法

通過總結攪拌樁和三重旋噴樁失敗經驗，必須采用引孔噴漿一體機先對地基引孔，在達到設計深度后進行噴漿，避免淤泥重新擠密鉆孔的情況。結合施工經驗，決定對旋噴樁機進行改造，采用雙氣壓旋噴機，使用潛孔沖擊器，配備潛孔沖擊鉆頭。一臺空壓機連接潛孔沖擊器，通過氣壓帶動潛孔沖擊器沖擊淤泥層回填片石，達到引孔效果。在鉆頭達到設計深度后，另外一臺空壓機連接噴氣管與噴漿管組合，直接進行噴漿，對地基進行加固。雙氣壓旋噴機避免了無法成孔和成孔后無法下管噴漿問題，通過實際施工解決了淤泥層中夾雜片石這一復合地質中地基加固問題。

3 主要施工工藝

3.1 施工機具

3.1.1 施工機具選擇

1）旋噴機 本次施工采用雙氣壓三重管旋噴樁施工，根據以往相關三重管旋噴樁機經驗，選用GP-2000型號旋噴機。

2）空壓機 為保證潛孔沖擊鉆頭有足夠沖擊壓力，沖擊到設計深度，選用G110A-8型螺桿空壓機，并配備儲氣罐。為保證噴漿壓力達到設計半徑，選用活塞空壓機，壓力達0.8MPa。

3）高壓泥漿泵選用 為保證噴漿壓力達到20MPa以上，選用SCN-H300型。

3.1.2 施工機具改造

在GP-2000型號旋噴機基礎上對部分設備進行改造。將原先設備鉆桿進行外接，將接水管部分改為氣管，氣管接潛孔沖擊器，潛孔沖擊器配備潛孔沖擊鉆頭（見圖1，2）。

圖1 潛孔沖擊器

圖2 潛孔沖擊鉆頭

3.1.3 施工機具工作原理及試驗

本文利用全國30個省份的時間序列數據分別建立VAR模型，并利用脈沖響應分析各變量對水資源消耗影響的動態效應。為了保證VAR模型的穩定性，對建立的每個VAR模型都進行AR根檢驗。在Eviews8.0的輔助下，發現全國30個省份中除了遼寧、上海和福建3個省份之外，其余省份的VAR模型的特征根都在單位圓內，說明其余27個省份的VAR模型都是穩定的，都通過了AR根檢驗，可以進行脈沖響應分析，分析結果如圖1所示。由于篇幅有限，圖1所示是部分省份的水資源消耗對各變量沖擊的脈沖響應結果。

3.1.3.1 施工機具工作原理

1）潛孔沖擊器 沖擊行程開始時，活塞和閥片均處于極上位置，壓氣經閥蓋和閥座的徑向孔進入氣缸上腔，推動活塞高速向下運動沖擊鉆頭。當活塞行至襯套的花鍵槽被關閉時，下腔壓力開始上升，于是活塞上端中心孔離開配氣桿，使上腔通大氣，壓力降低，工作行程結束。當活塞沖擊鉆頭尾部后，閥片因其上下壓差作用，進行換向，活塞重復返回行程運動。

2）旋噴樁機成樁 在旋噴樁機就位后，開啟空壓機，由潛孔沖擊鉆頭對地質進行沖擊下鉆。遇到淤泥層片石阻力后，通過氣壓沖碎片石，繼續進行下鉆。在鉆桿到達設計深度后，停止沖擊鉆頭空壓機，開始噴漿施工。通過漿壓和氣壓沖擊破壞土體，并使片石中縫隙充滿漿液，同時鉆桿以一定速度向上提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土體中形成固結體，從而形成旋噴樁。

3.1.3.2 施工機具試驗

1）地面沖擊試驗 在施工機具改造調試好后，先在地面進行沖擊試驗，①試驗目的 潛孔沖擊鉆頭在空壓機帶動下，氣壓是否足夠擊碎片石滿足施工要求；②試驗結果 潛孔沖擊鉆頭在空壓機帶動下可以擊碎片石，滿足施工要求。

2）成孔沖擊試驗 ①試驗目的 潛孔沖擊鉆頭在空壓機帶動下，鉆桿是否足夠擊碎片石達到設計深度，滿足施工要求；②試驗結果 鉆桿可以達到設計深度，滿足施工要求。

3.1.4 施工參數選定

表1 旋噴樁施工參數

3.2 施工工藝流程

施工流程具體如圖3所示。

圖3 施工流程

3.3 主要施工工藝

1）施工準備 施工準備應符合下列要求：①平整場地，清除地面、地下障礙。當地勢低洼時，應回填黏性土料，但不得加填雜土；當地表過軟時，應采取防止施工機械失穩的措施。②布置開挖冒漿排放溝和集漿坑。

2）地面試噴 在機器就位后，打開高壓泥漿泵和活塞空壓機，檢查噴嘴是否有漿液噴出，確保無誤后，正式開始旋噴施工。

3）引孔鉆孔 打開螺桿空壓機，調節空氣壓力至0.8MPa，開始引孔鉆孔施工。在鉆桿進入土體后，開啟活塞空壓機，調節空氣壓力至0.8MPa；開啟高壓泥漿泵，調節壓力至5MPa，保持噴嘴有漿液噴出。避免施工中有雜物吸附在噴嘴上及長時間不噴漿致使水泥漿凝固堵住噴管、噴嘴。

4）提升噴射 在鉆桿噴嘴達到設計深度后，關閉螺桿空壓機，同時調節高壓泥漿泵，調節壓力至25MPa。先原地靜噴水泥漿液30～60s，待水泥漿液填滿超出設計深度部分后，開始提升鉆桿。噴漿過程中，經常檢查、調整高壓泥漿泵壓力、漿液流量、空壓機風壓風量和提升速度，控制旋噴樁施工質量。

5）結束移機 施工完畢應把注漿管等機具設備沖洗干凈，管內機內不得殘存水泥漿，把泥漿泵、注漿管和軟管內的漿液全部排除后，將旋噴樁機移到新的孔位上。孔位與原孔位距離800mm，隔孔施工。

4 結語

綜上所述，通過實踐證明，經過改造的雙氣壓三重管旋噴樁技術可以對復雜地基中土體就行加固，滿足施工要求。