高壓旋噴樁在地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用

孟凡杰，賈智科

（中國港灣工程有限責(zé)任公司，北京100027）

1 引言

高壓旋噴樁地基加固技術(shù)，是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20～30MPa 的高壓漿液從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，同時(shí)鉆桿以一定速度向上提升，將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個(gè)固結(jié)體。該技術(shù)應(yīng)用廣泛，具有施工方便、工藝簡單、地基加固見效快、耐久性好、施工工期短且適合較為狹窄的施工場地等優(yōu)點(diǎn)[1]。利用該技術(shù)對(duì)聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行加固，可以提高并保持通道范圍的抗剪強(qiáng)度，重組土體結(jié)構(gòu)，改善土的變形性質(zhì)，減少沉降，通過固結(jié)原理和擠壓作用起到阻截地下水流、減少振動(dòng)、防止液化或流砂等作用，從而保證聯(lián)絡(luò)通道暗挖施工以及將該處作為盾構(gòu)機(jī)刀具檢查或換刀點(diǎn)的安全性。本文以廣州地鐵3 號(hào)線北延段2 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道高壓旋噴加固施工為例，主要介紹高壓旋噴樁的施工工藝、參數(shù)確定以及質(zhì)量檢測的方法，并進(jìn)行了初步的總結(jié)。

2 工程概況

2.1 設(shè)計(jì)情況

廣州地鐵3 號(hào)線北延段2 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道高壓旋噴加固施工具體設(shè)計(jì)情況如下：

1）加固方式：采用φ600mm 高壓旋噴樁加固，間距為縱橫450mm。經(jīng)注漿加固的土體應(yīng)有很好的均質(zhì)性、自立性，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1MPa。

2）旋噴樁主要施工參數(shù)：鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)速度10～20r/min，提升速度10～20cm/min；水泥漿水灰比1：1，注漿壓力20～30MPa，水泥漿排量70～100L/min；旋噴樁施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工藝性試樁，數(shù)量不得小于2 根；根據(jù)試樁試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整注漿壓力、水灰比等施工參數(shù)。

3）旋噴樁的垂直偏差應(yīng)≤1%，樁位偏差應(yīng)≤50mm，成樁的直徑和樁長不得小于設(shè)計(jì)值。

2.2 地質(zhì)情況

加固樁自上而下穿越地層依次為：

1）人工填土層，主要由粉質(zhì)黏土、中粗砂、碎石等組成，大部分為欠壓實(shí)或稍壓實(shí)土質(zhì)，耕植土含植物根，平均標(biāo)貫為11擊。該層分布廣泛，平均厚度約2.25m。

3）＜3-3＞沖積—洪積礫砂層（Q4al+pl）：主要由礫砂組成。局部為圓礫、卵石，呈稍密～中密狀，局部為松散狀或密實(shí)狀，平均標(biāo)貫18 擊。本層分布較廣泛，平均厚度3.73m。

4）＜4-1＞沖積—洪積土層（Q4al+pl）：主要由粉質(zhì)黏土、黏土、粉土組成。平均標(biāo)貫15 擊。本層分布廣泛，平均層厚3.96m。

5）＜5-1＞可塑狀碎屑巖殘積土層：本層為粉質(zhì)黏土、黏土，呈可塑狀，組成物主要為黏粒、粉粒。

3 施工工藝

3.1 場地布置

施工現(xiàn)場應(yīng)滿足“三通一平”的基本要求，安全防護(hù)措施到位[2]。機(jī)械設(shè)備進(jìn)場前，對(duì)地下管線及地下障礙物進(jìn)行排查，并做出清晰的標(biāo)記，提前做好相應(yīng)的防護(hù)及保護(hù)措施。避免施工過程中發(fā)生破壞，產(chǎn)生不良影響和損失。

3.2 機(jī)械設(shè)備進(jìn)場

進(jìn)場設(shè)備包括：SNC-H300 高壓泥漿泵、工程地質(zhì)鉆機(jī)、BW-150 泥漿泵、3m3電動(dòng)空壓機(jī)、ZCJ300 泥漿攪拌機(jī)各2 臺(tái)。施工單管旋噴樁時(shí)進(jìn)場2 個(gè)單管，施工雙重管旋噴樁時(shí)進(jìn)場2個(gè)雙重管，施工三管旋噴樁時(shí)進(jìn)場2 個(gè)三重管。

現(xiàn)場人員按照2 班倒24h 無間斷進(jìn)行配置，共配置4 個(gè)班組。每個(gè)班組配備機(jī)長1 名，鉆機(jī)輔工2 名，水泥漿攪拌工2名，高壓漿泵、空壓機(jī)及發(fā)電機(jī)管理員1 人，共計(jì)6 人。

3.3 噴漿配合比及施工參數(shù)的確定

本聯(lián)絡(luò)通道加固采用雙重管法施工，試樁前首先開展試驗(yàn)室配比試配。結(jié)合地勘資料，采用地質(zhì)鉆機(jī)在施工現(xiàn)場選取有代表性的土樣制作水泥土試塊，并開展相應(yīng)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)室配比試驗(yàn)，初步確定水泥用量分為220kg/m、240kg/m、260kg/m、280kg/m、300kg/m 5 個(gè)等級(jí)，現(xiàn)場總共試樁5 根。

試樁結(jié)束后，項(xiàng)目分別對(duì)5 根樁進(jìn)行了鉆芯取樣及28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試，試樁檢測結(jié)果表明，水泥用量240kg/m即可滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果，項(xiàng)目最終確定工藝參數(shù)如下：水灰比1：1，每延米旋噴樁使用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥260kg，空氣壓力0.7MPa，注漿泵壓力23～26MPa，噴漿量90～100L/min，鉆桿提升速度10～20cm/min，轉(zhuǎn)速20r/min，噴嘴采用2×2.0mm。

3.4 施工流程

旋噴樁施工流程見圖1，具體流程如下所述：

1）測量放線：根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖現(xiàn)場精確測設(shè)定位出旋噴樁的位置，偏差應(yīng)≤50mm。

2）設(shè)備安裝就位：將地質(zhì)鉆機(jī)移至設(shè)計(jì)位置，鉆頭對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)孔位。同時(shí)為保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度，鉆機(jī)就位后，采用吊錘法校正鉆桿垂直度，確保鉆桿的傾斜度≤1.0%。

3）引孔：首先采用巖心管進(jìn)行引孔，鉆孔直徑約150mm，鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置偏差需≤50mm。

4）插管：引孔完畢，拔出巖芯管，并換上旋噴管插入預(yù)定深度。在插管的過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力一般≤1MPa。

5）噴射注漿：旋噴管插到預(yù)定深度后，由下而上進(jìn)行噴射，邊旋轉(zhuǎn)、邊提升、邊噴射。

圖1 旋噴樁施工流程圖

4 質(zhì)量檢測方法

根據(jù)規(guī)范要求，采用鉆心法對(duì)旋噴樁成樁質(zhì)量進(jìn)行檢測，安排在成樁28d 后實(shí)施[3]。

本標(biāo)段2 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道地表旋噴樁加固施工完成后，項(xiàng)目部組織第三方檢測單位進(jìn)行了抽芯檢測，由監(jiān)理工程師在現(xiàn)場隨機(jī)抽取了6 根樁進(jìn)行抽芯，主要對(duì)水泥土膠結(jié)情況、樁長、樁身完整性、連續(xù)性、均勻性、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及樁長進(jìn)行了檢測。從檢測結(jié)果來看，樁身的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及樁體完整性、連續(xù)性滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，但整體來看，靠近樁底的成樁質(zhì)量相對(duì)上部較差。

5 影響成樁質(zhì)量的因素分析

5.1 土的化學(xué)性質(zhì)

加固范圍底部為黏土層，較為密實(shí)，影響高壓漿體切割效果，進(jìn)而影響成樁質(zhì)量，降低低旋噴樁的完整性及強(qiáng)度。從施工檢測結(jié)果來看，在粉砂層以及細(xì)砂層中的樁體，強(qiáng)度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)要求值。而處在密實(shí)黏土層中的樁體，其強(qiáng)度普遍較低，成樁難度偏大。

5.2 操作誤差較大

因旋噴樁施工對(duì)鉆機(jī)操作、垂直度、漿液濃度、漿液壓力等參數(shù)要求較為嚴(yán)格，不當(dāng)?shù)牟僮鲗?duì)成樁質(zhì)量影響較大。

6 注意事項(xiàng)

由于高壓旋噴樁施工工藝及施工設(shè)備等因素，施工過程中極易出現(xiàn)鉆桿墜落現(xiàn)象。當(dāng)施工盾構(gòu)線路范圍內(nèi)樁體時(shí)，應(yīng)特別注意避免發(fā)生鉆桿脫落，為盾構(gòu)施工帶來不必要的風(fēng)險(xiǎn)。如有鉆桿脫落情況發(fā)生，應(yīng)及時(shí)做好記錄并做好標(biāo)記，通知測量人員測量出鉆桿脫落位置的坐標(biāo)，以便進(jìn)一步處理。本次2號(hào)聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，出現(xiàn)鉆桿墜落情況1 次，現(xiàn)場技術(shù)人員及時(shí)做好記錄并對(duì)落桿位置進(jìn)行了測量定位，待盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至既定位置時(shí)，項(xiàng)目部及時(shí)組織開倉并取出鉆桿，避免了盾構(gòu)刀盤設(shè)備的損傷。

7 結(jié)語

經(jīng)過本標(biāo)段2 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道地表旋噴加固的施工，對(duì)雙管旋噴加固工藝有了初步了解，旋噴加固機(jī)械設(shè)備較為輕便，適合較為狹窄的施工環(huán)境。旋噴樁施工工藝較為簡單，但對(duì)參數(shù)要求較高，施工前首先要對(duì)加固地層進(jìn)行詳細(xì)勘察，并按照地層情況進(jìn)行參數(shù)控制。通過盾構(gòu)機(jī)在聯(lián)絡(luò)通道開倉檢查驗(yàn)證，高壓旋噴樁加固過的掌子面較為穩(wěn)定，滿足開倉情況下進(jìn)行換刀以及聯(lián)絡(luò)通道暗挖施工等工作要求。