單機雙軸高壓旋噴樁在地基處理中的應用

敖小平 郭志浩 王志堅

江西省地質工程（集團）公司 江西 南昌 330030

高壓旋噴樁以水泥為主要原料，加固土體的質量高、可靠性好，具有增強地基強度、提高地基承載力[1]、止水防滲、減少支擋建筑物土壓力、防止砂土液化和降低土的含水量等多種功能[2-3]。該工藝在地基基礎工程中廣泛應用，現有技術是通過履帶式低架旋噴樁機[4]以及后期出現的滾筒式旋噴樁機[5-6]進行施工。履帶式低架旋噴樁機施工深度有限，每次鉆進一定深度后，需要不斷通過孔口接桿進行鉆進，造成施工過程不連續、工效低。此外，在履帶式低架旋噴樁機施工時也經常出現卡鉆的問題。采用滾筒式旋噴樁機進行施工可以一次性成樁，然而滾筒式旋噴樁機采用的是單根鉆桿[7-8]，當工程量較大或工期緊張時，需要投入大量滾筒式旋噴樁機，這對場地條件以及用電用水等都有很大的要求。同時，為保證多臺滾筒式旋噴樁機的施工，需要更多的人手操作，從而大大增加勞動力成本，且多臺滾筒式旋噴樁機的水泥攪拌系統也會對環境帶來影響。本文針對工程量比較大的項目，提出并介紹了單機雙軸旋噴樁雙重管加固地基施工技術，并在上海市靜安區某項目中成功應用。

1 工程概況

背景工程位于上海市靜安區，基坑開挖面積較大，約31 900 m2，外圍總周長799 m，基坑支護結構安全等級為一級，環境保護等級為一級，基坑開挖深度為22.9 m。

本工程場地地層屬上海地區濱海平原地貌，場地內地層總體分布較穩定。基坑開挖深度范圍涉及的土層主要有：①雜填土、②粉質黏土、③淤泥質粉質黏土夾粉性土、④黏土、⑤1-1黏土、⑤1-2粉質黏土、⑥暗綠色粉質黏土、⑦1砂質粉土、⑦2粉砂。

本工程基坑圍護止水及地基加固采用高壓旋噴樁進行處理，工程量57 924 m3。高壓旋噴樁設計直徑為800 mm，搭接200 mm，設計樁長為20～26 m，水泥摻量為25%。

本工程地基加固及基坑止水的旋噴樁工程量大、工期緊，傳統的高壓旋噴樁施工工藝無法滿足施工要求。為此，通過技術創新及設備改進，提出了單機雙軸高壓旋噴樁新工藝。

2 單機雙軸高壓旋噴樁施工原理

單機雙軸高壓旋噴樁施工原理主要為“五相同五同步”，具體如下：通過同一臺卷揚機控制雙軸以同一速度同步下沉和提升，通過同一個控制箱的相鄰2個開關控制2個鉆桿動力頭功率相同的電動機以同一轉動速度進行攪拌，通過同一套水泥漿攪拌系統攪拌同一水泥漿，通過相鄰2個動力控制箱控制2套功率相同的注漿泵以同一注漿壓力進行同步注漿，通過同一臺空氣壓縮機的2根分支輸氣管以同一壓力將壓縮空氣同步送到雙軸管道。雙軸間距根據設計樁徑和搭接長度進行定位固定，形成一次完成2根高壓旋噴樁施工的創新工藝，從而滿足設計要求。單機雙軸高壓旋噴樁機及其施工情況如圖1、圖2所示。

圖1 單機雙軸高壓旋噴樁機示意

圖2 單機雙軸高壓旋噴樁施工示意

3 施工操作要點

3.1 施工技術準備

1）熟悉圖紙，進行施工技術交底，提高施工人員對工程技術要求、規程、規范及工藝技術措施的熟悉程度。

2）按有關規定做好水泥等原材料的采樣及復試工作。

3.2 放線定位

由現場測量人員根據設計圖紙用全站儀測定樁的控制點，并做好標識。經監理單位檢查合格后，用引線和直尺定位區間樁位。開挖溝槽前采用引線控制，確保樁位誤差小于50 mm。

3.3 鉆機組裝

根據設計圖紙要求及高壓旋噴樁搭接間距，確定單機雙軸的間距，組裝2個鉆桿動力頭、2套注漿系統及1個攪拌系統、1臺空氣壓縮機（帶2根分支輸氣管）。

3.4 鉆機就位

開挖溝槽后將組裝完畢的鉆機進行就位。在施工前必須對樁機的平整度、對中、垂直度等進行檢查，確保鉆頭與樁位之間偏差小于10 mm，樁機垂直度小于1%。鉆孔前應檢查所有附屬設備并進行試運行，觀察設備運行是否處于正常狀態。根據設計孔深確定鉆桿長度，鉆桿長度應大于設計樁長2 m，采用油漆在鉆塔旁標注鉆孔深度控制線。

3.5 雙軸同步下沉鉆進

用單機雙軸鉆機成孔，鉆頭直徑75 mm，通過一臺卷揚機控制安裝2個電動機的固定架，從而使雙軸鉆桿可以以相同速度同步下沉和提升，鉆孔深度應大于設計樁底深度0.3～0.5 m。鉆孔過程中用鉆塔吊錘線檢查樁機的垂直度，鉆進中不得發生傾斜和移動，垂直度偏差小于1/100，確保雙軸或兩排的高壓旋噴樁搭接符合設計要求。

3.6 雙軸同步攪拌

1）當雙軸鉆桿下沉至地面以下約30 cm時，通過樁機操作室中電動機控制箱的開關進行同步啟動，雙軸鉆桿連接的是相同功率的電動機，啟動后雙軸轉速相同，同步下沉攪拌。

2）根據地層摩阻力的情況，可以選擇功率為22 kW或38 kW的電動機。

3.7 相同壓力同步送氣

1）采用1個空氣壓縮機安裝1個出口開關，然后分成2根送氣管與雙軸連接。

2）在雙軸鉆桿接觸地面之前立即開動空氣壓縮機將高壓空氣經由雙軸輸送至鉆頭，以免鉆頭噴漿口被堵塞。

3.8 相同壓力同步注漿

1）采用同一套水泥漿攪拌系統進行自動計量給料，配制符合設計要求的水泥漿。

2）攪拌系統攪拌合格后的水泥漿，通過管道進入攪拌系統后臺的同一儲漿池。

3）2套注漿泵通過管道在同一儲漿池取漿，然后以相同的注漿壓力同步輸送至雙軸。

4）2套注漿泵的型號均為XFB-90D，功率為90 kW，工作壓力為38 MPa，由同一操作人員啟動或關閉2個注漿泵動力控制箱的開關。

3.9 雙軸同步攪拌提升

1）當雙軸鉆桿達到設計深度后，通過卷揚機和鉆桿電動機同步由底部向上旋噴提升。

2）噴漿后，觀察高壓泵是否達到預定的注漿壓力，確認穩定后約5 s開始逐漸提升雙軸鉆桿，以防出現異常情況而扭斷鉆桿。雙軸鉆桿的旋轉和提升均按設計要求的速度連續工作直至樁頂標高，不得隨意中斷。若提升過程中出現故障，應停止提升，以免出現樁身不均勻或斷樁，立即檢查并及時修復。

4 施工過程質量控制措施

1）鉆孔前，先對組裝完的雙軸鉆桿鉆頭噴漿口進行射水試驗，檢查鉆桿及噴漿口、噴氣孔是否堵塞，待氣、水壓正常后，才能進行鉆孔下沉施工。

2）高壓旋噴樁加固土體的主要材料為P.O 42.5R水泥，進場原材料按規程進行抽樣送檢，檢驗合格后才能使用。水泥采用罐裝封閉并做好環保措施，攪拌系統的自動計量儀器應有在有效期內的鑒定合格證。

3）高壓旋噴樁正常施工前，應該通過不少于3根試驗樁確定高壓旋噴樁施工參數，如水灰比、提升速度、漿液相對密度、單機雙軸水泥用量等，通過試驗選擇最佳施工參數。

4）灰漿攪拌應均勻，并進行過濾。儲漿池中漿液采用電動機不斷攪動，以免出現沉淀情況。

5）提升噴漿過程中出現中斷，修復后重新施工時，應在中斷處向下0.5 m左右重復噴漿攪拌，防止出現斷樁。

6）雙軸提升前，密切關注孔口漿液是否正常返漿。如果不正常，則停止提升，檢查原因；如果是空隙或滲透漏漿，則保持注漿不提升，直至孔口返漿正常后才能提升雙軸鉆桿。

5 結語

單機雙軸高壓旋噴樁具有施工速度快、成樁質量好、噪聲小、污染小等優點。上海市靜安區某項目通過應用該新設備、新技術，確保了施工工期，在基坑開挖過程中，基坑圍護止水效果及地基加固效果均到達設計及施工要求。該技術經提煉形成的“一種單機雙軸雙旋噴樁加固地基的施工方法”已申請國家發明專利并受理，取得了一定社會效益和經濟效益。