單機(jī)雙軸高壓旋噴樁在地基處理中的應(yīng)用

敖小平 郭志浩 王志堅(jiān)

江西省地質(zhì)工程（集團(tuán)）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(zhì)量高、可靠性好，具有增強(qiáng)地基強(qiáng)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(chǔ)工程中廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有技術(shù)是通過(guò)履帶式低架旋噴樁機(jī)[4]以及后期出現(xiàn)的滾筒式旋噴樁機(jī)[5-6]進(jìn)行施工。履帶式低架旋噴樁機(jī)施工深度有限，每次鉆進(jìn)一定深度后，需要不斷通過(guò)孔口接桿進(jìn)行鉆進(jìn)，造成施工過(guò)程不連續(xù)、工效低。此外，在履帶式低架旋噴樁機(jī)施工時(shí)也經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆的問(wèn)題。采用滾筒式旋噴樁機(jī)進(jìn)行施工可以一次性成樁，然而滾筒式旋噴樁機(jī)采用的是單根鉆桿[7-8]，當(dāng)工程量較大或工期緊張時(shí)，需要投入大量滾筒式旋噴樁機(jī)，這對(duì)場(chǎng)地條件以及用電用水等都有很大的要求。同時(shí)，為保證多臺(tái)滾筒式旋噴樁機(jī)的施工，需要更多的人手操作，從而大大增加勞動(dòng)力成本，且多臺(tái)滾筒式旋噴樁機(jī)的水泥攪拌系統(tǒng)也會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)影響。本文針對(duì)工程量比較大的項(xiàng)目，提出并介紹了單機(jī)雙軸旋噴樁雙重管加固地基施工技術(shù)，并在上海市靜安區(qū)某項(xiàng)目中成功應(yīng)用。

1 工程概況

背景工程位于上海市靜安區(qū)，基坑開(kāi)挖面積較大，約31 900 m2，外圍總周長(zhǎng)799 m，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，基坑開(kāi)挖深度為22.9 m。

本工程場(chǎng)地地層屬上海地區(qū)濱海平原地貌，場(chǎng)地內(nèi)地層總體分布較穩(wěn)定。基坑開(kāi)挖深度范圍涉及的土層主要有：①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉性土、④黏土、⑤1-1黏土、⑤1-2粉質(zhì)黏土、⑥暗綠色粉質(zhì)黏土、⑦1砂質(zhì)粉土、⑦2粉砂。

本工程基坑圍護(hù)止水及地基加固采用高壓旋噴樁進(jìn)行處理，工程量57 924 m3。高壓旋噴樁設(shè)計(jì)直徑為800 mm，搭接200 mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)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(tǒng)的高壓旋噴樁施工工藝無(wú)法滿足施工要求。為此，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新及設(shè)備改進(jìn)，提出了單機(jī)雙軸高壓旋噴樁新工藝。

2 單機(jī)雙軸高壓旋噴樁施工原理

單機(jī)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(guò)同一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)控制雙軸以同一速度同步下沉和提升，通過(guò)同一個(gè)控制箱的相鄰2個(gè)開(kāi)關(guān)控制2個(gè)鉆桿動(dòng)力頭功率相同的電動(dòng)機(jī)以同一轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行攪拌，通過(guò)同一套水泥漿攪拌系統(tǒng)攪拌同一水泥漿，通過(guò)相鄰2個(gè)動(dòng)力控制箱控制2套功率相同的注漿泵以同一注漿壓力進(jìn)行同步注漿，通過(guò)同一臺(tái)空氣壓縮機(jī)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(jù)設(shè)計(jì)樁徑和搭接長(zhǎng)度進(jìn)行定位固定，形成一次完成2根高壓旋噴樁施工的創(chuàng)新工藝，從而滿足設(shè)計(jì)要求。單機(jī)雙軸高壓旋噴樁機(jī)及其施工情況如圖1、圖2所示。

圖1 單機(jī)雙軸高壓旋噴樁機(jī)示意

圖2 單機(jī)雙軸高壓旋噴樁施工示意

3 施工操作要點(diǎn)

3.1 施工技術(shù)準(zhǔn)備

1）熟悉圖紙，進(jìn)行施工技術(shù)交底，提高施工人員對(duì)工程技術(shù)要求、規(guī)程、規(guī)范及工藝技術(shù)措施的熟悉程度。

2）按有關(guān)規(guī)定做好水泥等原材料的采樣及復(fù)試工作。

3.2 放線定位

由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙用全站儀測(cè)定樁的控制點(diǎn)，并做好標(biāo)識(shí)。經(jīng)監(jiān)理單位檢查合格后，用引線和直尺定位區(qū)間樁位。開(kāi)挖溝槽前采用引線控制，確保樁位誤差小于50 mm。

3.3 鉆機(jī)組裝

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求及高壓旋噴樁搭接間距，確定單機(jī)雙軸的間距，組裝2個(gè)鉆桿動(dòng)力頭、2套注漿系統(tǒng)及1個(gè)攪拌系統(tǒng)、1臺(tái)空氣壓縮機(jī)（帶2根分支輸氣管）。

3.4 鉆機(jī)就位

開(kāi)挖溝槽后將組裝完畢的鉆機(jī)進(jìn)行就位。在施工前必須對(duì)樁機(jī)的平整度、對(duì)中、垂直度等進(jìn)行檢查，確保鉆頭與樁位之間偏差小于10 mm，樁機(jī)垂直度小于1%。鉆孔前應(yīng)檢查所有附屬設(shè)備并進(jìn)行試運(yùn)行，觀察設(shè)備運(yùn)行是否處于正常狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)孔深確定鉆桿長(zhǎng)度，鉆桿長(zhǎng)度應(yīng)大于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)2 m，采用油漆在鉆塔旁標(biāo)注鉆孔深度控制線。

3.5 雙軸同步下沉鉆進(jìn)

用單機(jī)雙軸鉆機(jī)成孔，鉆頭直徑75 mm，通過(guò)一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)控制安裝2個(gè)電動(dòng)機(jī)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(yīng)大于設(shè)計(jì)樁底深度0.3～0.5 m。鉆孔過(guò)程中用鉆塔吊錘線檢查樁機(jī)的垂直度，鉆進(jìn)中不得發(fā)生傾斜和移動(dòng)，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(shè)計(jì)要求。

3.6 雙軸同步攪拌

1）當(dāng)雙軸鉆桿下沉至地面以下約30 cm時(shí)，通過(guò)樁機(jī)操作室中電動(dòng)機(jī)控制箱的開(kāi)關(guān)進(jìn)行同步啟動(dòng)，雙軸鉆桿連接的是相同功率的電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)后雙軸轉(zhuǎn)速相同，同步下沉攪拌。

2）根據(jù)地層摩阻力的情況，可以選擇功率為22 kW或38 kW的電動(dòng)機(jī)。

3.7 相同壓力同步送氣

1）采用1個(gè)空氣壓縮機(jī)安裝1個(gè)出口開(kāi)關(guān)，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(kāi)動(dòng)空氣壓縮機(jī)將高壓空氣經(jīng)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(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)量給料，配制符合設(shè)計(jì)要求的水泥漿。

2）攪拌系統(tǒng)攪拌合格后的水泥漿，通過(guò)管道進(jìn)入攪拌系統(tǒng)后臺(tái)的同一儲(chǔ)漿池。

3）2套注漿泵通過(guò)管道在同一儲(chǔ)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(hào)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(dòng)或關(guān)閉2個(gè)注漿泵動(dòng)力控制箱的開(kāi)關(guān)。

3.9 雙軸同步攪拌提升

1）當(dāng)雙軸鉆桿達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)和鉆桿電動(dòng)機(jī)同步由底部向上旋噴提升。

2）噴漿后，觀察高壓泵是否達(dá)到預(yù)定的注漿壓力，確認(rèn)穩(wěn)定后約5 s開(kāi)始逐漸提升雙軸鉆桿，以防出現(xiàn)異常情況而扭斷鉆桿。雙軸鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升均按設(shè)計(jì)要求的速度連續(xù)工作直至樁頂標(biāo)高，不得隨意中斷。若提升過(guò)程中出現(xiàn)故障，應(yīng)停止提升，以免出現(xiàn)樁身不均勻或斷樁，立即檢查并及時(shí)修復(fù)。

4 施工過(guò)程質(zhì)量控制措施

1）鉆孔前，先對(duì)組裝完的雙軸鉆桿鉆頭噴漿口進(jìn)行射水試驗(yàn)，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(jìn)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(jìn)場(chǎng)原材料按規(guī)程進(jìn)行抽樣送檢，檢驗(yàn)合格后才能使用。水泥采用罐裝封閉并做好環(huán)保措施，攪拌系統(tǒng)的自動(dòng)計(jì)量?jī)x器應(yīng)有在有效期內(nèi)的鑒定合格證。

3）高壓旋噴樁正常施工前，應(yīng)該通過(guò)不少于3根試驗(yàn)樁確定高壓旋噴樁施工參數(shù)，如水灰比、提升速度、漿液相對(duì)密度、單機(jī)雙軸水泥用量等，通過(guò)試驗(yàn)選擇最佳施工參數(shù)。

4）灰漿攪拌應(yīng)均勻，并進(jìn)行過(guò)濾。儲(chǔ)漿池中漿液采用電動(dòng)機(jī)不斷攪動(dòng)，以免出現(xiàn)沉淀情況。

5）提升噴漿過(guò)程中出現(xiàn)中斷，修復(fù)后重新施工時(shí)，應(yīng)在中斷處向下0.5 m左右重復(fù)噴漿攪拌，防止出現(xiàn)斷樁。

6）雙軸提升前，密切關(guān)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(jié)語(yǔ)

單機(jī)雙軸高壓旋噴樁具有施工速度快、成樁質(zhì)量好、噪聲小、污染小等優(yōu)點(diǎn)。上海市靜安區(qū)某項(xiàng)目通過(guò)應(yīng)用該新設(shè)備、新技術(shù)，確保了施工工期，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，基坑圍護(hù)止水效果及地基加固效果均到達(dá)設(shè)計(jì)及施工要求。該技術(shù)經(jīng)提煉形成的“一種單機(jī)雙軸雙旋噴樁加固地基的施工方法”已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利并受理，取得了一定社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。