水平旋噴樁加固淤泥質(zhì)土層實(shí)用技術(shù)探析
——以在小凈距下穿綜合管廊暗挖地下通道中的應(yīng)用為例

郭長(zhǎng)春

中交四航局第六工程有限公司，廣東 珠海 519080

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

珠機(jī)城際軌道交通工程橫琴站位于珠海市橫琴島經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)橫琴口岸西側(cè)，車站主體全長(zhǎng)753m，寬度為28～48m，為地下兩層明挖車站，基坑深度為20m，場(chǎng)區(qū)位于海積平原區(qū)。車站共設(shè)計(jì)出入口12個(gè)、疏散口10個(gè)、風(fēng)亭7個(gè)，其中1號(hào)、2號(hào)、11號(hào)出入口位于橫琴車站線路右側(cè)，明挖段開挖深度為11m，暗挖段下穿重要市政綜合管廊，管廊距出入口頂板凈距僅1m，管廊底部寬9.9m、高3.95m，上部覆土厚度約2～3m，內(nèi)含電力、給水等重要管線。

1.2 地質(zhì)情況

管廊底和基坑深度范圍主要位于淤泥土層，土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表

1.3 暗挖支護(hù)體系

下穿管廊段出入口開挖，采用上部懸吊管廊+暗挖支撐結(jié)構(gòu)的方案抵抗開挖過程中的上部垂直荷載和水平水土壓力荷載。

（1）懸吊結(jié)構(gòu)。懸吊結(jié)構(gòu)由支撐樁、貝雷梁、下托架、上橫梁、吊桿等主要桿件構(gòu)成。貝雷梁4排單層加強(qiáng)型321貝雷跨度為12.1m（4片）；下托梁采用HM588mm×300mm型鋼（Q235），長(zhǎng)12m，間距2m；上橫梁采用I36b工字鋼（Q235），長(zhǎng)12m，間距2m；吊桿φ60mm圓鋼（Q345），間距2m；支撐樁采用φ1000mm灌筑樁（C30），長(zhǎng)45m。

（2）暗挖支撐結(jié)構(gòu)。暗挖支撐結(jié)構(gòu)由管幕+門式鋼架內(nèi)撐+噴射混凝土組成。管幕采用φ245mmδ12mm鎖扣管幕（Q235）；門式鋼架內(nèi)撐采用I25b工字鋼（Q235），間距50cm。①開挖區(qū)域：側(cè)向水土壓力傳遞給管幕，門式鋼架對(duì)管幕進(jìn)行支撐，平衡管幕傳遞兩側(cè)水土壓力，管幕為受彎構(gòu)件，橫向型鋼為受壓構(gòu)件。②未開挖區(qū)域：土體（被動(dòng)區(qū)）作為管幕的連續(xù)彈性支撐，為管幕提供支撐抗力，要求被動(dòng)區(qū)土體除能滿足自穩(wěn)性之外，還需具備一定的強(qiáng)度及變形模量，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)流塑態(tài)淤泥土層進(jìn)行加固，加固后水泥土的單軸抗壓強(qiáng)度不小于1.2MPa。

2 土體加固方案比選

開挖支護(hù)方案確定后，土體加固的效果成為開挖安全性的重要保證，暗挖范圍土層為流塑態(tài)淤泥及淤泥質(zhì)黏土，土體強(qiáng)度低、含水量大，滲透系數(shù)低，要保證加固效果，土體加固方案選擇尤為關(guān)鍵，為此分別對(duì)袖閥管注漿（水平）加固法、水平高壓旋噴樁加固法及凍結(jié)加固法三種加固方案進(jìn)行比選，如表2所示。通過對(duì)上述方案進(jìn)行綜合對(duì)比分析，同時(shí)咨詢了行業(yè)內(nèi)相關(guān)專家，最終選擇了水平高壓旋噴樁加固法。

表2 加固方案綜合對(duì)比表

3 水平高壓旋噴樁加固法的施工難點(diǎn)及技術(shù)工藝創(chuàng)新

3.1 施工難點(diǎn)

常規(guī)水平高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁體根部，通過高壓發(fā)生裝置使預(yù)先配制好的漿液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(zhuǎn)邊后退，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌希谕林行纬梢欢ㄖ睆降闹鶢罟探Y(jié)體，從而使地基得到加固[1]。施工中，一般分為兩個(gè)流程，即先鉆后噴，保證每米樁漿土比例和質(zhì)量。該工程主要存在以下兩個(gè)施工難點(diǎn)：

（1）高壓水泥漿使土體擠壓密實(shí)，造成不同程度的隆起，而加固土體距離管廊僅600mm不到，過大隆起會(huì)造成對(duì)管廊上抬，不利于管廊結(jié)構(gòu)安全，因此既要保證水平旋噴樁成樁質(zhì)量，又要避免因噴射壓力過大而造成土體產(chǎn)生過大的隆起量[2]。

（2）淤泥質(zhì)土含水量高、滲透性小，本身較難加固均勻。

3.2 技術(shù)工藝創(chuàng)新

（1）創(chuàng)新思路。針對(duì)該處水平高壓旋噴樁加固施工的難點(diǎn)，經(jīng)過研究從理論上采用小壓力，用水泥漿置換較差淤泥的思路可避免土體產(chǎn)生過大的隆起量，為此需要對(duì)水平旋噴鉆機(jī)及噴射加固工藝進(jìn)行改進(jìn)。

（2）改進(jìn)方案。鉆機(jī)鉆桿采用雙重管，即鉆管設(shè)有同心圓的外管和內(nèi)管。水平高壓旋噴樁鉆孔設(shè)備包括鉆頭、預(yù)切割組件和雙層鉆管。鉆頭、預(yù)切割組件和雙層鉆管依次連接，外管形成低壓介質(zhì)通道，內(nèi)管形成高壓介質(zhì)通道。鉆進(jìn)時(shí)一般可使鉆孔直徑達(dá)到150mm，小壓力切割則可將孔徑擴(kuò)大到300～400mm；同時(shí)，將原狀淤泥、淤泥質(zhì)土沖出，回退時(shí)正常旋噴，壓力達(dá)到10～15MPa，在一次切削成孔直徑的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行切削，達(dá)到至少40%的土體置換，樁徑控制在600～800mm[3]。回退切割時(shí)樁徑能達(dá)到600mm以上，如在粉質(zhì)黏土介質(zhì)中降低鉆進(jìn)速度，樁徑能達(dá)到800mm；水平施工時(shí)雙層鉆管指外管通道鉆進(jìn)低壓循環(huán)液，射流沿施工軸線方向，內(nèi)管鉆進(jìn)高壓切割液，射流方向垂直于軸線。這樣的雙層鉆管能夠?qū)崿F(xiàn)鉆噴一體化，即自鉆入孔后回退噴漿。

4 淤泥質(zhì)土體加固實(shí)施過程及效果

土體加固前先按照前述工藝對(duì)水平旋噴樁機(jī)進(jìn)行改造，并通過旋噴樁試樁來確定工藝參數(shù)。

4.1 機(jī)械設(shè)備

水平鉆機(jī)、高壓泥漿泵、攪拌機(jī)、壓漿泵、高噴記錄儀、電磁流量計(jì)各1臺(tái)。

4.2 工藝參數(shù)

樁徑為φ800mm；水泥用量為300kg/m；水灰比為1∶1；旋轉(zhuǎn)速度為20r/min；鉆進(jìn)速度為0.5m/min；鉆進(jìn)噴射壓力為5MPa；回拔速度為0.25m/min；噴射壓力為15MPa、噴射流量為85～90L/min。

4.3 試樁實(shí)施

選擇最早具備條件的2號(hào)口進(jìn)行試樁，選擇3根水平旋噴樁作為試樁，3根試樁完成共計(jì)6h。

4.4 加固效果

試樁完成14d后，進(jìn)行樁頭表面挖除取芯及強(qiáng)度檢測(cè)工作，樁徑約800mm，成樁斷面水泥土柱清晰可見，鉆孔取芯，芯樣完整性好，3組芯樣強(qiáng)度分別為2.0MPa、2.2MPa、2.1MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)試樁的工藝參數(shù)對(duì)3個(gè)出入口暗挖斷面進(jìn)行水平高壓旋噴樁加固施工，通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，加固土體最大隆起量為200mm，未和上部管廊接觸造成上抬。同時(shí)，通道開挖后，暗挖支護(hù)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)要求（監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，暗挖通道凈空收斂最大值為3.27mm，控制標(biāo)準(zhǔn)值為20mm，最大速率控制值為3mm/d），確保了施工安全。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對(duì)水平旋噴樁機(jī)進(jìn)行改造，采用水平同心雙管鉆具，并對(duì)噴射工藝進(jìn)行改進(jìn)，采用小范圍低壓力初次切削、二次較高壓力噴射，起到了土體置換成樁的作用且噴射壓力較常規(guī)工藝小，解決了與建筑物小凈距條件下，在淤泥質(zhì)土層中成樁困難、強(qiáng)度不高、土體隆起等問題，文章總結(jié)提煉的工藝參數(shù)及方法可對(duì)今后類似工程項(xiàng)目起到參考作用。