動水含砂層大直徑超深高壓旋噴樁施工技術(shù)

王 鵬，李 林

（上海遠方基礎工程有限公司，上海市 200436）

0 引 言

大直徑高壓旋噴技術(shù)在傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝的基礎上，采用了獨特的多孔管和強制吸漿裝置，實現(xiàn)了孔內(nèi)強制排漿和地內(nèi)壓力檢測，并通過調(diào)整強制排漿量來控制地內(nèi)壓力，大幅度地降低了對周邊環(huán)境的影響，而地內(nèi)壓力的降低也進一步保證了成樁直徑。具有對周邊環(huán)境影響小、樁身質(zhì)量好、泥漿污染少、超深施工有保證、成樁直徑大等特點。其適用范圍主要為：（1）淤泥質(zhì)土、黏土層、粉土、砂土等底層中的地基加固或止水帷幕施工；（2）變形要求較高的復雜施工環(huán)境中各類軟基加固或者止水帷幕施工；（3）深厚砂性土層中的止水帷幕補強，例如超深地下連續(xù)墻外側(cè)接縫補強和各類滲漏止水帷幕的修復；（4）可以進行水平、傾斜、垂直各個方向的施工，特別是其特有的排漿方式使得在富水土層、在孔口密封的情況下進行水平施工[1-5]。

1 工程概況

1.1 項目概況

珠海市馬騮洲電纜隧道于橫琴二橋西側(cè)60m外穿越馬騮洲水道，于水道南、北岸分別設置頂管頂進井、接收井，南北兩岸開挖深度分別為29m和36m。北工作井的地下連續(xù)墻和高壓旋噴接縫止水帷幕深度為60m（設計參數(shù)見表1）。

表1 高壓旋噴樁設計參數(shù)表

1.2 水文地質(zhì)概況

根據(jù)地層取芯探揭露，現(xiàn)場地層（37～60m）為：淤泥層（37～42m），細砂層（42～45m），黏土層（45～48m），粗砂層（48～55m），風化巖層（55～60m）。該區(qū)域地下水主要有兩種賦存方式：一是松散層孔隙水。松散層孔隙水賦存于疏松的人工填土層、淤泥層和細砂層中，與地表水水系聯(lián)系較密切。二是基巖裂隙水。基巖裂隙水主要是花崗巖各風化帶裂隙水，且強風化帶是主要賦水層。節(jié)理裂隙較發(fā)育的地段，裂隙水賦存豐富，且透水性較強。

2 超深高壓旋噴施工的主要難點

2.1 砂性地層的削切問題

該地區(qū)的細砂層、黏土層、粗砂層固結(jié)較為密實，高壓噴射的泥漿不能夠沖破周邊的砂層或者土層，噴射出的泥漿沿著鉆桿向上流出孔口。

2.2 動水中的存漿問題

圖1 馬騮洲電力隧道環(huán)境圖

2.3 引孔的保證

在這種砂性土的地質(zhì)條件下，旋噴樁的DJE施工設備很難進行自成孔，因此在施工前必須輔助引孔的工藝，砂性土的成功孔后放置時間過長容易塌孔。

3 施工工藝介紹

圖2為超深高壓旋噴施工流程圖。

圖2 超深高壓旋噴施工流程圖

3.1 施工工藝

（1）引孔。引孔過程中在水中加入適量的膨潤土，泥漿的比重調(diào)制到1.04，黏度不低于20s，主要作用是在孔內(nèi)起到護壁的作用，防止砂性土層在下放PVC管前發(fā)生孔壁塌方。

（2）下PVC管。該地區(qū)土層涉及粗砂層和粒徑較小的礫砂層，僅靠泥漿護壁仍有很大的不確定性，為了消除鉆桿被埋的風險，再下放多孔管前下放劣質(zhì)PVC管，其強度不高，噴嘴的注漿壓力在40MPa，完全能夠?qū)⑵錄_破。

（3）膨潤土漿切泥。多孔管下放到設計深度后，開始打開前段高壓水噴嘴，對周圍的土體進行預鉆孔切削，邊切削邊提升鉆桿，切削的速度控制在3～5cm/min，提升高度控制在1.5m，再復切下去，速度控制在5cm/min。同時還要看控制屏上的地壓力，打開排泥閥，倒吸水壓力為20MPa。

（4）高壓噴射水泥漿。復切到初始深度后，關閉高壓水泵，開啟注漿泵進行噴漿。

鋼筋在進行制作以及加工時，首先應該按照鋼筋加工以及制作的相關設計方案進行操作，根據(jù)設計方案重復檢查，根據(jù)相關參數(shù)科學檢查。根據(jù)相關指標進行合理的漏洞篩查，以免出現(xiàn)錯誤，引起不必要的施工損失，確保鋼筋加工過程符合相關技術(shù)規(guī)定，并在進行較為詳細的檢查工作后，再進行實物檢驗。現(xiàn)場進行檢查時，合格后才能進行相關制作工藝，對于加工完成的鋼筋進行掛牌工作，確保鋼筋的有序性。

3.2 注意事項

（1）定位置噴射，先開倒吸水流和倒吸空氣，在確認排漿正常時，打開排泥閥門，開啟預切高壓水泥泵。先用膨潤土向上噴設1.5m，壓力為40MPa，后復噴下放1.5m后同時開始主泵和主氣噴射水泥漿，進行注漿成樁。

（2）在開啟高壓水泥泵時，壓力不可太高，應逐步分級增壓，直到達到指定壓力40MPa，在達到指定壓力并確認地內(nèi)壓力正常后，才可開始提升。

（3）施工時密切監(jiān)測地內(nèi)壓力，壓力不正常時，必須及時調(diào)整排漿閥大小控制地內(nèi)壓力在規(guī)范值以內(nèi)。

（4）每提升一根鉆桿后，需對鉆桿進行拆卸，需把水泥漿切換成水后方可拆卸，當水泥漿泵壓力有下調(diào)趨勢，說明水流已經(jīng)到達噴嘴位置，此時關閉水泥漿泵、主空氣、倒吸空氣和倒吸水流。

（5）在拆卸鉆桿的過程中，認真檢查密封圈和數(shù)據(jù)線是否損壞，地內(nèi)壓力顯示是否正常，如有問題應及時排除方可繼續(xù)噴漿。拆卸鉆桿后，需及時清洗鉆桿。

4 施工設備的介紹和相關的施工參數(shù)

4.1 施工設備配置

大直徑高壓旋噴樁施工設備以DJE130為主，施工過程中主要的設備配置如表2所列。

表2 設備配置表

4.2 施工參數(shù)

高壓旋噴樁施工中的設備控制參數(shù)如表3所列。

表3 施工參數(shù)表

5 改進措施

5.1 增加預切噴嘴

針對削切力不足的問題，施工過程中在噴射鉆頭的上部增加了預切噴嘴，見圖3所示。

圖3 預切噴嘴位置圖

（1）預切采用高濃度膨潤土泥漿，黏度不低于25s。主要目標：一是將底層中的大顆粒懸浮起來，通過倒吸口抽出，到外面的漿液集中池中；二是防止塌孔；三是讓膨潤土填充周邊的砂粒之間的空隙，保護水泥漿不被動水帶走。

（2）預切碰嘴采用2.8噴嘴，在30～40s步進一次，轉(zhuǎn)速3～4r/min的條件下進行預切，每次的步進為1～2m，泵采用40MPa，200L/min的注漿泵。

（3）返漿池將倒吸出來的漿液全部收集、濾砂、膨潤土重復進入漿泵，進行預切的循環(huán)。

5.2 雙泵注漿同時更換注漿材料

地下不能存漿的原因主要有兩個：一是動水的流動將噴射出的水泥漿帶走；二是噴射出的水泥漿量相對較少。針對上述兩個原因采取了四個措施，第一個措施是在預切過程中采用高濃度膨潤土泥漿；第二個措施是將噴射端的主噴嘴加大改為3.8型號；第三個措施是采用兩個注漿泵注漿，這樣可以增加水泥漿的噴射量；第四個措施是更換注漿水泥，將普通的硅酸鹽水泥更換為高性能超細注漿材料，其初凝時間相對普通硅酸鹽水泥較短。

6 施工中常見問題的處理

施工過程中經(jīng)常遇到的問題主要有主氣孔堵塞，孔口翻漿，不能倒吸。

6.1 主氣孔堵塞

主氣孔口堵塞主要是施工原因，在拆桿或者施工結(jié)束時，主氣孔沒有空氣流出，噴射端的外側(cè)有一定的地內(nèi)壓力，周邊的砂粒隨著地內(nèi)壓而擠入氣孔導致氣孔堵塞。因此，在拆桿時應盡可能地通過倒吸孔將地內(nèi)壓力降到一定的范圍之內(nèi)，同時加快拆桿的速度，開啟氣孔時應當逐級加壓至設計值。

6.2 孔口翻漿

孔口翻漿的原因有兩個，一是噴射出的水泥漿沒有將周邊的土體切割開，水泥漿沿著鉆桿向上溢出口外導致；二是不能夠倒吸泥漿，因此需要從加強鉆桿的密封性和增加注漿泵保證注漿壓力。

6.3 不能倒吸

倒吸出現(xiàn)問題的主要原因是倒吸氣孔被砂粒堵塞，不能形成氣舉抽漿，主要原因是由于氣孔的結(jié)構(gòu)有問題，因此在將氣孔的結(jié)構(gòu)更改為單向閥。

7 結(jié) 語

該文通過分析馬騮洲的超深大直徑高壓旋噴樁的施工資料，得出以下結(jié)論：

（1）地下動水的原因主要是地下水和馬騮洲的地表水相通，又因潮汐的影響，將注漿的水泥漿帶走。

（2）為保證高壓旋噴施工質(zhì)量，其主要采取的措施是保證鉆桿的密封性，使得注漿壓力不會因為漿液的泄漏和深度的增加而減弱，從而增加注漿的流量。

（3）注漿泵的質(zhì)量是決定高壓旋噴樁施工能否成功的關鍵因素，可以采用雙泵或者多泵注漿，以此來保證流量和壓力。

（4）在施工過程中，主泵和主氣的加壓都要逐級加壓到設計值。

（5）增加預切噴嘴并采用膨潤土泥漿作為削切材料，起到了存漿的作用，同時也可以保證成樁直徑。