基于高地下水位的樁基施工方法研究

田燕山，李國滿，張 鵬，鄧佳佳，宗海迥，汪 通，卓志遠(yuǎn)

（1.國家電網(wǎng)有限公司特高壓建設(shè)分公司，北京 100052；2.國網(wǎng)湖北送變電工程有限公司，湖北 武漢 430000）

地基處理是樁基施工過程中出現(xiàn)地質(zhì)問題的主要解決方式，如何選擇地基處理方式是解決地質(zhì)問題的關(guān)鍵[1]。處理灌注樁在高地下水位成孔過程中出現(xiàn)塌孔及冒水現(xiàn)象，且周圍為高壓帶電區(qū)，無法采用大型機(jī)械設(shè)備的情況下，選擇既能滿足與帶電體的安全距離要求，又能保證工期節(jié)點要求，在樁基施工中尤為重要。

本文以某1000kV 擴(kuò)建站為依托，根據(jù)工程的特點，針對臨近帶電區(qū)灌注樁施工過程中出現(xiàn)塌孔及冒水現(xiàn)場的處理方式進(jìn)行研究，通過綜合比較選擇最優(yōu)的處理方法。

1 地基處理備選方式

施工現(xiàn)場每榀構(gòu)架基礎(chǔ)采用12 根混凝土灌注樁作為承載及抗拔，在擴(kuò)建區(qū)域內(nèi)由于限制樁機(jī)高度，現(xiàn)場采用機(jī)械洛陽鏟成孔施工，樁機(jī)在鉆孔至13m 處時局部滲水孔壁坍塌，無法正常取土，為配合停電檢修期間進(jìn)行構(gòu)架組立，從現(xiàn)場出現(xiàn)地質(zhì)問題到處理完成的時間僅有15天。現(xiàn)場出現(xiàn)問題的樁基位置如圖1 所示。

圖1 樁位示意圖

場地所揭露地層為第四世紀(jì)及以前的沖積物，根據(jù)地層的特質(zhì)，地基土分布情況自上而下描述如下：

粘土：灰黃～黃褐色，濕～稍濕，可塑，局部含大量姜結(jié)石，局部含量達(dá)到30%左右，表層約0.2m～0.5m 的耕土，層厚1.26m（平均值，以下同）。

粘土：黃棕～棕紅色，稍濕，硬塑，含大量鐵錳質(zhì)結(jié)核，局部含姜結(jié)石、少量灰白色粘土條帶，層厚11.24m，層頂埋深1.26m。

粘土：黃棕色，稍濕，硬塑，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，局部夾少量細(xì)砂、含礫石粒徑0.5～5cm，含灰白色粘土條帶，局部夾砂質(zhì)黏性土，層厚6.55m，層頂埋深12.47m。

粘土：灰白色，稍濕，硬塑，夾黃褐色粘土條帶，局部夾砂質(zhì)黏性土，局部含礫石，粒徑1～4cm，亞圓～凌角狀，勘察未鉆穿。

針對塌孔灌注樁進(jìn)行地基處理，提出以下3 種地基處理方式。

1.1 鋼護(hù)筒跟進(jìn)成孔方式

原理為首先采用護(hù)筒驅(qū)動器將護(hù)筒送至預(yù)定的深度，同時采用水平尺確保護(hù)筒的垂直度滿足要求；再使用洛陽鏟進(jìn)行取土，并使用操作機(jī)械的糾偏液壓油缸調(diào)整垂直，以控制其成孔的精度（如遇到土質(zhì)較硬的地層可能導(dǎo)致護(hù)筒不能一次到位，可同時采用拼接、取土、跟進(jìn)護(hù)筒的方式，以確保護(hù)筒達(dá)到設(shè)計的深度）。然后，采用洛陽鏟將孔內(nèi)土層進(jìn)行清除，放入鋼筋籠后進(jìn)行混凝土澆注[2]。該工藝成孔步驟參見圖2。

圖2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)成孔圖

采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)成孔需先下護(hù)筒，再將護(hù)筒中的土取出來滿足成孔需求，施工機(jī)具高度要求較高，因施工區(qū)域為高壓帶電區(qū)，無法采用大型打樁設(shè)備，且現(xiàn)場現(xiàn)有機(jī)械洛陽鏟無法和套筒跟進(jìn)使用。

1.2 泥漿護(hù)壁灌注樁方式

原理為將水、粘土和添加劑制備形成泥漿，鉆孔的過程中進(jìn)行鉆進(jìn)攪拌，使泥漿能夠在井孔壁形成泥皮，以便阻隔孔內(nèi)外可能產(chǎn)生的滲流，從而保護(hù)孔壁避免造成坍塌[3]。泥漿泵將泥漿從鉆桿中心抽出孔底，使泥漿在孔內(nèi)鉆桿外形成連續(xù)的下降流速，并將鉆孔所產(chǎn)生的砂石帶出，如圖3。

圖3 泥漿護(hù)壁灌注樁圖

如采用泥漿護(hù)壁灌注樁工藝成孔，需對自然地面往下5m 進(jìn)行換填碾壓密實以保證樁機(jī)施工安全，現(xiàn)場土層不具備造漿條件，且現(xiàn)場樁位存在多次成孔坍塌，多次回填，土質(zhì)松散，無法確定孔下是否存在孔洞，易造成二次坍塌，進(jìn)一步增加作業(yè)難度。

1.3 高壓旋噴樁方式

原理為采用鉆機(jī)將帶有噴嘴的注漿管達(dá)到土層的預(yù)定位置，高壓設(shè)備使?jié){液或水形成20～40MPa 的高壓射流從噴嘴中射出，沖切、擾動并破壞周圍土層，同時鉆桿逐漸穩(wěn)速提升，將漿液與土粒強(qiáng)制進(jìn)行攪拌混合，漿液凝固之后，最終形成一個旋噴樁體，以達(dá)到地基加固和止水防滲的目標(biāo)[4-5]，如圖4。

圖4 高壓旋噴樁示意圖

采用混凝土灌注樁和高壓旋噴樁復(fù)合樁的作業(yè)工期較短，可以有效滿足網(wǎng)絡(luò)節(jié)點計劃，且相對其他作業(yè)方式的可靠性及可操作性更高，故采用此方式進(jìn)行處理。

2 實施方案

2.1 高壓旋噴樁機(jī)設(shè)備配置計劃

為保證有效工期，必須按施工場地布置的最大可能性來配備機(jī)械設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)場條件擬投入1 臺鉆機(jī)。旋噴鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1）地基加固深度：22m 至23m；

（2）成樁直徑：500mm；

（3）鉆機(jī)轉(zhuǎn)速：20 至25（r/min）；

（4）提升速度：15 至20（cm/min）；

（5）漿泵壓力：25 至30MPa；

（6）高噴漿量：60 至110（L/min）；

（7）噴嘴直徑：2.0 至3.2mm

（8）電機(jī)功率：鉆機(jī)22kW；漿液攪拌電機(jī)5.5kW×2；漿泵電機(jī)90kW。

2.2 成樁機(jī)理

高壓噴射注漿的成樁機(jī)理包括以下四個方面：

（1）高壓噴射流切割并破壞土體的作用。噴射流動壓以脈沖的形式?jīng)_擊破壞土體，使土體形成空穴，進(jìn)而使土體裂隙不斷擴(kuò)張。

（2）混合攪拌的作用。鉆桿在旋轉(zhuǎn)提升的過程中，在射流后部逐步形成空隙，在射流的壓力下，促使土粒向阻力小的方向位置移動，并與漿液充分?jǐn)嚢杌旌闲纬尚碌慕Y(jié)構(gòu)。

（3）充填、滲透固結(jié)的作用。高壓射注漿迅速充填沖開的溝槽和土粒空隙，并逐步析水固結(jié)，進(jìn)而滲入砂層一定厚度形成固結(jié)體。

（4）壓密的作用。高壓噴射流在切割破碎土層的過程中，利用破碎部位邊緣剩余壓力對土層產(chǎn)生一定的壓密作用，這使得旋噴樁體邊緣部分的抗壓強(qiáng)度要高于中心的部分。旋噴樁固結(jié)體情況如圖5 所示。

圖5 高壓旋噴樁加固平面布置圖

2.3 作業(yè)步驟

（1）鉆機(jī)定位：將旋噴樁機(jī)移動到指定位置，將鉆頭與孔位中心對齊，并將鉆機(jī)放置達(dá)到平穩(wěn)和水平狀態(tài)，垂直偏差不應(yīng)超過1%。待鉆機(jī)就位以后，先開展低壓（0.5MPa）射水試驗，檢查噴嘴和壓力是否處于正常狀態(tài)。

（2）制備水泥漿：依據(jù)圖紙確定的配合比進(jìn)行制備，把水、水泥和外摻劑倒入桶中，使用攪拌機(jī)攪拌15min，打開桶底部閥門，放入篩網(wǎng)篩濾后流入漿液池，采用泥漿泵抽進(jìn)篩網(wǎng)進(jìn)行二次過濾，后存入漿液桶中備用。

（3）鉆孔、插管：使用旋噴注漿管進(jìn)行鉆孔，鉆孔的同時采用高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，使鉆桿沿導(dǎo)向架振動、射流成孔下沉，至樁底圖紙中標(biāo)高。鉆孔后拔出鉆桿，插入旋噴管。為防止泥砂堵塞噴嘴，在插管過程中用較小壓力射水。

（4）提升噴漿管、攪拌：噴漿管下深至圖紙深度后，接通高壓水管和空壓管，開動高壓清水泵、泥漿泵、空壓機(jī)和鉆機(jī)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)作業(yè)，同時用儀表控制壓力、風(fēng)量和流量，均達(dá)到預(yù)定數(shù)值后開始提升噴漿管，持續(xù)旋噴和提升，達(dá)到預(yù)期的加固高度后即停止。

（5）樁頭處理：當(dāng)旋噴管提升至樁頂下方1.0m 時，緩速提升旋噴，旋噴數(shù)秒后再緩速提升0.5m，直至提升至樁頂停止。

（6）清洗：向漿液罐中放入清水，使用高壓泵清洗管路和噴漿管頭上的泥漿。

（7）補(bǔ)漿：由于漿液存在析水作用，噴射注漿作業(yè)后，存在不同程度的收縮，使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，此時需采用比例為1∶1 的水泥漿進(jìn)行補(bǔ)灌。

3 結(jié)束語

高壓旋噴樁可用于地基加固，提高地基的整體質(zhì)量，此方式適用于施工場地存在淤泥土質(zhì)等復(fù)雜地質(zhì)條件的樁基工程，樁基承載力滿足設(shè)計要求，作業(yè)較為便捷，適用范圍廣，進(jìn)度得到有效保證，耐久性較好。從完成的工程實際來看，利用高壓旋噴樁技術(shù)對地基加固處理的效果是顯著的，達(dá)到了加固地基的預(yù)期目的，不失為一種高地下水位灌注樁地基處理的有效方法。