基于改良攪拌樁機施工高壓旋噴樁的技術研究

陳古龍

（廣州市第三市政工程有限公司）

0 引言

高壓旋噴樁通過高壓泵將水泥漿液噴射到巖土體中，通過高壓射流的作用使巖土體結構破壞并與水泥漿混合。水泥漿硬化后形成整體性好、不透水的固結體，達到加固和防滲的效果。[1]

但傳統的高壓旋噴樁機具有以下缺點：在黏土層、砂層等勻質土層中施工時，施工質量較容易控制，但在較硬的黏土、砂卵礫石層中施工往往比較困難，質量難以保證，[2]施工效率低而成本較高，施工有一定的局限性；傳統的高壓旋噴樁鉆桿細，鉆桿噴出壓力大，導致鉆桿容易擺偏，無法保證樁位準確性以及樁體垂直度；鉆桿需兩米接駁一次，接駁時間長，施工效率低。

為了解決上述問題，提高高壓旋噴樁施工效率及施工質量，依托廣州某市政工程來研究改良高壓旋噴施工技術。提出對攪拌樁機進行改良、設計和制作，形成新型可施工高壓旋噴樁機的機型，并對原有的施工工藝進行優化，形成新型施工工藝。技改后能保證施工工期、提高質量安全、節約投入、便捷施工，達到以最低成本投入，實現最大限度地滿足現場施工需要的目的，為今后的高壓旋噴樁施工提供參考。

1 工程概況及難點

廣州某市政項目的坑底止水樁采用高壓旋噴樁施工，發現有以下難點：

⑴高壓旋噴樁數量大，但常規高壓旋噴樁施工效率慢。

本工程的高壓旋噴樁坑底止水樁沿線1.771km需處理，其中，有834m 寬度為14m，937m 寬度為12m。按φ500@750×750 高壓旋噴樁計算，基坑寬度為14m 每延米存在高壓旋噴樁根數為19 根，834 延米總共為21134 根；基坑寬度為12m 每延米存在高壓旋噴樁根數為16 根，937 延米總共為19984 根；坑底止水樁總共為41118 根。高壓旋噴樁數量多，如果常規高壓旋噴樁1天完成20 根，采用10 臺機械，需206 天，即需要6 個多月，影響了施工工期。

⑵復雜地質情況下常規高壓旋噴樁施工質量差。

傳統高壓旋噴樁工法適用于素填土、粉土、黏土等一般地層，遇到砂石層、卵礫石層，以及硬塑土等復雜地層時則無法鉆進或產生樁位偏移。本項目地質特殊，部分地段存在較硬的黏土、較厚的粗砂層，施工質量難以保障。

為了解決上述問題，提高高壓旋噴樁施工效率及施工質量，提出改良高壓旋噴樁機，對原有的施工工藝進行優化，形成改良的高壓旋噴樁施工新工藝。

2 高壓旋噴樁機改良

2.1 改良原理

高壓旋噴樁機成樁動力主要靠是鉆桿、鉆頭、噴漿眼及高壓水泥漿等，旋噴樁改良主要也是改良施工動力。改良主要分為兩部分：一部分是本身機身改良。把常規高壓旋噴樁機架改良為攪拌樁機機架，可以減少常規高壓旋噴樁機每次接駁鉆桿的時間，提高施工效率；第二部分是鉆頭及噴漿孔的改良，提高鉆頭鉆進能力，縮小噴漿孔，在相同噴漿情況下，噴漿強度提高。即結合攪拌樁機垂直度高、無需接駁鉆桿等優勢，以及高壓旋噴樁機可達到高壓切割土體成為水泥土墻的優勢，利用現有攪拌樁機，根據高壓旋噴樁機的特性，卸掉攪拌樁原鉆頭，改良為自行設計的高壓旋噴樁鉆頭，通過改良的鉆頭及施工工藝，形成新型可施工高壓旋噴樁的攪拌樁機。見圖1。

圖1 攪拌樁機架示意圖

2.2 制作高壓旋噴樁鉆頭

常規的高壓旋噴樁鉆頭采用普通鑄鐵材料，鉆頭根部采用“三叉牙式”鉆齒。而改裝攪拌樁機主要是鉆頭部分，采用高強度合金鋼焊接成三角形鉆頭[3]。為了在硬黏土、砂卵礫石層等復雜地質更好地切削土體，本次改良是將鉆頭改成“三叉鋸齒式”鉆齒，鉆齒采用鈦合金材料，確保鉆頭具有足夠的強度可適應復雜地質。

常規攪拌樁噴漿眼范圍為1～2cm，而常規高壓旋噴樁樁機噴漿眼范圍為2～4mm，要將攪拌樁噴漿眼從常規的1～2cm 改良至2mm；規范中要求不小于20MPa壓力[4]，因此改良后的攪拌樁機也需達到高壓旋噴樁20MPa 的噴漿壓力。攪拌樁機的機架結構不變，卸下攪拌樁鉆頭，參考高壓旋噴樁樁機的噴漿眼形狀及噴漿口范圍和鉆頭形狀，制作成可與攪拌樁機配套的高壓旋噴樁鉆頭。在鉆頭制作中確保噴漿口范圍為2mm，鉆頭比常規高壓旋鉆桿鉆頭大5cm，鉆頭中的鉆筒采用鑄鐵管材料，鉆齒采用鈦合金材料，以確保鉆頭有足夠的鉆進強度。見圖2。

圖2

3 改良機械的應用

3.1 高壓旋噴樁的布置

本工程坑底止水采用高壓旋噴樁，基坑支護樁采用拉森鋼板樁，坑底止水樁高壓旋噴樁布置圖見圖3。

圖3 高壓旋噴樁布樁圖

針對深基坑支護縫隙漏水，可以在支護樁背面施打高壓旋噴樁，以高壓旋噴樁作為掩體，封死水的流通路徑路徑，達到止水的效果。

⑴開挖前施打鋼板樁過程中，發現鎖口分開，在基坑外側施打高壓旋噴樁封堵漏水部位(見圖4)；

圖4

⑵止口調整部位，在鋼板樁施工完成后，在對應部位施打高壓旋噴樁，再進行開挖(見圖5)；

圖5

⑶轉角部位屬于薄弱部位，經常發生漏水現象，可以先開挖，如果發現有漏水現象，則采用高壓旋噴樁封堵止水。分為陰角轉角和陽角轉角兩種不同類型(見圖6)；

圖6

⑷在鋼板樁與SMW 工法樁或鋼板樁與灌注樁銜接處經常發生漏水現場，預先在接縫處施打高壓旋噴樁止水處理(見圖7)。

圖7

3.2 改良機械操作流程及施工工藝

新型改良攪拌樁機施工高壓旋噴樁機的施工方法包括以下步驟：

⑴測量定位。

先整平場地，按上述組裝完成攪拌樁機后，再依據控制樁和施工布樁圖，準確放出旋噴樁的孔位。

⑵鉆機就位、鉆孔。

根據現場放線移動鉆機，使鉆桿頭對準孔位中心。同時為保證鉆機達到設計要求的垂直度，鉆機就位后必須作水平校正，使其導向架中的鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心位置，垂直度控制按攪拌樁鉆桿導向架控制垂直度不超過1/150，保證鉆孔垂直度，確保樁位偏差。鉆進成孔，孔徑按設計要求為φ500mm 或者φ600mm，平面位置偏差不得大于50mm，采用原土造漿護壁。

⑶鉆孔、試噴。

啟動攪拌機電機，放松攪拌機吊索，使攪拌機沿導向架攪拌切土下沉，下沉速度可由電機的電流監測表控制，工作電流不應大于70A。如果下層速度太慢，可從輸漿系統補給清水以利鉆進。鉆孔至設計標高，旋噴管及鉆桿已在鉆桿導向架上，進行試噴，確定施工技術參數。為保證施工質量須進行試樁，以校驗和確定施工工藝參數是否合理。如本工程樁徑500mm 單管高壓旋噴樁進行封底時，水泥用量為200㎏/m，工作壓力≥20MPa，實樁長為5m，旋噴樁底至地面高達13.4～16m，空樁長8.4～11m，通過試樁，確定成樁直徑為500mm 的高壓旋噴樁施工工藝參數如下：

注漿管：提升速度為20㎝/min；漿液壓力：20MPa；流量>60L/min，水灰比：1:1。

⑷樁機噴注漿。

⑸廢棄漿液處理。

⑹沖洗機具。

⑺移動旋噴機具至下一孔位。

4 結論

本項目通過改良攪拌樁機施工高壓旋噴樁，具有如下優點：

⑴施工效率快。普通高壓旋噴樁樁施工時，每2m 需接駁鉆桿，且需配2 人接駁鉆桿；新型攪拌樁機施工高壓旋噴樁不需接駁鉆桿，不需配2 人接駁鉆桿，操作簡便，節省人力及時間成本。

⑵成樁垂直度高。按攪拌樁樁機導向架控制垂直度比普通高壓旋噴樁機按鉆桿接駁垂直度要高，確保了施工樁基的成樁質量。

⑶成樁質量好。可以發揮攪拌樁機鉆桿的動力以及高壓旋噴樁機旋噴的動力，確保砂或土和水泥漿液充分攪拌混合成樁，單管高壓旋噴樁改良攪拌樁機可達到雙管高壓旋噴樁樁機的施工效果。

【參考文獻】2000.

[2] 張齊焰,高瑩.高壓旋噴樁防滲技術在卵石混砂土層中的應用[J].科技視界,2016（18）：196-199.

[3] 蔡桂標.特殊條件下旋噴樁止水帷幕施工技術及成樁質量分析[J].廣東土木與建筑,2018，25（08）：26-28.

[4] JGJ 79-2012 建筑地基處理技術規范［S］.