高壓旋噴樁施工技術在高鐵站臺地基加固中的應用

王西博

（中鐵十六局集團電氣化工程有限公司，北京 100018）

0 引言

在高鐵站臺建設過程中，地基加固常常采用高壓旋噴樁施工技術。高壓旋噴樁施工時，鉆機鉆入土層，將帶有噴嘴的注漿管送至預先設定好的位置，高壓射流從注漿管噴嘴中射出，借助其切割力對地層中的土體進行沖切破壞。在高壓射流持續噴射的過程中，鉆桿以穩定的速度向上提升，沖切下來的土體與注漿管噴嘴中射出的高壓射流混合，在一定的射程范圍內形成圓柱狀固結體，即是旋噴樁。高壓旋噴樁施工技術能夠有效地加固地基，可以起到止水防漏的效果。

為了高質高效地應用高壓旋噴樁施工技術，本文以中衛高鐵南站站臺地基加固工程為例，探究高壓旋噴樁施工的技術要點及質量控制策略，以期為相關工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 站臺概況

中衛高鐵南站站臺工程位于中衛市馬路灘鎮。中衛南站站臺設計長度為450m，站臺設計寬度為12m，共設置3個站臺，站臺高1.25m。站臺基礎采用旋噴樁進行地基加固，施工起止里程為DK133+435～DK133+885。

1.2 站臺地基土體概況

本站臺工程地基土體自上而下依次為：

（1）新填土：層厚約7.61m。

（2）粉質粘土：層厚約1.4m，成分以黏土為主。

（3）粗圓礫土：層厚約6m，顆粒成分以石英砂為主，顆粒粒徑20～60mm的顆粒約占40%～60%，大于60mm的顆粒約占10%～15%。

2 高壓旋噴樁施工工藝流程

2.1 施工工藝流程簡介

為了確保高壓旋噴樁施工技術能夠順利應用，首先應該結合工程概況，明確施工工藝流程[1-2]。本工程旋噴樁施工技術施工示意圖和施工流程分別見圖1和圖2。

圖1 高壓旋噴樁技術施工示意圖

圖2 高壓旋噴樁技術施工流程圖

2.2 具體施工工藝流程

高壓旋噴樁施工過程主要包括施工準備、測量定位、鉆機就位、鉆進成孔、下注漿管、噴射注漿、回灌漿液和鉆機移位八個環節。

2.2.1 施工準備

（1）開展工程地質勘探。在已有設計和施工資料的基礎上，針對資料中存在的不足，開展進一步的工程地質勘探，主要目的是全面、準確了解施工現場地基土體基本情況和施工環境條件，為后續施工奠定基礎。

（2）進行場地處理。主要內容是清除場地內的各種障礙物，需要特別注意的是對于場地中較為低洼的地方需要用黏性料填實，還應該設置合理的排漿溝。

（3）完成室內配合比試驗。根據高壓旋噴樁施工技術要求以及項目實際情況，在室內開展配合比試驗，并對不同配合比進行效果對比，確定最終的施工噴漿量。

（4）準備充足的水泥加固料和水。主要目的是為了制造水泥漿，為了保障制造的水泥漿能夠充分滿足項目施工需求，同時又不造成浪費，需要對水泥漿量進行精確計算。計算時，一般采用體積法和噴量法，最終取較大值作為水泥漿量[3]。

①體積法：

②噴量法：

式中：Q——需要的噴漿量，m3；

De——旋噴固結體直徑，m；

D0——注漿管直徑，m；

K1——填充率，0.75～0.9；

h1——旋噴長度，m；

K2——未旋噴范圍土的填充率，0.5～0.75；

h2——未旋噴長度，m；

β——損失系數，0.1～0.2；

ν——提升速度，m/min；

H——噴射長度，m；

q——單位噴漿量，m3/m。

（5）開展試樁試驗。試樁試驗是后續全面施工的重要基礎，可以有效保障后續施工質量。該項目在全面施工之前，基于上述流程確定的相關參數設置數根試樁，對試樁效果進行分析，一方面對設計參數進一步進行調整優化；另一方面明確攪拌機提升速度、回轉速度以及壓力等相關參數。

2.2.2 測量定位

該環節主要是通過測量旋噴樁中心點，為樁機準確就位提供數據支持。測量定位主要采用全站儀進行測量，測量完成后為了保障測量定位數據的準確需要再次進行復測，兩次測量數據一致，便可以布設護樁。在高壓旋噴樁施工時要求樁孔中心偏差在5cm以內。

2.2.3 鉆機就位

根據測量定位結果，將旋噴樁機運至目的樁位，然后對設備進行參數調整。首先是整平鉆機，確保立軸轉盤對準樁孔孔位，確保鉆桿垂直地面，角度偏差在1.5%范圍內。樁位對準之后，需要通過定位卡對其進行固定。然后對旋噴樁機的高壓系統以及管路系統進行性能和安全性檢查，確保能夠滿足施工要求。

2.2.4 鉆進成孔

旋噴樁機準備就緒之后，便可以啟動工作模式。正式鉆進之前往往需要進行試噴，再次對旋噴樁機的工作性能和狀態進行檢驗。鉆進過程中，需要密切觀察鉆進狀態，合理控制鉆速，避免發生各種事故。為了避免卡鉆等事故發生影響正常施工進度，需要提前制定各種應急措施，以便發生事故時能夠及時應對處理。在鉆機鉆進過程中，受到地下土質不均勻性影響，鉆孔可能發生傾斜，影響旋噴樁機施工效果。這就需要操作人員定期進行鉆桿垂直度測量、發現傾斜及時校正，有效保障鉆孔垂直。

2.2.5 下注漿管

在鉆至預定深度之后，取出鉆桿，置入噴射注漿管。為了確保噴射注漿管在插入過程中不發生卡殼等故障，需要通過高壓水噴嘴在插管過程中基于一定的壓力進行噴射，通常該壓力不足1MPa。

2.2.6 噴射注漿

噴射注漿管下至預定深度之后便可以沿著由下向上的方向進行噴射注漿。為了確保樁底位置處的噴射質量，同時避免旋噴管發生損壞，在噴射注漿時需要由小到大增加噴射壓力，直至達到預設狀態，同時噴嘴需要在樁底位置處旋轉10s左右，待正常冒漿之后再進行旋噴提升。在旋噴提升過程中需要注意鉆桿的旋轉和提升應該保持同步，不能只旋轉不提升，也不能只提升不旋轉。地下不同深度土質往往存在差異，這就要求操作人員根據實際土質參數合理設置旋噴參數，有效保障施工質量。

2.2.7 回灌漿液

噴射注漿施工結束之后，樁孔中的水泥漿液由于凝固作用體積會變小，同時樁孔中的水泥漿液也會存在不同程度的漏失，導致樁孔中水泥漿液面會出現不同程度的下降。這種情況下需要施工人員持續向樁孔中補充水泥漿液，并進行壓漿施工，直至水泥漿液面不再下降。

2.2.8 鉆機移位

完成當前樁位的施工作業后，需要對注漿泵以及輸送管道進行清洗，并整理當前樁位施工現場，之后移至下一樁位繼續施工。

3 高壓旋噴樁施工要點與質量控制措施

3.1 施工要點

為了確保高壓旋噴樁施工質量，需要重點把控四個要點。

（1）注重注漿工藝。注漿工藝直接影響注漿固結體的質量，施工過程中需要嚴格按照自下向上的方向進行施工，并且施工過程中要保證持續穩定注漿，如果因故發生施工中斷，在重新施工時需要向下搭接超過5m的長度段。

（2）控制水泥用量。水泥用量關系到噴漿壓力以及提升速度等重要參數，因此要確保水泥用量的科學合理，確定水泥用量后，如果出現剩余，則應該適當增加噴漿壓力或者采用大直徑噴嘴，讓更多的水泥能夠噴出，也可以采用降低提升速度的措施；如果出現不足，則應該適當減小噴漿壓力或者采用小直徑噴嘴，減小水泥噴出量，也可以采用增加提升速度的措施。

（3）控制固結體的形狀。通常采用控制旋噴壓力、改變噴嘴方向等來控制固結體的形狀，一方面考慮底部成形，加大底部噴射壓力，并進行重復旋噴；另一方面考慮不同土層具有性質不同，合理調控提升速度，從而保障樁徑整體一致。

（4）注重樁頭部分的處理。在旋噴管接近樁頂位置時，適當降低提升速度進行旋噴，之后再緩慢提升至樁頂，將旋噴漿管提升出地面[4]。

3.2 施工質量控制措施

3.2.1 重視施工方案的編制與優化

在全面、準確掌握旋噴樁施工工藝流程以及施工要點的基礎上，需要進一步重視項目施工方案，主要包括兩個方面。一是科學編制施工方案，在施工前對施工現場環境條件以及地質條件進行全面了解，基于項目技術要求分部、分項編寫方案，在方案完成后需要由專家進行質量把控，然后根據方案內容組織施工。二是對方案及時進行優化調整，在實際施工過程中可能會遇到各種意想不到的情況，比如現場條件難以滿足方案施工需求、施工方案部分參數不合理等。針對這些問題，在施工過程中應該密切跟蹤施工進度，了解方案實施情況，基于實際情況對方案及時進行優化調整，確保施工過程順利開展。

3.2.2 確保工程材料的質量

對于項目采購的各種工程材料，均嚴格執行進場驗收以及取樣送檢制度，確保工程材料質量滿足項目技術要求。對于水泥等外購材料必須具備出廠證、合格證和檢驗證，在進場之后需要進行抽檢，只有在抽檢合格后才能夠使用。同時還應該在施工現場配置專門的工程材料管理人員，確保工程材料質量。

3.2.3 加強施工過程的管理

首先，施工操作人員必須具備專業操作能力，尤其是對于那些技術性和專業性要求較高的工種，所有上崗人員均需具有相應的專業資質以及考核合格證。其次，在施工過程中，實施自檢、互檢、交接檢的“三檢”制度，對各個環節質量進行嚴格檢查，避免發生問題遺漏。再次，在施工過程中，應該明確不同崗位工作人員的權責范圍和工作內容，確保各個工種之間能夠高效有序開展各項工作，實現程序化和規范化施工。

4 結束語

綜上所述，高壓旋噴樁施工過程主要包括施工準備、測量定位、鉆機就位、鉆進成孔、下注漿管、噴射注漿、回灌漿液和鉆機移位等環節。在中衛鐵路南站站臺地基加固工程施工中，不僅嚴格執行了科學的注漿工藝，還十分重視水泥用量、固結體形狀的控制，甚至重視樁頭部分的處理。實踐證明，在把握這些施工要點的基礎上，高壓旋噴樁的施工質量控制還離不開對施工方案編制與優化的重視，離不開對工程材料質量的控制，離不開對施工過程的管理。從施工效果來看，高壓旋噴樁施工技術成樁質量好，保證了施工的質量和安全，在防滲方面也有較好的表現，達到了預期效果。