高壓旋噴樁局部斷面封底減滲加固基坑施工關鍵技術研究

劉強，劉建國，梁毅飛

（1.中鐵七局集團第三工程有限公司，陜西 西安 710032；2.西安建筑科技大學土木工程學院，陜西 西安 710055）

0 引言

目前，高壓旋噴注漿加固技術已相對成熟，其在地基加固方面取得了良好的應用效果。楊燕中等[1]以廣州某典型巖溶地基場地高層建筑項目為依托工程，采用高壓旋噴樁加固方案，通過實際檢驗結果論證了地基處理方案的合理性。曾金聰[2]結合某醫院綜合樓深基坑支護結構工程實例，說明了三重管高壓旋噴作為止水帷幕效果良好。唐君、閆雙躍等[3]結合某土釘墻支護基坑加固工程，參考水泥攪拌樁內插H型鋼的SMW工法的特點，在高壓旋噴樁中進行H型鋼內插，一方面有效阻止泥炭質土的流失問題；另一方面保證基坑支護結構的承載力和變形控制要求，結果表明高壓旋噴注漿加固技術在基坑加固工程中發揮著重要的作用。胡曉虎、川田充等[4]通過分析RJP高壓旋噴工法的特點，并結合日本京都高速公路1號線鴨東線連接通道工程應用實例，在基坑開挖后無滲水或漏水現象發生，其樁身強度及抗滲能力均滿足工程要求，說明高壓旋噴樁加固技術具有高效的隔水和加固效果。本文通過分析福州濱海快線閩都站富水含泥砂層中高壓旋噴樁施工實例，對高壓旋噴樁水平封底止水帷幕在富水含泥砂層深基坑中的應用進行研究，總結漿液水灰比、噴口壓力、旋噴提升速度等關鍵施工參數以及關鍵技術，為類似地層的高壓旋噴樁施工提供經驗及參考。

1 工程概況

1.1 工程背景

福州濱海快線（F1線）閩都站地鐵車站工程位于福州市鼓樓區福馬路與六一北路交叉口南側，沿六一北路南北向敷設，地處城市繁華地段，交通壓力大且周邊建（構）筑物較多，主要為居民區、商業辦公樓等。車站為地下二層島式站臺車站，雙層兩跨箱形框架結構（局部三跨），車站總凈長346.7m，標準段總凈寬22.4m，覆土平均厚約 3.0m，埋深約17.6m～19.4m。

1.2 地質水文情況

車站基坑范圍內土層主要為<1-2>雜填土、<2-4-1>淤泥、<2-5>（含泥）中砂，基底以下土層主要為<3-2>（含泥）中砂、<4-3>含泥砂礫、<4-1-1>粉質粘土、<4-8>（含泥）卵石、<7-1>砂土狀強風化花崗巖，基底位于含泥中砂地層。

地下水按埋藏條件分為上層滯水、潛水、承壓水三種類型，其中人工填土中地下水主要為上層滯水，其透水性一般，主要為大氣降水及地表水補給，水位變幅一般為2m～3m；潛水主要為松散巖類孔隙潛水、風化巖孔隙裂隙潛水，含水層與地表水體水力聯系密切，富水性強，屬中等～強透水層；隔水頂板為粉質粘土、淤泥、淤泥質土，中砂層中的地下水多具有承壓性，為孔隙承壓水。車站范圍內的各含水地層水位表如表1所示，工程地質局部剖面圖如圖1所示。

圖1 工程地質局部剖面圖

車站范圍內的各含水地層水位表 表1

2 高壓旋噴樁施工技術

2.1 工作原理

三重管高壓旋噴法采用360°旋轉的噴嘴將高壓水和空氣射入土體中，持續對土體進行切割攪拌，當注漿管下降至加固區域后，水泥漿從另一個噴嘴中噴出，與周圍被破壞的土體混為一體，形成連續搭接的水泥加固體。這是一種利用高壓噴射水切割土體并用漿液混合加固的施工方法，由于高壓噴射，所以噴射距離遠，切削能力強，廢土排除效果好，而且該方法施工占地少，振動小，噪音較小，適用于基坑底部減滲加固施工[5]。

2.2 工藝流程

三重管法旋噴的工藝流程是先測量放樣，確定樁位后用引孔鉆機進行引孔，引孔結束后進行三重管高壓旋噴工作，往注漿管中先送入高壓水，當注漿管到達設計深度后送入水泥漿和壓縮空氣，然后逐漸提起注漿管，同時必須保證注漿管分段搭接長度不小于100mm，當旋噴作業施工至設計高度或者地面出現泥漿溢出現象時，應當立即停止此樁的旋噴作業，具體高壓旋噴樁施工流程見圖2所示。

圖2 高壓旋噴樁施工流程圖

①樁位放樣：高壓旋噴樁施工之前，使用測量儀器進行放樣，標記旋噴樁施工的控制點，即高壓旋噴樁的中心點，經過再一次的測量一致后，用釘子現場標定樁的位置，一樁一釘，保證樁的中心點移位偏差小于50mm。

②修建水泥漿拌制和排污系統：水泥漿拌制系統為了方便取材，節約場地，一般布置在水泥罐周圍，其主要由攪拌桶、儲漿桶和輸送管道等組成；高壓旋噴樁在施工時會發生返漿現象，大約會冒出10%～20%的泥漿，將廢漿通過管道或排漿溝引入沉淀池中分級沉淀，沉淀后的清水按照場地排水方式正常排放，沉淀后的泥土則用泥漿車裝運外棄[6]。

③鉆機就位：鉆機就位后，需要將鉆機對準樁位，然后調節鉆機使其保持穩定，保證移位偏差小于50mm，鉆孔過程中應保持鉆桿垂直，故還需調整樁機的垂直度，保證鉆孔垂直度偏差小于1%[7]。

④引孔鉆進：鉆機施工前，可以選擇使用油漆在鉆塔旁標記深度線作為參照，以保證鉆桿長度滿足高壓旋噴樁的設計深度要求；正式施工前應在地面進行試噴，調試空壓機和高壓泵等設備，在機械設備試運轉正常后，開始引孔鉆進；鉆孔過程中相關人員要認真填寫施工記錄表，確保成樁深度和樁底標高符合設計要求。

⑤拔出巖芯管、插入注漿管：鉆機導孔達到設計深度之后，需要將巖芯管換為注漿管，在插入注漿管的過程中，噴射工作也在同步進行，以避免泥砂堵塞噴嘴，此時水壓不得超過1MPa，以避免壓力過高，破壞孔壁的完整性。

⑥旋噴提升：注漿管下降至設計位置后，開啟泥漿泵噴射水泥漿，當噴射壓力和噴漿量達到設定的參數值后逐漸提升注漿管，由下往上360°旋噴；樁底是非常重要的部位，為了保證其質量，應在其1m范圍內增加旋噴時間，待孔口冒漿正常后再旋噴提升；高壓旋噴應連續進行，不得中斷，若中途發生故障，應立即停止施工，并修理排除故障，防止斷樁。

⑦鉆機移位：當一根高壓旋噴樁施工完成后立即停止旋噴，提升注漿管至地表，清洗注漿管及輸送管道，以免被水泥漿堵塞管道，然后移動鉆機開始下一根高壓旋噴樁的施工。

⑧回填灌漿：噴射結束后，水泥漿不斷析水固結，漿面隨之下降，應及時向孔內補充水泥漿液，采用自流回灌，直至液面不再下降為止。

2.3 施工重難點分析

閩都站由于<3-2>(含泥)中砂與<4-3>(含泥)礫砂之間<4-1-1>粉質黏土層缺失，<2-5>(含泥)中砂、<3-2>(含泥)中砂、<4-3>(含泥)礫砂、<4-8>(含泥)卵石聯合形成的含水層，各層存在水力聯系，該承壓水層對工程建設的影響較大，特別是對樁基施工和基坑開挖有較大影響。根據本站基坑地層特點，基坑采用小里程端至車站中部連續墻+高壓旋噴樁水平封底方式的止水，車站中部至大里程端采用地連墻落底進入隔水層處理承壓水，基坑內設置降水井疏干降水。

本工程線路位于城市繁華地段，其中閩都站位于六一中路主干道上，為滿足交通改道要求，采用半蓋挖方式施工，由于半蓋挖車站施工作業面狹小，施工設備多，因此應合理安排場地布置及施工順序。

2.4 質量保證措施

為保證高壓旋噴樁的施工質量，根據施工條件、設計要求和相關行業規范，需要采取以下質量保證措施來達到施工質量目標。

注漿管下放前，應在地面進行射水實驗，待氣壓和漿液壓力正常后，才能下注漿管施工。

在高壓旋噴樁施工過程中，應每隔兩個孔進行施工，以防止相鄰高壓旋噴孔施工時發生串漿現象，并且相鄰旋噴樁的施工時間間隔不得少于12h。

施工現場應配備比重計，每天量測漿液比重，嚴格控制水泥用量。灰漿應攪拌均勻并過濾，噴漿過程中應連續攪動漿液，以防止水泥沉淀。

嚴格控制噴射漿液的提升速度，其提升速度應小于12cm/min。噴漿過程應連續均勻，若噴漿過程中排放壓力突然升高或降低，出現大量冒漿、串漿等異常現象時，應及時提鉆出地表排除故障，復噴接樁時應加深0.4m重復噴射接樁，防止出現斷樁。

高壓旋噴樁完成后，應選擇含有較多水泥漿的孔口返漿回灌，以防止漿液凝固后體積收縮和樁頂面下降，確保樁頂標高符合設計要求。

為保證注漿管的順利安放，引孔直徑采用150mm成孔，巖芯管長度不小于2.0m。穿過砂層時，采用濃泥漿護壁成孔，必要時可下套管護壁，以防垮孔。

3 試驗分析研究

3.1 試驗參數

本次試驗共設3根試驗樁，樁號分別為 1112、1060 和 1008，設計樁徑1.2m，設計樁長3m，具體試驗參數見表2所示。

試驗參數表 表2

上述表格中3根試驗樁參數均一致，其中前2根樁成樁深度均為32.795m，樁底標高為-26.795m，第 3根樁成樁深度為32.803m，樁底標高為-26.803m。

3.2 試驗分析

本次試驗對1060號樁加固段不同高程進行檢驗，芯樣實照見圖3所示，按照規范《建筑地基檢測技術規程》（DBJ/T13-146-2012），結合芯樣的完整性，最終從不同地層試樣進行強度分析，受檢樁芯樣柱狀描述見表3所示，試驗結果見表4所示。

圖3 高壓旋噴樁加固段芯樣圖

鉆芯柱狀描述表 表3

芯樣抗壓強度試驗結果匯總表 表4

通過檢測可知，高壓旋噴工藝在富水含泥砂層中具有良好的成樁效果，樁身完整性較好；樁體強度較高，樁身取芯抗壓強度代表值為1.64MPa，波動幅度不大，最終通過試驗參數及施工經驗得到實際施工參數見表5所示。

實際施工主要參數 表5

3.3 施工效果

對本工程基坑處理關鍵區域進行鉆孔取芯，檢驗芯樣強度。通過對30根高壓旋噴樁采用鉆芯法進行檢測，其完整性均為Ⅰ類，即水泥土芯樣連續、完整，攪拌紋理清晰、無水泥粒塊，芯樣側面表面較光滑，芯樣呈長柱狀、斷口基本吻合，檢測結果見圖4所示。

圖4 芯樣抗壓強度代表值

由圖4可知，本次檢測最大抗壓強度代表值為1.56MPa，最小抗壓強度代表值為 1.37MPa，平均值為 1.48MPa，方差為0.002607931，離散程度小，均遠大于符合設計要求的1.0MPa。通過上述試驗結果可知，樁身強度高，芯樣完整性、連續性好，均滿足質量要求，這證明經過高壓旋噴樁加固處理后，地基的完整性和穩定性得到顯著提高。

4 結語

針對高壓旋噴樁局部斷面封底減滲加固基坑施工，根據本次現場試樁試驗及取芯檢測可知，在施工時保持水泥漿壓力35MPa、水壓35MPa、旋噴提升速度12cm/min，并采取質量保證措施，加固質量高，地基的完整性和穩定性得到顯著提高，地基處理工藝合理可行，可為相關地層地基處理提供經驗和參考。