公路基坑高壓旋噴樁施工技術

李思琦

（承德盛達高速公路養護有限公司，河北承德 067000）

0 引言

隨著國民經濟的發展，公路橋梁建設項目日益增多，目前公路深基坑常采用高壓旋噴樁、水泥土攪拌樁等進行止水加固處理，但效果不理想，無法徹底解決軟土基坑開挖過程中易出現的管涌等問題[1-2]。為有效解決公路砂土基坑坑底涌水、涌砂問題，采用高壓旋噴樁加固技術對基坑進行封底加固[3]。高壓噴射樁是將高壓水力噴射切割技術和化學注漿技術相結合，用于地基加固止水的一種施工工藝[4]，對公路基坑高壓旋噴樁施工技術進行分析具有重要的意義。

1 工程概況

某公路砂土基坑自基坑底板以下地層分別為中砂、粉細砂、礫砂、粉質黏土、粗砂，圍護結構樁底位置地層為粉質黏土、粉細砂、粗砂。由于傳統的樁基在地下30 m 以下區域成樁效果難以保證，故在樁底采用高壓旋噴樁滿堂加固，加固深度為圍護樁底以上3 m 范圍，加固區域約在地面以下34 m 范圍。該公路項目高壓旋噴樁加固直徑為2400 mm；樁間距為1800 mm×1600 mm，水泥摻量為1000 kg/m3，水灰比1∶1，成樁垂直度偏差不大于1/200。

2 高壓旋噴樁施工工藝

2.1 工藝原理

高壓旋噴樁是以工程鉆機的鉆孔為先導孔，并將注漿管插進特定土層深度中，之后再利用高壓流噴射出水泥漿，沖擊與切削土體。土體受到高壓噴射流的作用，出現強度破壞，并從土層當中剝落顆粒，和水泥攪拌，并慢慢形成水泥漿液[5]。其中部分顆粒會隨著漿液慢慢冒出地面，其他的土顆粒在沖擊力與重力的作用下，根據漿土比例與質量大小規律排列。從上到下持續的噴射注漿，混合漿液逐漸凝固之后，會在土層當中慢慢形成固結體。其和土體之間共同承受載荷，在共同作用之下形成復合地基。基本原理為固結體變形量較小，土體變形量較大，共同載荷作用之下，土體壓縮會增大，受力會慢慢減小，固結體變形比較小，載荷會慢慢增大。

高壓旋噴樁加固工藝首先利用可達20 MPa 壓力的上段超高壓水和可達1.05 MPa 壓力的壓縮空氣噴射流體，對周圍土體結構進行切削破壞，然后再利用可達40 MPa 壓力的超高壓水泥漿液和壓縮空氣噴射流體擴大切削范圍，水泥漿液與被破壞的土層或砂層經過混合攪拌形成具有一定止水效果和強度的水泥加固柱體，形成高壓旋噴樁[6]。

2.2 施工特點

2.2.1 注漿壓力高，成樁深度大

最大噴射水泥漿壓力可達40 MPa，最大噴射水壓力可達20 MPa，且壓力參數可根據需求進行調整，可以更好地切削破壞土體，擴大攪拌加固直徑，成樁直徑最大能達到3.5 m，通過2次切削土層，實現水泥漿液和土體顆粒均勻充分攪拌。其設備鉆桿分節連接，最大鉆進深度可達60 m，可以形成高深度、大直徑的加固樁體[7]。

2.2.2 加固范圍和角度適用性強

高壓旋噴樁不僅可以垂直施工，還可以傾斜鉆孔注漿加固，適用于一些特殊區域的地基處理，而且可以實現任意角度的噴射加固。

2.2.3 泥漿污染少，環境影響小

高壓旋噴樁產生的泥漿是通過土層與護壁或鉆桿的空隙，通過氣升排放至地面集中處理，大幅減少泥漿污染，同時該設備噪聲小，對周邊環境影響小，文明施工有保障[8]。

2.2.4 地層適應性強

高壓旋噴樁不僅可用于砂土地層，還可以用于填土、黏性土、淤泥質土、粉土等易與水泥漿攪拌加固的地層。

3 高壓旋噴樁施工技術

高壓旋噴樁施工主要包括地面平整、測量定位、引孔施工、套管下放、鉆桿下放、噴射試驗、噴射注漿、鉆桿提出等施工工序。

3.1 地面平整

進入施工現場前，需提前清理地面及地下障礙物，并進行場地平整，確保地基承載力符合設備要求，確保樁機無傾覆可能，以保證成樁質量及施工安全。并且有必要對管道進行檢查，及時清理施工現場的地面，然后進行夯實和平衡，以滿足地面平整的要求。

3.2 測量定位

所有高壓旋噴樁都應進行統一編號，將用過的鉆床放置在預定的孔位置，使鉆桿頭與孔位置的中心對齊。同時，為了確保井的垂直性以滿足設計要求，需要在安裝鉆床后進行水平修正，使鉆桿軸線與井的中心垂直對齊。

3.3 引孔施工

引孔位置必須嚴格符合測量定位，垂直度誤差控制在1/200范圍內。確保孔底標高滿足設計深度，引孔深度略比設計深度深0.5 m 以上。

3.4 套管下放

引孔垂直度達到要求后，利用吊車將套管下放到設計深度。首先測量套管的長度，并測量噴嘴中心線是否與套管方向一致。

3.5 鉆桿下放

利用吊車將鉆桿下放至套管內，直至達到預定設計深度。首先將超高壓旋噴鉆機就位、對中，并調整水平和垂直度。逐節拼接下放鉆桿至設計標高，單節鉆桿長度1.5 m，拼接下放每節鉆桿時需檢查鉆桿的密封件是否完好，對密封件有磨損的及時更換。下放鉆桿到設計標高后，連接好噴漿用的3 根高壓管水泥漿管、氣管和水管，必須連接牢固緊密。

3.6 噴射試驗

布置安放好抽廢漿液的漿泵和泥漿管，并檢查抽漿泵是否正常工作。所有準備工作做好后，即可利用高壓水泵切削土體進行噴射試驗。通過現場試驗確定滿足設計樁徑的施工參數（噴嘴直徑、提升速度、旋轉速度、噴射壓力、噴射流量、復噴遍數等），試驗完畢后開挖檢查，獲得灌漿影響半徑、樁形等。生產性試驗可根據不同的地質條件，在同一個試驗區采用不同的參數進行試驗。

3.7 噴射注漿

在噴射注漿之前，應調整注射方向和傾斜角度并采取措施，防止噴嘴堵塞。在進行噴射試驗后，并復核確認相關參數和設備可靠性之后，開始提升噴射注水泥漿液，嚴格控制鉆桿提升速度和注漿壓力，不得發生斷漿現象。噴射管道達到規定深度后，打開污泥泵，從下而上進行旋轉注入，清洗和卸載污泥。噴射時，先達到規定的噴涂壓力，然后噴射后緩慢抬起旋轉噴嘴，有效防止旋轉噴嘴脫落。為了保證樁基礎的質量，噴嘴下降到規定深度時，必須在原始位置旋轉10 s，然后再進行噴射注漿。

3.8 鉆桿提出

噴射注漿至設計高度后，將鉆桿提出并予以沖洗保養，樁機移位至下一位置繼續施工。

4 高壓旋噴樁施工質量控制

高壓旋噴樁施工前質量控制內容主要包括以下6 個：①水泥、懸浮劑和加速器等原材料的檢查；②水泥漿所占比例，確定其是否符合當地實際施工要求；③檢查設備是否正常，檢查高壓噴嘴擠壓設備、地質鉆機、高壓污泥泵等，并保證鉆桿、鉆頭和導向器的運行平穩；④檢查噴淋過程是否符合地質條件，應進行試射，探測次數不應少于2 個孔，并且可以在探測過程中相應地設置參數；⑤檢查地下障礙物，確保鉆井打樁符合具體要求；⑥檢查樁身位置和流量計的精度和靈敏度。

施工過程中的質量控制內容主要包括以下6 個：①鉆桿的垂直性和鉆具的定位；②鉆孔速度和沉速等；③噴嘴擠壓壓力、噴射混凝土的速度和數量；④鉆孔位置處的泥漿狀態；⑤分段吊裝過程中噴嘴高度和重疊長度下降；⑥施工記錄。

5 檢測效果

根據設計要求，應對加固體進行強度和滲透系數檢測，規范要求28 d 無側限單軸抗壓強度大于4 MPa，滲透系數小于1×10-6cm/s。現場經監理旁站取芯送檢，28 d 無側限單軸抗壓強度檢測結果見表1，滲透系數檢測結果見表2。

表2 滲透系數檢測結果

由表1 可知，檢測部位的28 d 無側限單軸抗壓強度均大于4 MPa，滿足設計要求。由表2 可知，檢測部位的滲透系數小于1×10-6cm/s，滿足設計要求。說明該項目高壓旋噴樁成樁效果良好，上述施工參數合理可行。

6 監測情況

該基坑周邊地表和建筑物自竣工以來開始監測，每間隔一周記錄一次地表和周邊建筑物的沉降值，周邊建筑物繼續持續監測半年后數據基本穩定為止。其中地表沉降最大值為12.9 mm，周邊建筑物沉降最大值為11.4 mm，均小于設計要求的30 mm。

7 結束語

高壓旋噴樁應用于公路砂土基坑封底加固，基坑開挖前提前15 d 進行基坑封閉降水施工，基坑開挖時基坑土方含水量小，坑底較干燥，有效地隔斷了地下水滲流，未出現涌水、涌砂等情況。基坑開挖過程中圍護結構穩定無預警，周邊建筑物也無監測預警情況，監測數據均小于設計及規范要求。表明該高壓旋噴樁加固效果顯著，可為其他類似工程項目提供經驗與借鑒。