基于高壓旋噴樁的超限深危基坑加固技術優化與應用效果

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.030

摘 要：為提高超限深危基坑材料修復加固的效果，提出基于變形監測的超限深危基坑材料修復加固措施研究。在變形監測數據的基礎上，以高壓旋噴樁技術進行基坑修復加固。通過進行施工準備、樁位放樣、鉆機就位及鉆孔、灰漿制作、旋噴和復攪、沖洗及移動設備等一系列步驟完成高壓旋噴樁技術對于超限深危基坑的修復加固。結果表明，采用所提方法深基坑沉降變形小，在降雨較少的春季，其沉降值在0.24 cm以下;在降雨較多的秋季，其沉降值在0.90 cm以下，均嚴格控制在規定值以內。所提方法可滿足超限深危基坑加固工程施工處理需要，能有效完成對基坑的修復加固處理，提高基坑加固工程質量，為基坑加固提供可靠價值參考。

關鍵詞：超限；高壓旋噴樁；加固

中圖分類號：TU472.3⁺6;TQ336.9" " " "文獻標志碼：A" " " "文章編號：1001-5922（2024）02-0112-04

Optimization and application effect of overrun deep danger foundation pit reinforcement technology based on high-pressure jet grouting pile

YANG FUrong

（No.9 Construction Group Co.，Ltd.，of Shaanxi Construction Engineering Group，Xi’an 719000，China）

Abstract：In order to improve the effect of repair and reinforcement of the overrun deep danger foundation pit materials，the research on repair and reinforcement measures of overrun and deep danger foundation pit materials based on deformation monitoring was proposed.On the basis of deformation monitoring data，the foundation pit was repaired and reinforced by high-pressure jet grouting pile technology.Through a series of steps such as construction preparation，pile setting out，drilling rig positioning and drilling，mortar production，rotary spraying and remixing，flushing，and moving equipment，the high-pressure rotary spraying pile technology was completed for the repair and reinforcement of overrun deep danger foundation pits.The research results showed that the proposed method had small settlement deformation in deep foundation pits.In spring with less rainfall，the settlement value was below 0.24 cm，and in autumn with more rainfall，the settlement value was below 0.90 cm，all of which were strictly controlled within the specified values.The proposed method can meet the construction needs of the overrun deep danger foundation pit，effectively complete the repair and reinforcement treatment of the foundation pit，improve the quality of the foundation pit reinforcement engineering，and provide reliable value reference for foundation pit reinforcement.

Key words：overrun;high pressure jet grouting pile;reinforce

近年來城市化進程越來越快，人們對地下空間的利用和開發也日益加強，越來越多的高層建筑、地下車庫、商業中心等大型建筑工程需要進行深基坑開挖，基坑設計施工也越來越困難，在基坑施工過程中往往會由于各種不利因素的同時產生導致基坑的變形和失穩，目前對基坑修復加固成為了深基坑工程面臨的重大問題。而傳統的加固方法，如加固鋼支撐、注漿加固、錨固加固等方法，在某些特殊情況下往往難以滿足超限深危基坑的加固要求，同時，由于加固方法施工周期長、造價高等缺點，也給工程建設帶來一定的不便和經濟負擔。因此，為提高超限深危基坑材料修復加固的效果，提出基于變形監測的超限深危基坑材料修復加固措施研究。在變形監測數據的基礎上，以高壓旋噴樁技術進行基坑修復加固，提高超限深危基坑材料修復加固的效果，增強基坑加固工程質量，為基坑加固提供可靠價值參考。

1"研究項目工程概況

本研究以陜西省某市 “三館”（展覽館、圖書館、博物館）項目為例，該項目位于該市高新區，共占地約20 ha，采用地下加地上的整體結構形式，其中地上部分5層，地下部分有1層和2層2種，項目建筑面積共計22.01萬m²。博物館為該項目中建筑難度最大的工程，其建筑面積為7.6萬m²，分為展區、庫房、辦公等多個區域。圖書館建筑面積5.98萬m²，分為閱讀區、辦公區、生活區等6部分。展覽館建筑面積約5萬 m²。

1.1"項目施工概況

本項目基坑屬于臨時工程，基坑設計使用年限為18個月，基坑開挖與支護在2013年7月動工，當年11月基坑開挖至設計標高;但由于種種原因，基坑完成后未進行結構施工，其一直處于裸露狀態至2018年7月，已經超出設計使用年限，屬于超限基坑^[1]。

從基坑規模看，基坑前期采用支護樁設計并用混凝土噴射砂漿混凝土封閉裸露土層方法，開挖深度14 ～18 m，從開挖深度考量，已經遠大于8 m，因此本工程屬于深基坑工程^[2]。從基坑破壞后危險性分析，基坑北部及東部分別為沙河路及明珠大道，是城市主干道，車流量較大，基坑破壞后會帶來嚴重的經濟損失和人員傷亡，因此屬于重大危險源。基坑東、北兩側在原來施工中做了土體反壓處理，反壓高度8 m，寬6 m^[3-4]。經過動態設計后，最新基坑深度為6 m，因此采用細砂對超挖部分進行回填處理，細砂各項指標應符合回填要求。

以上情況表明，該基坑工程的加固和處理屬于超限深危基坑的處理，在進行工程施工前必須進行安全論證和技術方案審核以確保施工安全。基坑東、北兩側支護現狀如圖1、圖2所示。

1.2"項目存在的問題及修復加固措施

（1）原設計基坑為臨時工程，設計使用年限為18個月，基坑暴露時間已經達到5年，嚴重超限，基坑圍護結構體系工作情況不明確^[5-6];

（2）由于基坑防排水體系已年久失修，基坑已經出現了不同程度的水害，如地表隆起裂縫，基坑周邊空洞等;

（3）基坑回填過程中機械車輛在周邊給基坑施工臨時荷載，對結構安全性影響未知，需討論實施。

2"超限深危基坑材料修復加固方法

2.1"實驗原料和儀器

實驗所使用的主要原材料為級配42.5的普通硅酸鹽水泥，質量分數為96.0%，初凝時間為46 min，28 d強度為43.6 MPa；路面瀝青密度為1.3 g/cm³，黏度為150 Pa·s，軟化點為70 ℃；廢舊輪胎；酚醛樹脂助劑；碳纖維增稠劑。

實驗所使用的實驗器材主要有：YZSL-30型瀝青加熱缸，德州飛騰筑路設備有限公司；YG-180型開槽機，湖州四聯機械設備有限公司；YLXC-3010型多功能水泥漿體攪拌站，常州宏信電子設備有限公司；ZF-1型雙軸攪拌機，湖南長沙瑞強機械制造有限公司；ZD-CF-B型沙石吹風機，曲阜市正達農業機械制造有限公司；HG-3002LCD型熱風槍，深圳市固特工具有限公司；HK-006型鉆機，山東弘礦機械設備有限公司；BW型注漿泵，鄭州磐石支護設備有限公司。

2.2"材料的制備

2.2.1"橡膠改性瀝青的制備

將廢舊輪胎去除金屬、纖維等雜質，然后將輪胎切成適當大小的顆粒狀物料。同時，將瀝青加熱到170 ℃，之后將瀝青和輪胎顆粒放入混合桶中，經高速攪拌使瀝青和輪胎顆粒充分混合。該步驟中可根據需要添加適量的酚醛樹脂助劑和碳纖維增稠劑，以調整混合物的性能^[7-8]。將混合好的物料加入YZSL-30型瀝青加熱缸中，經過高溫熔融，使橡膠顆粒充分分散在瀝青中，該過程中的溫度控制在180～200 ℃，時間為50 min。將熔融混合好的橡膠改性瀝青進行過濾，去除其中的雜質和顆粒，然后進行包裝，以備使用。

2.2.2"灰漿制備

根據水灰比1∶1添加級配42.5的普通硅酸鹽水泥，采用YLXC-3010型多功能水泥漿體攪拌站做好攪拌工作，測定泥漿比重，根據設計要求適當添加水泥，至滿足配合比要求為止^[9-10]。漿液攪拌時間應該大于4 min，但不超過初凝時間；灰漿經2道過濾網過濾，將其中的雜質濾除，防止堵塞問題發生;對桶內存儲的漿液攪拌，避免凝固。

2.3"修復加固方案

超限深危基坑周邊裂縫大致分為橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫、邊緣裂縫、沉降裂縫等，可采用瀝青修復基坑周邊裂縫病害，針對上述裂縫類型，根據具體裂縫情況采取直接灌縫、開槽灌縫及現場熱再生維修等方法進行處理。對基坑的加固措施，在進行加固之前，需以監控量測為基坑加固的前提，采用GPS定位系統按照周期對基坑、圍護結構及周邊建筑進行高程測量，并在基坑上安裝激光監測發射器，在支護冠梁上安裝接收靶，實時進行觀測，以監測施工過程中基坑邊坡的變形情況，且為后續基坑的加固效果評價提供數據支撐。利用GPS定位測量技術，在基坑冠梁上采用環形布設方法布設46個觀測點，并根據現場實際情況，共布設9個激光發射與接收監測點，二者觀測頻率為每天一次。在監測數據的基礎上，采用高壓旋噴樁施工方法進行加固^[11-13]。為促進高壓旋噴樁在深基坑加固工程中效果提升，施工必須嚴格按照工藝流程進行，加強每個施工環節質量控制。具體來說，該基坑加固工程中，主要嚴格遵循工藝流程如圖3所示。

2.4"超限深危基坑材料修復加固的實現

2.4.1"基坑周邊裂縫病害修復

針對基坑周邊出現的裂縫病害，應采用瀝青封閉裂縫，以防止雨水滲入，并針對裂縫情況，選用合適的方法進行修復。如其裂縫已經超過3 mm，應選用開槽灌縫的方法進行修補^[14]。選用橡膠改性瀝青作為灌縫材料，利用YG-180型帶有旋轉式碳鋼切縫刀頭的裂縫開槽機對準裂縫切割出均勻的凹槽，其深度及寬度尺寸應控制在10～20 mm；然后ZD-CF-B型利用吹風機對裂縫進行清潔，最后進行灌縫。為使其密封膠與裂縫緊密結合，還應采用HG-3002LCD型熱氣噴槍進行加熱烘干處理^[15]。對于已經出現的空洞部分，采用相似物理力學性質的土及時回填，回填時在基坑下做反壓土，保證基坑安全。地表縱向裂縫及空洞處理情況如下圖4所示。

2.4.2"高壓旋噴樁施工加固

（1）高壓旋噴樁加固施工需要注意的問題。整個鉆孔施工應嚴格遵循工藝流程，按照從內排樁到外排樁的順序施工。旋噴樁施工要保證水泥漿連續供應，避免出現中斷情況。重視漿液攪拌，保證連續均勻進行，避免出現離析和結塊現象，以提高注漿施工效果^[16]。根據監測所得數據，對構造物底部高程進行計算，合理確定樁頂高程，考慮鑿除50 cm樁頭的影響，保證高程合理。合理利用旋噴廢漿，凝固后形成樁間橫系梁，提高承載力。通常在成樁28 d后開挖基槽，可鑿除50 cm軟樁頭，但必須保證樁長滿足要求。此外，整個高壓旋噴樁施工過程中，必須重視對旋噴速度的有效控制，一般不大于25 cm/min，并保持穩定；旋噴提升壓力不得小于20 MPa，鉆桿旋轉速度20～25 r/min，樁體應該均勻，強度符合要求。2.4.3"加固實施操作過程

（1）施工準備及測量放樣。試樁并確定技術參數，每點至少打3根試驗樁，檢驗機械設備性能和工藝技術參數，確定最佳灰漿稠度、工作壓力、鉆進速度、提升速度、水泥摻入量等^[17]。該工程應用高壓旋噴樁技術進行基坑加固處理，技術參數為：水灰比1∶1，鉆進工作壓力20～25 MPa，提升速度小于等于0.25 m/min，轉速20～25 r/min，水泥摻量180～220 kg/m³。參數確定后，根據施工圖紙進行測量放樣，按照設計圖紙要求布樁，小木樁紅色頭標注樁位，合理控制樁距，并報監理工程師驗收，確保滿足施工規范要求;

（2）高壓旋噴樁鉆機就位及鉆孔。安排ZF-1型攪拌機具進入基坑加固施工現場，做好安裝調試工作，保證轉速、壓力和計量正常，然后進行鉆進就位^[18]。鉆頭對準樁位標識中心，雙向調平鉆桿，調整對中，最后精確調平，垂直度誤差控制在1%以內，對中誤差小于5 cm。測量鉆桿總長度，根據樁長和標高計算鉆節數，標出下鉆結束位置。采用單管法旋轉HK-006型鉆機，下鉆時水泥漿壓力小于10 MPa，避免堵噴嘴，降低噴漿時的土體阻力，讓漿液充分攪拌，鉆孔至設計深度位置。一個鉆孔施工完成并經檢驗合格后，移動鉆機進行下一孔位鉆進施工，重復上述操作流程。通常應用打一跳一法完成鉆孔任務，有利于樁位間的吻合，提高基坑加固質量。鉆孔完成并且成孔后，對孔位、孔深、垂直度仔細檢查，保證滿足規范要求;

（3）灰漿制作。根據“2.2.2"灰漿制備”中的制備方法完成灰漿制作；

（4）旋噴和復攪。注漿管下至預定深度，調整回流閥門，讓旋噴罐內壓強達到規定值，水泥漿灌至噴嘴后，檢查噴射方向和擺動角度，調整工作臺和油泵閥門。根據技術參數要求，對旋轉速度、提升速度進行嚴格控制，完成提桿和旋噴施工任務，由下往上成樁^[19-20]。樁頭以下1 m范圍復噴提鉆時，降低提鉆速度，用最慢速度提鉆上升，復噴一次，提高樁體密實度。整個旋噴和復攪施工中要嚴格按照要求控制水泥用量、旋轉和提升速度、旋轉壓力，加強水灰比參數控制，時刻檢查漿液初凝時間、水泥漿流量和壓力、噴射方法、提升速度等;

（5）提管沖洗及移動設備。基坑加固中，漿液噴射施工完成后，將注漿泵的吸漿管移至水箱，地面上完成噴射，將泥漿泵和注漿管內的漿液排除，清除殘存的水泥漿，避免管道堵塞。

3"高壓旋噴樁在基坑加固施工中的應用效果

（1）有效預防深基坑沉降，提高深基坑處理效果。該深基坑加固工程通過高壓旋噴樁技術的應用，施工完成后經2個雨季觀察，記錄觀測點的基坑沉降相關數據，繪制成表格，并做好分析工作。其觀測到的基坑沉降相關數據如表1所示。

由表1可知，深基坑沉降變形小，在降雨較少的春季，其沉降值在0.24 cm以下；在降雨較多的秋季，其沉降值在0.90 cm以下。這2個雨季的沉降值嚴格控制在規定值以內，有效保障深基坑的穩固與可靠，整個區域沒有出現沉陷問題。

（2）確保基坑工程加固施工質量。施工完成后，由質量檢測單位根據測試和獲取的相關數據，對基坑加固處理后的質量狀況進行評定。結果表明，深基坑加固質量合格，整體性良好，強度和質量都合格。目前該工程已經運營5年，沒有出現沉陷等質量缺陷。

4"結語

針對陜西某市“三館”項目超限深危基坑的處理，在分析了項目特點和基坑加固面臨的問題后，在變形監測數據的基礎上，以高壓旋噴樁技術進行基坑修復加固。施工完成后，通過觀察2個雨季觀測點的基坑沉降相關數據，該高壓旋噴樁樁技術可滿足超限深危基坑加固工程施工處理需要，能有效完成對基坑的修復加固處理，提高了基坑加固工程質量。

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收稿日期：2023-09-08；修回日期：2023-12-06

作者簡介：楊伏榮（1986-），男，本科，技術員，研究方向：建筑工程；E-mail：405238797@qq.com。

引文格式：楊伏榮.基于高壓旋噴樁的超限深危基坑加固技術優化與應用效果[J].粘接，2024，51（2）：112-115.