毛红梅

(陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南 714000)

高压旋喷桩,是软弱地基深层搅拌加固技术的一种。该方法是利用钻机把有喷嘴管的注浆管钻进至土层的预定位置后,以高压设备使浆液或水成为20 MPa 左右的高压流从喷嘴中喷射出来,冲击破坏土体,同时钻杆以一定速度向上提升,使浆液与土粒强制搅拌混合。浆液凝固后,在土中形成直径均匀的柱体,从而提高地基承载力,改善地基土的变形性质[1～3]。高压旋喷注浆具有加固体强度高、加固质量均匀、加固体形态可控、经济实用以及在施工过程中基本无环境污染等优点,目前已经成为国内外工程界普遍接受的地基处理方法[4]。

1 工程基本资料

1.1 工程概况

富春路站是杭州地铁1、4号线工程的换乘站,在婺江路和富春路下呈“丁”字形布置。1号线车站位于婺江路下,为地下三层三跨岛式车站,车站主体长为247.4 m,标准段挖深约23.6 m,端头井挖深约25.5 m,顶板覆土厚度约为3 m。主体围护结构采用1 000 mm厚地下连续墙,地连墙底入岩深度不小于1 m。

地下车站(包括出入口和通道)及机电设备集中区的防水等级要求为一级,风道风井的防水等级为二级。场地内基坑侧壁安全等级为一级,变形控制保护等级为一级。

1.2 工程地质及水文地质

依据勘察报告提供资料,车站拟建场地处于杭州市南面,临近钱塘江,属钱塘江冲海积平原地貌单元。场地土层构成见表1。1号线车站底板位于⑤-1淤泥质粉质黏土层上。工点范围内地势平坦,地下水丰富,承压水头高。

表1 场地土层构成一览

1.3 车站主体基坑开挖特点及难点

(1)地质条件差,地下水位高,基坑开挖过程中容易出现基坑变形、土体液化、坑底隆起及地下水突涌等现象。

(2)1号线车站北侧基坑边有近江消防中队及秋涛路变电所两栋楼房,距离基坑较近,开挖中需重点保护。

2 旋喷桩加固设计

2.1 加固范围

因围护结构阳角处受力复杂,且近江消防中队、秋涛路变电所距离基坑较近,为保证基坑开挖过程中建筑物的稳定及安全,需对该范围土层进行旋喷加固。加固范围见图1。

图1 坑外旋喷桩加固范围示意(单位：m)

2.2 旋喷桩设计参数

坑外土体加固采用三重管高压旋喷工艺。桩径为φ650 mm,桩心间距400 mm,咬合250 mm,呈梅花形布置,旋喷深度为地下连续墙顶至基坑底以下5 m,约30～32 m。要求加固土体28 d无侧限抗压强度不得小于1.2 MPa。

3 旋喷桩施工工艺

3.1 施工技术参数

高压旋喷桩应用于不同要求时,须根据各种土质的黏聚力等抗切割指标设计采用不同的技术参数[5]。本工程主要参数设计如下所述。

(1)浆液类型：选用32.5级普通硅酸盐水泥浆液,水灰比1∶1,浆液比重1∶49～1∶52；

(2)注浆压力：20 MPa；

(3)水压力：不超过1.0 MPa；

(4)提升速度：10～20 cm/min；

(5)旋喷速度：10～20 r/min。

3.2 施工顺序

采取跳打法施工,以防止孔间串浆。一般间隔1～2个孔,间隔控制在0.8 m 以上,待24 h后再施工相邻孔位。详细施工顺序见图2。

图2 施工顺序示意

3.3 施工工艺流程

施工工艺流程：测量定位→钻机就位→钻引孔→插入三重管→旋喷提升→冲洗→移至下一桩位。

3.4 施工注意事项

(1)每批次水泥进场时必须有质保单,并进行抽检试验,鉴定合格后方可使用；加强水泥的现场保管,不得淋雨受潮。

(2)施工时对各孔的高压喷射参数进行检查,以确保加固土体的质量。

(3)当注浆管贯入土中,喷嘴达到始喷高度以下0.3 m时,即可喷射注浆。在喷射注浆参数达到规定值之后,即可按工艺要求缓慢提升注浆管,由下而上喷射注浆至终喷高度以上0.3 m处停喷,并拔出注浆管。

(4)分段提升的搭接长度不得小于100 mm,以保证加固土体的整体性。

(5)高压喷射注浆完毕,或在喷射注浆过程中因故中断,短时间(小于或等于浆液初凝时间)内不能继续喷浆时,应迅速拔出注浆管,清洗注浆管、注浆泵和高压胶管,防止浆液凝结后堵塞管道,造成再次喷射时管内压力骤增而发生意外。

(6)为防止浆液凝固收缩影响桩顶高程,必要时可在原孔位采用冒浆回灌或二次注浆等措施。

(7)高压喷射注浆过程中出现压力骤然下降、上升或大量冒浆等异常情况时,应停止注浆施工以防止桩体中断,同时立即查明产生的原因及时采取措施。

(8)如果发现填土层及砂层中地下水渗流速度快,为避免旋喷后水泥浆液大量流失,确保填土层及砂层动水中成桩质量,可在水泥浆液中掺加速凝剂。速凝剂掺量及凝结时间根据成桩试验确定。

4 质量控制

4.1 质量控制标准

旋喷桩在地层下直接形成,属于隐蔽工程,必须运用科学的、切合实际的检查方法来检验其加固效果[6]。旋喷注浆施工质量控制标准如表2所示。

表2 旋喷桩施工质量控制标准

4.2 质量控制措施4.2.1 垂直度控制

为保证钻孔垂直度偏差控制在1.5%范围内,钻机就位后,必须校正其水平,使钻杆轴线垂直对准孔位中心位置。现场通过调整钻机底盘上的4个液压支腿,使用水平尺和固定于桅杆上的吊线锤相互校验,以保持桅杆始终处于垂直状态,并固定好钻机。钻进过程中,随时观察钻机的工作情况。

4.2.2 加固土体顶面与底面高程控制

加固区场地高程控制点位于场地两侧导墙上。喷射管采用3 m定尺专用管,钻机桅杆相应高度用红布标记,在始喷高度以下0.3 m开始喷浆,至终喷高度以上0.3 m停止喷浆。

4.2.3 旋喷加固质量控制

施工前应作工艺试喷,以确定旋喷施工过程中的各项参数(压力、水泥浆液用量、旋转速度、提升速度等),以及不同地层合理的水压力、提升速度、浆液配比和压力等参数,施工中按照最不利地层的技术参数进行施工；喷射过程中,随时检查浆液初凝时间、注浆流量及风量、压力、提升速度、旋转速度、喷射方向等参数,并做好记录。

4.2.4 冒浆的处理

在喷浆过程中,有一定数量的土粒,随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面,通过对冒浆(内有土粒、水及浆液)的观察,可以及时了解土层状况,旋喷的大致效果和旋喷合理性等。冒浆量小于注浆量20%为正常,超过20%或完全不冒浆时,应查明原因,采取相应措施[7]。

(1)冒浆量过大：一般是由于有效喷射范围与注浆量不匹配,注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。可采取下列措施减少冒浆量：提高喷射压力(喷浆量不变)；适当缩小喷嘴孔径(喷射压力不变)；加快提升和旋转速度。

(2)不冒浆：在水泥浆液中掺加适量的速凝剂,缩短固结时间,使浆液在一定土层范围内固结；在空隙地段增大注浆量,填满空隙后再继续正常施工。

4.2.5 机械故障处理

喷注中途发生机械故障时,应停止提升和喷射，以防桩体中断,同时立即排除故障。

(1)流量不变而压力突然下降：可能是高压部分密封性能不好,连接处或旋转处漏浆、漏水使喷射能力降低,应检查各部位的泄漏情况,必要时拔出注浆管,检查密封性能。

(2)压力稍有下降：可能是注浆管被击穿或有孔洞,或应拔出注浆管进行检查。

(3)压力陡增超过最高限值、流量为零、停机后压力仍不变动：可能是喷嘴堵塞,应拔管疏通喷嘴。

(4)因停电、机械事故而停喷继续开喷时,应将喷射管下插50 cm,以保证桩墙的连续性。

5 结语

富春路站基坑外旋喷加固共计12 870 m3,经钻芯取样,28 d无侧限抗压强度均在1.2 MPa以上。在基坑开挖过程中,监测数据显示坑外土体水平位移控制在30 mm以内,建筑物沉降控制在35 mm以内,基坑与建筑物均稳定安全。富春路站旋喷桩注浆加固取得了以下几方面经验。

(1)在基坑规模较大、地层含水、基坑周边建筑密集地段,采用高压旋喷注浆是保证基坑周边建筑物稳定和安全的有效措施。

(2)施工前的工艺试喷是确定施工技术参数、保证施工质量的必要环节。

(3)施工中应根据各层土质密度、含水量等差异适时调整施工参数,以保证桩体质量的均匀性。

[1] 耿殿魁.旋喷桩复合地基技术在加固软土路基中的应用[J].铁道勘察,2009(3):43-46.

[2] 韩志超.高压旋喷桩施工技术[J].交通世界(建养·机械),2009(13):107-108.

[3] 耿殿奎.旋喷桩复合地基技术在加固软土路基中的应用[J].铁道勘察,2009(3):43-46.

[4] 李小杰.高压旋喷桩复合地基承载力与沉降计算方法分析[J].岩土力学,2004,25(9):1499-1502.

[5] 蒋宿平,隆 威.旋喷桩施工技术参数设计研究[J].勘察科学技术,2009(5):45-47.

[6] 余佳城.浅谈旋喷桩质量控制与检测[J].上海铁道科技,2009(1):88-90.

[7] 李立新.旋喷桩、SMW桩在基坑围护结构中的应用[J].铁道工程学报,2009,126(3)：11-14.

[8] 任伟新.高压旋喷桩在饱和动态含水砂层浅埋暗挖隧道中的试验与应用探讨[J].铁道标准设计，2009(7).

[9] YSJ201—92 高压旋喷注浆技术规程[S].