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浅谈旋喷桩技术在地铁深基坑施工中的应用

2014-12-25詹学智

城市建设理论研究 2014年37期
关键词:成桩注浆深基坑

詹学智

摘要:

高压旋喷桩施工技术应用时间已经很长,施工方法比较成熟。该工艺主要运用于地基基础加固的工程当中,一般加固深度在20米以内。由于该工艺能形成有效的止水帷幕,也被广泛的应用于地铁深基坑的施工当中。但随着旋喷桩加固深度的不断加深,传统工艺在施工质量上暴露出很多问题。现行的规范没有针对天津的地质地层特点给出可行的控制参数。本文通过对既定技术指标的探索来实现来推动该项技术在地铁深基坑中的应用。

关键词:高压旋喷桩止水帷幕 控制参数深基坑

中图分类号:C35文献标识码: A

1、旋喷桩技术发展水平及存在的问题

高压喷射注浆技术首创于日本,并得到了快速发展,1960年日本中西涉博士发明了单重管高压旋喷桩(CCP工法),随即于70年代开发了二重管高压旋喷桩注浆法(JGS工法)、三重管高压旋喷桩注浆法(GJG工法),进入上世纪90十年代,在此研究的基础上又开发了SSS-MAN(super soil stabilization management)和RJP(超高压旋喷桩,Rodin jet pile)工法,使旋喷桩直径可达4米,有效成桩深度可达60米,而且可以达到稳定的强度。

我国于1975年将高压旋喷桩技术引进,并应用于工程建设,现已经在全国进行了推广应用。目前在我国应用的旋喷桩技术有单重管技术、双重管技术,三重管技术,三重管双高压技术,经过多年的实践,在技术应用方面有了长足进步。

目前无论是国外学者还是国内相关从业人员,对高压旋喷桩施工技术的研究多致力于工艺本身的改良,如加大喷浆压力、改变喷浆方式、调整注浆材料、加强渣土置换率,以求使旋喷桩技术能够得到更好的成桩效果,具有更大成桩半径以及更深有效成桩深度。因此,对于高压旋喷桩工艺的基本原理,即高压喷射流对岩土体的切削破坏作用机理至今尚不完善。目前,国际上一般认为高速喷射流对岩土的破坏作用有:喷射流的动压力作用;水、液滴的冲击力;汽蚀现象;喷射流的动脉负荷引起的地基土的破坏;水力楔形效应。以此为基础,认为影响旋喷桩成桩效果的因素有:高压喷射的动压力;喷嘴移动速度;岩土材料的物理性质;挤压作用。

但对于不同岩土材料性质以及旋喷工艺参数对成桩质量的影响效果,缺乏实际的试验与研究基础,导致目前尚不存在量化指标,难以用来精确的指导施工。目前实际施工中,面对不同工程的条件,选用的施工参数多为经验值,由于成桩后的旋喷桩埋入地下,缺乏对成桩效果的直观验证,通常的施工经验难以保证旋喷桩施工质量。

2、需要研究的主要内容

(1)利用流体力学原理,研究高压喷射流力学特征

(2)找出对成桩效果产生影响的关键岩土物理指标特征

(3)地质条件,施工控制参数与成桩半径以及成桩强度的影响关系,确定量化指标,用于指导施工。(即给定成桩效果后,可以根据地层情况,查出对应的施工控制指标范围)

3、研究所采取的方法、可行性分析及解决问题的技术路线。

首先,进行分析试验。试验过程大致分2步。第一步,在已知的地质条件下,通过只调整某一关键施工参数,而其他施工参数保持不变的方式,进行若干组单一变量试验,以求分析出每种施工参数的调整对成桩质量的影响效果。第二步,在固定的施工参数情况下,观察在不同地层中,不同深度范围内的成桩效果,建立地层关键物理指标与成桩质量的影响关系。

其次,数据分析,得出推论。根据分析试验建立施工参数、地层物理指标与成桩质量的关系模型,找出影响成桩质量的关键指标或施工参数并根据已有结论给出特定地层条件的旋喷桩施工参数。

再次,验证试验。根据推论,在已知的地质条件下,在确定的对应施工参数范围内进行调整参数,进行旋喷桩试验,开挖后验证推论效果。

4.旋喷桩技术在地铁深基坑施工中的应用研究的的社会、经济、环境效益。

高压旋喷桩技术是70年代从日本引进的一种加固松软土体的应用技术,其实质是采用钻机先钻进至预定深度后,由钻杆一端安装的特别喷嘴,将水泥浆液高压喷出,以喷射流切割搅动土体,同时钻杆边旋转边提升,使土粒与水泥浆混合凝固,从而造成一个均匀的圆柱形水泥土结合体,以达到加固地基和止水防渗的目的。

根据该技术所形成的桩径要求、施工工艺和设备的不同,可分为单管、双重管,三重管,多孔管等4种方法。单管法就是一根注浆管一种介质,即水泥浆。双重管是用2根不同直径同心套管的管子,同时注入2种介质,即中心管注水泥浆,外管注入高压气流,二者在同一喷嘴喷出,水泥浆在中心,外围是筒状气体助喷,藉此加大有效射程即成桩直径。 三重管法是3根不同直径同心套管的管子,同时注入水、气、浆3种介质,整体同速旋转,提升,最后形成旋喷桩;多重管法则是喷射高压水、高压水泥浆与气流的复合喷射流以及灌注速凝剂等四种介质,可用于地下工程围护结构止水处理以及软土路基加固等处理。

高压旋喷桩主要应用在土壤标准贯入值为0-30的淤泥、粘性土、砂土、砂砾及含部分卵石层的地基中,做为一种地基加固以及防渗技术应用于多个工程领域,比如公路工程中深厚软土地基加固处理、旧有道路改造处理、桥台桥墩基础处理、基坑止水帷幕、建筑地基加固等等。

为了保证高压旋喷桩的土体加固效果以及止水效果,就要保证旋喷桩的成桩直径以及成桩强度。在不同的地质条件、不同的深度、不同施工参数(水泥参量、水灰比、注浆压力等等)的影响下对旋喷桩的成桩直径与成桩强度有着很大差别,而现在我们在实际应用中往往忽略上述因素,在不同地质条件、不同深度范围内采用统一的施工参数,缺乏针对自身工程条件对旋喷施工施工参数科学合理的确定。这就导致我们现有旋喷桩施工质量普遍较差。所施工的旋喷桩尤其是20米以上的深层旋喷桩有效成桩半径随成桩深度而逐渐减小,成倒锥形,成桩半径与成桩强度都无法保证,从而导致整体旋喷桩群的土体加固、止水效果减弱。

目前国内尚缺乏对于地质条件、施工参数之间作用关系的系统研究。缺乏工程实验为研究手段,通过数据分析,建立地质条件中的某些特征指标(比如天然含水量、重力密度、空隙比、塑性止水、标准贯入度、承载力标准值)施工参数与成桩质量效果的关系模型;在明确成桩质量要求的前提下,按照地质条件,给出最优施工参数范围。以此来指导旋喷桩施工,以求提高业界整体旋喷桩施工水平,有着广泛地应用前景以及丰厚的经济价值。

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