高压旋喷桩在地铁通道施工的应用

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【摘要】结合广州地铁3号线北延段11标工程范围内的联络通道加固高压旋喷桩施工工艺应用情况，介绍高压旋喷桩的喷浆配合比设计、施工工艺、质量检测及控制等。

【关键词】高压旋喷桩；施工工艺；浆液配比；质量检测

1引言

高压旋喷桩地基加固技术，是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20～30MPa的高压浆液从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。该技术应用广泛，具有施工方便、工艺简单、地基加固见效快、耐久性好、施工工期短且适合较为狭窄的施工场地等优点[1]。利用该技术对联络通道进行加固，可以提高并保持通道范围的抗剪强度，重组土体结构，改善土的变形性质，减少沉降，通过固结原理和挤压作用起到阻截地下水流、减少振动、防止液化或流砂等作用，从而保证联络通道暗挖施工以及将该处作为盾构机刀具检查或换刀点的安全性。本文以广州地铁3号线北延段2号联络通道高压旋喷加固施工为例，主要介绍高压旋喷桩的施工工艺、参数确定以及质量检测的方法，并进行了初步的总结。

2工程概况

2.1设计情况。广州地铁3号线北延段2号联络通道高压旋喷加固施工具体设计情况如下：1）加固方式：采用准600mm高压旋喷桩加固，间距为纵横450mm。经注浆加固的土体应有很好的均质性、自立性，无侧限抗压强度为1MPa。2）旋喷桩主要施工参数：钻机旋转速度10～20r/min，提升速度10～20cm/min；水泥浆水灰比1∶1，注浆压力20～30MPa，水泥浆排量70～100L/min；旋喷桩施工前应根据设计要求进行工艺性试桩，数量不得小于2根；根据试桩试验结果调整注浆压力、水灰比等施工参数。3）旋喷桩的垂直偏差应≤1%，桩位偏差应≤50mm，成桩的直径和桩长不得小于设计值。2.2地质情况。加固桩自上而下穿越地层依次为：1）人工填土层，主要由粉质黏土、中粗砂、碎石等组成，大部分为欠压实或稍压实土质，耕植土含植物根，平均标贯为11击。该层分布广泛，平均厚度约2.25m。2）<3-2>冲积—洪积中粗砂层（Q4al+pl）主要由中砂、粗砂组成。局部为圆砾、卵石，呈稍密～中密状，局部为松散状或密实状，平均标贯17击。本层分布较广泛，平均厚度2.95m。3）<3-3>冲积—洪积砾砂层（Q4al+pl）：主要由砾砂组成。局部为圆砾、卵石，呈稍密～中密状，局部为松散状或密实状，平均标贯18击。本层分布较广泛，平均厚度3.73m。4）<4-1>冲积—洪积土层（Q4al+pl）：主要由粉质黏土、黏土、粉土组成。平均标贯15击。本层分布广泛，平均层厚3.96m。5）<5-1>可塑状碎屑岩残积土层：本层为粉质黏土、黏土，呈可塑状，组成物主要为黏粒、粉粒。

3施工工艺

3.1场地布置。施工现场应满足“三通一平”的基本要求，安全防护措施到位[2]。机械设备进场前，对地下管线及地下障碍物进行排查，并做出清晰的标记，提前做好相应的防护及保护措施。避免施工过程中发生破坏，产生不良影响和损失。3.2机械设备进场。进场设备包括：SNC-H300高压泥浆泵、工程地质钻机、BW-150泥浆泵、3m3电动空压机、ZCJ300泥浆搅拌机各2台。施工单管旋喷桩时进场2个单管，施工双重管旋喷桩时进场2个双重管，施工三管旋喷桩时进场2个三重管。现场人员按照2班倒24h无间断进行配置，共配置4个班组。每个班组配备机长1名，钻机辅工2名，水泥浆搅拌工2名，高压浆泵、空压机及发电机管理员1人，共计6人。3.3喷浆配合比及施工参数的确定。本联络通道加固采用双重管法施工，试桩前首先开展试验室配比试配。结合地勘资料，采用地质钻机在施工现场选取有代表性的土样制作水泥土试块，并开展相应试验。根据试验室配比试验，初步确定水泥用量分为220kg/m、240kg/m、260kg/m、280kg/m、300kg/m5个等级，现场总共试桩5根。试桩结束后，项目分别对5根桩进行了钻芯取样及28d无侧限抗压强度测试，试桩检测结果表明，水泥用量240kg/m即可满足设计要求。针对试验结果，项目最终确定工艺参数如下：水灰比1∶1，每延米旋喷桩使用P•O42.5普通硅酸盐水泥260kg，空气压力0.7MPa，注浆泵压力23～26MPa，喷浆量90～100L/min，钻杆提升速度10～20cm/min，转速20r/min，喷嘴采用2×2.0mm。3.4施工流程。旋喷桩施工流程见图1，具体流程如下所述：1）测量放线：根据设计施工图现场精确测设定位出旋喷桩的位置，偏差应≤50mm。2）设备安装就位：将地质钻机移至设计位置，钻头对准设计孔位。同时为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后，采用吊锤法校正钻杆垂直度，确保钻杆的倾斜度≤1.0％。3）引孔：首先采用岩心管进行引孔，钻孔直径约150mm，钻孔位置与设计位置偏差需≤50mm。4）插管：引孔完毕，拔出岩芯管，并换上旋喷管插入预定深度。在插管的过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般≤1MPa。5）喷射注浆：旋喷管插到预定深度后，由下而上进行喷射，边旋转、边提升、边喷射。

4质量检测方法

根据规范要求，采用钻心法对旋喷桩成桩质量进行检测，安排在成桩28d后实施[3]。本标段2号联络通道地表旋喷桩加固施工完成后，项目部组织第三方检测单位进行了抽芯检测，由监理工程师在现场随机抽取了6根桩进行抽芯，主要对水泥土胶结情况、桩长、桩身完整性、连续性、均匀性、无侧限抗压强度及桩长进行了检测。从检测结果来看，桩身的无侧限抗压强度及桩体完整性、连续性满足设计及规范要求，但整体来看，靠近桩底的成桩质量相对上部较差。

5影响成桩质量的因素分析

5.1土的化学性质加固范围底部为黏土层，较为密实，影响高压浆体切割效果，进而影响成桩质量，降低低旋喷桩的完整性及强度。从施工检测结果来看，在粉砂层以及细砂层中的桩体，强度远高于设计要求值。而处在密实黏土层中的桩体，其强度普遍较低，成桩难度偏大。5.2操作误差较大因旋喷桩施工对钻机操作、垂直度、浆液浓度、浆液压力等参数要求较为严格，不当的操作对成桩质量影响较大。

6注意事项

由于高压旋喷桩施工工艺及施工设备等因素，施工过程中极易出现钻杆坠落现象。当施工盾构线路范围内桩体时，应特别注意避免发生钻杆脱落，为盾构施工带来不必要的风险。如有钻杆脱落情况发生，应及时做好记录并做好标记，通知测量人员测量出钻杆脱落位置的坐标，以便进一步处理。本次2号联络通道施工过程中，出现钻杆坠落情况1次，现场技术人员及时做好记录并对落杆位置进行了测量定位，待盾构机掘进至既定位置时，项目部及时组织开仓并取出钻杆，避免了盾构刀盘设备的损伤。

7结语

经过本标段2号联络通道地表旋喷加固的施工，对双管旋喷加固工艺有了初步了解，旋喷加固机械设备较为轻便，适合较为狭窄的施工环境。旋喷桩施工工艺较为简单，但对参数要求较高，施工前首先要对加固地层进行详细勘察，并按照地层情况进行参数控制。通过盾构机在联络通道开仓检查验证，高压旋喷桩加固过的掌子面较为稳定，满足开仓情况下进行换刀以及联络通道暗挖施工等工作要求。

【参考文献】

【1】张力霆.土力学与地基基础[M].北京：高等教育出版社，2002.

【2】王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.

【3】JGJ79—2012建筑地基处理技术规范[S].

作者:孟凡杰 贾智科 单位:中国港湾工程有限责任公司