河邊承臺高壓旋噴樁封底施工

吳剛

（中鐵大橋局集團第三工程有限公司，廣東 廣州 510388）

1 工程概況

跨環(huán)城高速特大橋是武廣客運專線新廣州站及相關(guān)工程的一座特大橋，其中跨東平水道主橋為此橋最重要的部分，也是技術(shù)含量最高、施工難度最大的部分。主橋采用連續(xù)鋼桁拱結(jié)構(gòu)，孔跨布置為（99+242+99）m，支座中心至梁端1m，主橋全長442m。該橋兩主墩（296#及297#墩）位于東平水道兩側(cè)，承臺尺寸分別為15.2m×41.4m×5m和15.4m×46.2m×5m。296#墩承臺底標高-1.545m，承臺頂標高+3.455m,地面標高+4.4，承臺一個角伸入東平水道大堤內(nèi)；297#墩承臺底面標高-4.545，承臺頂面標高+0.455，地面標高+3.0，最近處僅距東平水道大堤13m。兩主墩承臺底面較低，特別在6月份中旬東平水道處于主汛期內(nèi),主汛期內(nèi)水面標高最高可達到+3.0m,與地面平齊，承臺低于東平水道水位以下，為了河堤安全，承臺施工時先插打長12米國產(chǎn)拉森IV型鋼板樁進行圍堰防護。

2 地質(zhì)與地貌

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料及前期樁基施工情況顯示，主墩承臺范圍地面以下3m左右范圍內(nèi)為雜填土及回填土，3m～12m之間多為淤泥質(zhì)砂粉細砂及淤泥質(zhì)粘土，透水性比較好。在前期深孔樁基施工過程中，泥漿池布置靠近大堤側(cè)，致使此范圍地表長期處于積水浸泡之下，地下水比較豐富，容易與透水性比較好的淤泥質(zhì)砂粉細砂結(jié)合形成管涌，引起河堤向承臺基坑側(cè)滑移。

3 施工方案

在研究制定主墩基礎(chǔ)施工方案時，充分考慮地質(zhì)、水文等因素的影響，確保臨近臨近水道大堤安全。

3.1 施工方案研究

承臺基礎(chǔ)采用鋼板樁圍堰進行施工，在進行承臺開挖之前，要確定如何保證承臺基坑開挖過程中圍堰鋼板樁穩(wěn)定及基底處不發(fā)生管涌現(xiàn)象造成施工安全及臨近的東平水道大堤安全問題。施工前，準備水下混凝土封底及高壓旋噴樁預(yù)封底兩套施工方案進行主墩封底施工。水下混凝土封底采用鋼板樁四周圍避承臺，然后再開挖承臺基坑內(nèi)側(cè)土體，在開挖過程為保持內(nèi)外壓力平衡，一般在水中開挖基坑，并安裝加固鋼板樁內(nèi)支撐，最后在清基礎(chǔ)，安裝封底灌注平臺，再灌注水下封底混凝土，水下混凝土考慮1.5m深。這個過程297#主墩需要向下開挖9m深，基坑開挖深度大，開挖過程中基底下處于透水性比較好的淤泥質(zhì)砂粉細砂及淤泥質(zhì)粘土層，開挖深度加大時四周側(cè)壓力會使基底形成部分管涌，此時必須向基坑加水平衡壓力才能繼續(xù)開挖，開挖難度大，鋼板樁內(nèi)支撐安裝比較困難，水下混凝土施工灌注量大，費工費時，且施工安全風險大，施工費用比較高。高壓旋噴樁施工主要在地面以上進行，用高壓旋噴水泥漿固化透水性比較好的淤泥質(zhì)砂粉細砂及淤泥質(zhì)粘土層，達到滯水效果，再通過四周施工通長旋噴樁形成一道滯水墻與底部形成一個整體，在承臺基坑內(nèi)外形成一個整體的滯水帶，且處理過的承臺基底承載力加大，在優(yōu)化承臺施工工藝，達到主墩施工目的。此方案只需在地面上操作，施工方法簡便，施工質(zhì)量控制容易操作，工期比較短，施工費用比較低，施工安全風險小。通過方案比選，考慮東平水道汛期大堤安全，最終選定高壓旋噴樁預(yù)封底施工方案。

3.2 鋼板樁圍堰設(shè)計

鋼板樁圍堰大小根據(jù)承臺尺寸而定，其內(nèi)框尺寸在順橋向方向比承臺尺寸大3.4m，橫橋向方向比承臺尺寸大3.4m。本項目鋼板樁在陸地上施工，沒有流水的影響，采用國產(chǎn)拉森IV型鋼板樁配2層雙槽40b做內(nèi)支撐即可滿足剛度要求，同時由于此地層透水性比較好，施工鋼板樁全長不得有焊瘤、鋼板或其他突出物，應(yīng)保持平滑，兩端均應(yīng)切割整齊，上端按拔樁需要開圓孔（千斤繩眼）并焊鋼板加固圓孔（最好是新制鋼板樁），板樁插打完成后，用挖機出土降低圍堰內(nèi)的地面至內(nèi)支撐的安裝標高，安裝圍堰圈梁及內(nèi)支撐鋼管，并可靠連接，圈梁底面焊接牛腿支承，個數(shù)由計算確定，確保焊縫質(zhì)量。

3.3 高壓旋噴樁設(shè)計

鋼板樁施工完（內(nèi)支撐系統(tǒng)未施工）場地平整好以后，在承臺開挖基坑范圍內(nèi)縱橫向等間距（0.5m）交叉布置旋噴孔，使用高壓旋噴鉆機鉆孔至注漿層，打開安裝在注漿管（單管）底部側(cè)面的特殊噴咀(附在鉆頭上)，使用高壓注漿泵以25MPa以上的壓力把水泥漿從噴咀中噴射出切割破壞土體，然后將高壓水泥漿邊噴邊提升，對軟土層進行旋噴施工，反復(fù)兩次，使旋噴段形成水泥混合體板塊層達到滯水效果；在環(huán)主墩承臺鋼板樁防護外側(cè)四周密布一排12m長Φ500mm@350mm密排高壓旋噴樁形成滯水墻，同時為減少對旁邊東平水道大堤影響，靠近小里程側(cè)及線路左右側(cè)令加強布設(shè)一排密排攪拌樁進行防水。

4 方案實施

4.1 前期工作

主墩樁基已完全施工完畢，立即著手進行承臺鋼板樁施工，鋼板樁樁頂標高于地面平齊，或稍微高出地面10-20cm，用挖機將插打鋼板樁范圍內(nèi)攪拌樁施工場地平整，做好臨時截、排水設(shè)施、供水供電線路、機械設(shè)備施工線路、機械設(shè)備放置位置、運輸通道等施工準備。

4.2 施工設(shè)備

4.2.1 成孔、旋噴兩用鉆機XY-1型4臺

4.2.2 高壓泥漿泵ZJB-30型4臺

4.2.3 制漿設(shè)備 4套

4.2.4 旋噴管、高壓管、噴射器4套

4.2.5 電力 20KW 4套

4.3 旋噴帷幕施工參數(shù)選擇如下：

旋噴壓力：23~25Mpa旋噴直徑：600mm

旋轉(zhuǎn)速度：18r/min 流量：60～80L/min

提升速度：20~25cm/min

水泥用量：250Kg/m

4.4 試樁

目的是為了尋求最佳的攪拌次數(shù)、確定水泥漿的水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提升速度、下鉆速度以及復(fù)攪深度等參數(shù)，以指導下一步水泥攪拌樁的正常施工。據(jù)此在離離防護鋼板樁5m的距離先進性梅花形間距50cm布置4根旋噴澆板樁試樁的施工，試樁時，先進行鉆孔施工，對每節(jié)鉆桿進行標志，待鉆到攪拌樁孔底位置時停鉆，然后按設(shè)計配合比試拌水泥漿，并由實驗室測試稠度，符合要求后，打開噴射壓力機進行旋噴施工。施工時開始按每分鐘提升18-24cm速度提升鉆桿，此時壓力表讀數(shù)在20-25MPa之間，提升至2m（此時高程比承臺底低10cm左右），然后在靜壓30s，在現(xiàn)場管理人員復(fù)核標高無誤的情況下再進行2次攪拌旋噴，工法如上，最后提鉆進行下一樁施工。成樁7天后，采用淺部開挖樁頭（深度宜超過停漿面以下0.5米），目測檢查攪拌的均勻性及樁之間混凝土咬合程度，量測成樁直徑。必須待試樁成功后方可進行水泥攪拌樁的正式施工。

4.5 分塊測量放樣、分片樁位定位

攪拌樁施工場地平整完畢后，測量放樣出主墩承臺四個角點（或承臺“十”字線），并插線標記。放線前對各控制點進行復(fù)核后，按設(shè)計圖紙放線，準確定出各攪拌樁的位置；攪拌樁樁位應(yīng)采用竹片或板條進行現(xiàn)場定位，點白灰定位，移動鉆機要準確對孔（對孔誤差不得大于50mm），對孔正確后開鉆鉆進。

4.6 鉆機就位、對位

分塊測量放樣、分片樁位定位放樣完畢以后，移動鉆機從大小里程側(cè)靠近鋼板樁最邊一排開始就位，就位以后開始用方木或枕木抄墊鉆機底座，保證鉆機平臺的穩(wěn)定，然后移動鉆機進行對孔，對孔時保證從鉆架頂部引下的鉛陀離鉆桿位置都是一個數(shù)值，如鉆桿傾斜度在允許的偏差范圍內(nèi)，即可進行懸噴樁施工；如鉆桿的傾斜度過大，則需要調(diào)整鉆機底座位置至符合要求方能開鉆，此時才能保證鉆孔不發(fā)生傾斜。

4.7 鉆孔

待攪拌機的冷卻水循環(huán)正常后，啟動攪拌機電機，放松起重機鋼絲繩，使攪拌機沿導架攪拌切土下沉，下沉的速度可由電機的電流監(jiān)測表控制，工作電流不應(yīng)大于40A。

4.8 漿液配制

注漿材料采用425#普通硅酸鹽水泥與水攪拌作為基本漿液，水泥漿液的水灰比為1.0，水泥漿液符合設(shè)計要求后通過高壓泥漿泵的壓力進行注漿。旋噴用的水泥漿液在進入高壓泥漿泵施噴前，進行嚴格過濾.防止水泥結(jié)塊和雜物堵塞噴嘴和管路。

4.9 高壓旋噴

高壓旋噴鉆機鉆孔至注漿層后，噴射注漿參數(shù)達到規(guī)定值后，即可噴射注漿。水泥漿通過高壓泥漿泵形成高壓水泥漿，以>23MPa的壓力，通過噴射管由噴嘴向土中噴射，鉆桿一邊旋轉(zhuǎn)，一邊向上提升，噴射的水泥漿一邊切削四周土體，一邊與土體攪拌混合，反復(fù)兩次，形成圓柱狀的水泥與土混合的加固體即旋噴樁。高壓噴射注漿完畢，應(yīng)迅速拔出噴射管，為防止?jié){液凝同收縮后產(chǎn)生的頂部空穴影響樁頂高程，在原孔位采用冒漿回灌。在鉆進及旋噴階段，應(yīng)嚴格控制鉆進深度及旋噴樁樁頭標高，確保能夠按設(shè)計圖紙施工，保證滯水效果。

4.10 提鉆、循環(huán)施工下一孔

懸噴施工完畢后，立即向上提鉆，拆鉆桿，鉆頭提出地面后，立即轉(zhuǎn)移機具施工另一鉆孔。

5 圍堰內(nèi)土體開挖及鋼板樁圍堰內(nèi)支撐安裝

高壓選噴樁施工完畢，待強度達到設(shè)計要求時，立即進行鋼板樁圍堰內(nèi)開挖，開挖采用分片推進，層層分解方式進行。開挖的泥土隨時通過運輸車運往指定的棄土場堆放，避免堆積在基坑外側(cè)引起較大的土壓力。開挖到內(nèi)支撐安裝高度處按設(shè)計要求安裝內(nèi)支撐。基坑開挖過程隨時預(yù)備兩臺高壓旋噴機械以防基底有滲水現(xiàn)象。

6 施工效果

基坑開挖完畢，未發(fā)現(xiàn)有基底有任何滲水現(xiàn)象，總工期只需要一個月既完成，東平水道大堤汛期安全得到保證，受到當?shù)卣块T和業(yè)主的一致好評。

7 結(jié)語

綜上所述，高壓懸噴水泥攪拌樁的工序比較簡單直觀，懸噴水泥攪拌樁質(zhì)量容易控制，用最低的材料投入取得理想的效果，從而達到加快施工進度，消除施工隱患，確保臨近河堤安全。對于地質(zhì)條件不好，又臨近江河邊上，受水壓影響較大的承臺施工，此方法值得借鑒。

[1]凌冶平,易經(jīng)武.基礎(chǔ)工程.人民交通出版社1996（9）.

[2]交通部第一公路工程總公司陸仁達.人民交通出版社.1999（10）.