高壓旋噴樁在杭州地鐵富春路站的應(yīng)用

毛紅梅

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西渭南 714000)

高壓旋噴樁,是軟弱地基深層攪拌加固技術(shù)的一種。該方法是利用鉆機(jī)把有噴嘴管的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后,以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20 MPa 左右的高壓流從噴嘴中噴射出來(lái),沖擊破壞土體,同時(shí)鉆桿以一定速度向上提升,使?jié){液與土粒強(qiáng)制攪拌混合。漿液凝固后,在土中形成直徑均勻的柱體,從而提高地基承載力,改善地基土的變形性質(zhì)[1～3]。高壓旋噴注漿具有加固體強(qiáng)度高、加固質(zhì)量均勻、加固體形態(tài)可控、經(jīng)濟(jì)實(shí)用以及在施工過(guò)程中基本無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn),目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外工程界普遍接受的地基處理方法[4]。

1 工程基本資料

1.1 工程概況

富春路站是杭州地鐵1、4號(hào)線(xiàn)工程的換乘站,在婺江路和富春路下呈“丁”字形布置。1號(hào)線(xiàn)車(chē)站位于婺江路下,為地下三層三跨島式車(chē)站,車(chē)站主體長(zhǎng)為247.4 m,標(biāo)準(zhǔn)段挖深約23.6 m,端頭井挖深約25.5 m,頂板覆土厚度約為3 m。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻,地連墻底入巖深度不小于1 m。

地下車(chē)站(包括出入口和通道)及機(jī)電設(shè)備集中區(qū)的防水等級(jí)要求為一級(jí),風(fēng)道風(fēng)井的防水等級(jí)為二級(jí)。場(chǎng)地內(nèi)基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí),變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

依據(jù)勘察報(bào)告提供資料,車(chē)站擬建場(chǎng)地處于杭州市南面,臨近錢(qián)塘江,屬錢(qián)塘江沖海積平原地貌單元。場(chǎng)地土層構(gòu)成見(jiàn)表1。1號(hào)線(xiàn)車(chē)站底板位于⑤-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層上。工點(diǎn)范圍內(nèi)地勢(shì)平坦,地下水豐富,承壓水頭高。

表1 場(chǎng)地土層構(gòu)成一覽

1.3 車(chē)站主體基坑開(kāi)挖特點(diǎn)及難點(diǎn)

(1)地質(zhì)條件差,地下水位高,基坑開(kāi)挖過(guò)程中容易出現(xiàn)基坑變形、土體液化、坑底隆起及地下水突涌等現(xiàn)象。

(2)1號(hào)線(xiàn)車(chē)站北側(cè)基坑邊有近江消防中隊(duì)及秋濤路變電所兩棟樓房,距離基坑較近,開(kāi)挖中需重點(diǎn)保護(hù)。

2 旋噴樁加固設(shè)計(jì)

2.1 加固范圍

因圍護(hù)結(jié)構(gòu)陽(yáng)角處受力復(fù)雜,且近江消防中隊(duì)、秋濤路變電所距離基坑較近,為保證基坑開(kāi)挖過(guò)程中建筑物的穩(wěn)定及安全,需對(duì)該范圍土層進(jìn)行旋噴加固。加固范圍見(jiàn)圖1。

圖1 坑外旋噴樁加固范圍示意(單位：m)

2.2 旋噴樁設(shè)計(jì)參數(shù)

坑外土體加固采用三重管高壓旋噴工藝。樁徑為φ650 mm,樁心間距400 mm,咬合250 mm,呈梅花形布置,旋噴深度為地下連續(xù)墻頂至基坑底以下5 m,約30～32 m。要求加固土體28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得小于1.2 MPa。

3 旋噴樁施工工藝

3.1 施工技術(shù)參數(shù)

高壓旋噴樁應(yīng)用于不同要求時(shí),須根據(jù)各種土質(zhì)的黏聚力等抗切割指標(biāo)設(shè)計(jì)采用不同的技術(shù)參數(shù)[5]。本工程主要參數(shù)設(shè)計(jì)如下所述。

(1)漿液類(lèi)型：選用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥漿液,水灰比1∶1,漿液比重1∶49～1∶52；

(2)注漿壓力：20 MPa；

(3)水壓力：不超過(guò)1.0 MPa；

(4)提升速度：10～20 cm/min；

(5)旋噴速度：10～20 r/min。

3.2 施工順序

采取跳打法施工,以防止孔間串漿。一般間隔1～2個(gè)孔,間隔控制在0.8 m 以上,待24 h后再施工相鄰孔位。詳細(xì)施工順序見(jiàn)圖2。

圖2 施工順序示意

3.3 施工工藝流程

施工工藝流程：測(cè)量定位→鉆機(jī)就位→鉆引孔→插入三重管→旋噴提升→沖洗→移至下一樁位。

3.4 施工注意事項(xiàng)

(1)每批次水泥進(jìn)場(chǎng)時(shí)必須有質(zhì)保單,并進(jìn)行抽檢試驗(yàn),鑒定合格后方可使用；加強(qiáng)水泥的現(xiàn)場(chǎng)保管,不得淋雨受潮。

(2)施工時(shí)對(duì)各孔的高壓噴射參數(shù)進(jìn)行檢查,以確保加固土體的質(zhì)量。

(3)當(dāng)注漿管貫入土中,噴嘴達(dá)到始噴高度以下0.3 m時(shí),即可噴射注漿。在噴射注漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定值之后,即可按工藝要求緩慢提升注漿管,由下而上噴射注漿至終噴高度以上0.3 m處停噴,并拔出注漿管。

(4)分段提升的搭接長(zhǎng)度不得小于100 mm,以保證加固土體的整體性。

(5)高壓噴射注漿完畢,或在噴射注漿過(guò)程中因故中斷,短時(shí)間(小于或等于漿液初凝時(shí)間)內(nèi)不能繼續(xù)噴漿時(shí),應(yīng)迅速拔出注漿管,清洗注漿管、注漿泵和高壓膠管,防止?jié){液凝結(jié)后堵塞管道,造成再次噴射時(shí)管內(nèi)壓力驟增而發(fā)生意外。

(6)為防止?jié){液凝固收縮影響樁頂高程,必要時(shí)可在原孔位采用冒漿回灌或二次注漿等措施。

(7)高壓噴射注漿過(guò)程中出現(xiàn)壓力驟然下降、上升或大量冒漿等異常情況時(shí),應(yīng)停止注漿施工以防止樁體中斷,同時(shí)立即查明產(chǎn)生的原因及時(shí)采取措施。

(8)如果發(fā)現(xiàn)填土層及砂層中地下水滲流速度快,為避免旋噴后水泥漿液大量流失,確保填土層及砂層動(dòng)水中成樁質(zhì)量,可在水泥漿液中摻加速凝劑。速凝劑摻量及凝結(jié)時(shí)間根據(jù)成樁試驗(yàn)確定。

4 質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

旋噴樁在地層下直接形成,屬于隱蔽工程,必須運(yùn)用科學(xué)的、切合實(shí)際的檢查方法來(lái)檢驗(yàn)其加固效果[6]。旋噴注漿施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 旋噴樁施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

4.2 質(zhì)量控制措施4.2.1 垂直度控制

為保證鉆孔垂直度偏差控制在1.5%范圍內(nèi),鉆機(jī)就位后,必須校正其水平,使鉆桿軸線(xiàn)垂直對(duì)準(zhǔn)孔位中心位置?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)調(diào)整鉆機(jī)底盤(pán)上的4個(gè)液壓支腿,使用水平尺和固定于桅桿上的吊線(xiàn)錘相互校驗(yàn),以保持桅桿始終處于垂直狀態(tài),并固定好鉆機(jī)。鉆進(jìn)過(guò)程中,隨時(shí)觀察鉆機(jī)的工作情況。

4.2.2 加固土體頂面與底面高程控制

加固區(qū)場(chǎng)地高程控制點(diǎn)位于場(chǎng)地兩側(cè)導(dǎo)墻上。噴射管采用3 m定尺專(zhuān)用管,鉆機(jī)桅桿相應(yīng)高度用紅布標(biāo)記,在始噴高度以下0.3 m開(kāi)始噴漿,至終噴高度以上0.3 m停止噴漿。

4.2.3 旋噴加固質(zhì)量控制

施工前應(yīng)作工藝試噴,以確定旋噴施工過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)(壓力、水泥漿液用量、旋轉(zhuǎn)速度、提升速度等),以及不同地層合理的水壓力、提升速度、漿液配比和壓力等參數(shù),施工中按照最不利地層的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工；噴射過(guò)程中,隨時(shí)檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量及風(fēng)量、壓力、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、噴射方向等參數(shù),并做好記錄。

4.2.4 冒漿的處理

在噴漿過(guò)程中,有一定數(shù)量的土粒,隨著一部分漿液沿著注漿管管壁冒出地面,通過(guò)對(duì)冒漿(內(nèi)有土粒、水及漿液)的觀察,可以及時(shí)了解土層狀況,旋噴的大致效果和旋噴合理性等。冒漿量小于注漿量20%為正常,超過(guò)20%或完全不冒漿時(shí),應(yīng)查明原因,采取相應(yīng)措施[7]。

(1)冒漿量過(guò)大：一般是由于有效噴射范圍與注漿量不匹配,注漿量大大超過(guò)旋噴固結(jié)所需的漿量所致?？刹扇∠铝写胧p少冒漿量：提高噴射壓力(噴漿量不變)；適當(dāng)縮小噴嘴孔徑(噴射壓力不變)；加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。

(2)不冒漿：在水泥漿液中摻加適量的速凝劑,縮短固結(jié)時(shí)間,使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)固結(jié)；在空隙地段增大注漿量,填滿(mǎn)空隙后再繼續(xù)正常施工。

4.2.5 機(jī)械故障處理

噴注中途發(fā)生機(jī)械故障時(shí),應(yīng)停止提升和噴射，以防樁體中斷,同時(shí)立即排除故障。

(1)流量不變而壓力突然下降：可能是高壓部分密封性能不好,連接處或旋轉(zhuǎn)處漏漿、漏水使噴射能力降低,應(yīng)檢查各部位的泄漏情況,必要時(shí)拔出注漿管,檢查密封性能。

(2)壓力稍有下降：可能是注漿管被擊穿或有孔洞,或應(yīng)拔出注漿管進(jìn)行檢查。

(3)壓力陡增超過(guò)最高限值、流量為零、停機(jī)后壓力仍不變動(dòng)：可能是噴嘴堵塞,應(yīng)拔管疏通噴嘴。

(4)因停電、機(jī)械事故而停噴繼續(xù)開(kāi)噴時(shí),應(yīng)將噴射管下插50 cm,以保證樁墻的連續(xù)性。

5 結(jié)語(yǔ)

富春路站基坑外旋噴加固共計(jì)12 870 m3,經(jīng)鉆芯取樣,28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均在1.2 MPa以上。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示坑外土體水平位移控制在30 mm以?xún)?nèi),建筑物沉降控制在35 mm以?xún)?nèi),基坑與建筑物均穩(wěn)定安全。富春路站旋噴樁注漿加固取得了以下幾方面經(jīng)驗(yàn)。

(1)在基坑規(guī)模較大、地層含水、基坑周邊建筑密集地段,采用高壓旋噴注漿是保證基坑周邊建筑物穩(wěn)定和安全的有效措施。

(2)施工前的工藝試噴是確定施工技術(shù)參數(shù)、保證施工質(zhì)量的必要環(huán)節(jié)。

(3)施工中應(yīng)根據(jù)各層土質(zhì)密度、含水量等差異適時(shí)調(diào)整施工參數(shù),以保證樁體質(zhì)量的均勻性。

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