淺談旋噴樁技術(shù)在地鐵深基坑施工中的應(yīng)用

詹學(xué)智

摘要：

高壓旋噴樁施工技術(shù)應(yīng)用時間已經(jīng)很長，施工方法比較成熟。該工藝主要運用于地基基礎(chǔ)加固的工程當(dāng)中，一般加固深度在20米以內(nèi)。由于該工藝能形成有效的止水帷幕，也被廣泛的應(yīng)用于地鐵深基坑的施工當(dāng)中。但隨著旋噴樁加固深度的不斷加深，傳統(tǒng)工藝在施工質(zhì)量上暴露出很多問題?，F(xiàn)行的規(guī)范沒有針對天津的地質(zhì)地層特點給出可行的控制參數(shù)。本文通過對既定技術(shù)指標的探索來實現(xiàn)來推動該項技術(shù)在地鐵深基坑中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高壓旋噴樁止水帷幕 控制參數(shù)深基坑

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

1、旋噴樁技術(shù)發(fā)展水平及存在的問題

高壓噴射注漿技術(shù)首創(chuàng)于日本，并得到了快速發(fā)展，1960年日本中西涉博士發(fā)明了單重管高壓旋噴樁（CCP工法），隨即于70年代開發(fā)了二重管高壓旋噴樁注漿法（JGS工法）、三重管高壓旋噴樁注漿法（GJG工法），進入上世紀90十年代，在此研究的基礎(chǔ)上又開發(fā)了SSS-MAN（super soil stabilization management）和RJP（超高壓旋噴樁，Rodin jet pile）工法，使旋噴樁直徑可達4米，有效成樁深度可達60米，而且可以達到穩(wěn)定的強度。

我國于1975年將高壓旋噴樁技術(shù)引進，并應(yīng)用于工程建設(shè)，現(xiàn)已經(jīng)在全國進行了推廣應(yīng)用。目前在我國應(yīng)用的旋噴樁技術(shù)有單重管技術(shù)、雙重管技術(shù)，三重管技術(shù)，三重管雙高壓技術(shù)，經(jīng)過多年的實踐，在技術(shù)應(yīng)用方面有了長足進步。

目前無論是國外學(xué)者還是國內(nèi)相關(guān)從業(yè)人員，對高壓旋噴樁施工技術(shù)的研究多致力于工藝本身的改良，如加大噴漿壓力、改變噴漿方式、調(diào)整注漿材料、加強渣土置換率，以求使旋噴樁技術(shù)能夠得到更好的成樁效果，具有更大成樁半徑以及更深有效成樁深度。因此，對于高壓旋噴樁工藝的基本原理，即高壓噴射流對巖土體的切削破壞作用機理至今尚不完善。目前，國際上一般認為高速噴射流對巖土的破壞作用有：噴射流的動壓力作用；水、液滴的沖擊力；汽蝕現(xiàn)象；噴射流的動脈負荷引起的地基土的破壞；水力楔形效應(yīng)。以此為基礎(chǔ)，認為影響旋噴樁成樁效果的因素有：高壓噴射的動壓力；噴嘴移動速度；巖土材料的物理性質(zhì)；擠壓作用。

但對于不同巖土材料性質(zhì)以及旋噴工藝參數(shù)對成樁質(zhì)量的影響效果，缺乏實際的試驗與研究基礎(chǔ)，導(dǎo)致目前尚不存在量化指標，難以用來精確的指導(dǎo)施工。目前實際施工中，面對不同工程的條件，選用的施工參數(shù)多為經(jīng)驗值，由于成樁后的旋噴樁埋入地下，缺乏對成樁效果的直觀驗證，通常的施工經(jīng)驗難以保證旋噴樁施工質(zhì)量。

2、需要研究的主要內(nèi)容

（1）利用流體力學(xué)原理，研究高壓噴射流力學(xué)特征

（2）找出對成樁效果產(chǎn)生影響的關(guān)鍵巖土物理指標特征

（3）地質(zhì)條件，施工控制參數(shù)與成樁半徑以及成樁強度的影響關(guān)系，確定量化指標，用于指導(dǎo)施工。（即給定成樁效果后，可以根據(jù)地層情況，查出對應(yīng)的施工控制指標范圍）

3、研究所采取的方法、可行性分析及解決問題的技術(shù)路線。

首先，進行分析試驗。試驗過程大致分2步。第一步，在已知的地質(zhì)條件下，通過只調(diào)整某一關(guān)鍵施工參數(shù)，而其他施工參數(shù)保持不變的方式，進行若干組單一變量試驗，以求分析出每種施工參數(shù)的調(diào)整對成樁質(zhì)量的影響效果。第二步，在固定的施工參數(shù)情況下，觀察在不同地層中，不同深度范圍內(nèi)的成樁效果，建立地層關(guān)鍵物理指標與成樁質(zhì)量的影響關(guān)系。

其次，數(shù)據(jù)分析，得出推論。根據(jù)分析試驗建立施工參數(shù)、地層物理指標與成樁質(zhì)量的關(guān)系模型，找出影響成樁質(zhì)量的關(guān)鍵指標或施工參數(shù)并根據(jù)已有結(jié)論給出特定地層條件的旋噴樁施工參數(shù)。

再次，驗證試驗。根據(jù)推論，在已知的地質(zhì)條件下，在確定的對應(yīng)施工參數(shù)范圍內(nèi)進行調(diào)整參數(shù)，進行旋噴樁試驗，開挖后驗證推論效果。

4．旋噴樁技術(shù)在地鐵深基坑施工中的應(yīng)用研究的的社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益。

高壓旋噴樁技術(shù)是70年代從日本引進的一種加固松軟土體的應(yīng)用技術(shù)，其實質(zhì)是采用鉆機先鉆進至預(yù)定深度后，由鉆桿一端安裝的特別噴嘴，將水泥漿液高壓噴出，以噴射流切割攪動土體，同時鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使土粒與水泥漿混合凝固，從而造成一個均勻的圓柱形水泥土結(jié)合體，以達到加固地基和止水防滲的目的。

根據(jù)該技術(shù)所形成的樁徑要求、施工工藝和設(shè)備的不同，可分為單管、雙重管，三重管，多孔管等4種方法。單管法就是一根注漿管一種介質(zhì)，即水泥漿。雙重管是用2根不同直徑同心套管的管子，同時注入2種介質(zhì)，即中心管注水泥漿，外管注入高壓氣流，二者在同一噴嘴噴出，水泥漿在中心，外圍是筒狀氣體助噴，藉此加大有效射程即成樁直徑。 三重管法是3根不同直徑同心套管的管子，同時注入水、氣、漿3種介質(zhì)，整體同速旋轉(zhuǎn)，提升，最后形成旋噴樁；多重管法則是噴射高壓水、高壓水泥漿與氣流的復(fù)合噴射流以及灌注速凝劑等四種介質(zhì)，可用于地下工程圍護結(jié)構(gòu)止水處理以及軟土路基加固等處理。

高壓旋噴樁主要應(yīng)用在土壤標準貫入值為0-30的淤泥、粘性土、砂土、砂礫及含部分卵石層的地基中，做為一種地基加固以及防滲技術(shù)應(yīng)用于多個工程領(lǐng)域，比如公路工程中深厚軟土地基加固處理、舊有道路改造處理、橋臺橋墩基礎(chǔ)處理、基坑止水帷幕、建筑地基加固等等。

為了保證高壓旋噴樁的土體加固效果以及止水效果，就要保證旋噴樁的成樁直徑以及成樁強度。在不同的地質(zhì)條件、不同的深度、不同施工參數(shù)（水泥參量、水灰比、注漿壓力等等）的影響下對旋噴樁的成樁直徑與成樁強度有著很大差別，而現(xiàn)在我們在實際應(yīng)用中往往忽略上述因素，在不同地質(zhì)條件、不同深度范圍內(nèi)采用統(tǒng)一的施工參數(shù)，缺乏針對自身工程條件對旋噴施工施工參數(shù)科學(xué)合理的確定。這就導(dǎo)致我們現(xiàn)有旋噴樁施工質(zhì)量普遍較差。所施工的旋噴樁尤其是20米以上的深層旋噴樁有效成樁半徑隨成樁深度而逐漸減小，成倒錐形，成樁半徑與成樁強度都無法保證，從而導(dǎo)致整體旋噴樁群的土體加固、止水效果減弱。

目前國內(nèi)尚缺乏對于地質(zhì)條件、施工參數(shù)之間作用關(guān)系的系統(tǒng)研究。缺乏工程實驗為研究手段，通過數(shù)據(jù)分析，建立地質(zhì)條件中的某些特征指標（比如天然含水量、重力密度、空隙比、塑性止水、標準貫入度、承載力標準值）施工參數(shù)與成樁質(zhì)量效果的關(guān)系模型；在明確成樁質(zhì)量要求的前提下，按照地質(zhì)條件，給出最優(yōu)施工參數(shù)范圍。以此來指導(dǎo)旋噴樁施工，以求提高業(yè)界整體旋噴樁施工水平，有著廣泛地應(yīng)用前景以及豐厚的經(jīng)濟價值。