基于沿海潮汐作用下高壓旋噴樁在地基加固施工中的成樁方法

許兆勇，孫耀奎

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

關(guān)鍵字：高壓旋噴樁；潮汐作用；地基加固；成樁工藝

0 引言

隨著城市化的快速發(fā)展，沿海地區(qū)地下空間發(fā)展迅速，高壓旋噴樁對(duì)于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土等特殊不良地質(zhì)地基加固效果顯著，并得到廣泛運(yùn)用，因高壓旋噴法通常采用一次性旋噴成樁工藝，但遇到拋石、塊石等透水性高的施工區(qū)域成樁質(zhì)量差，起不到地基加固的效果［1］。為確保高壓旋噴樁地基加固處理質(zhì)量及基坑施工安全，對(duì)高壓旋噴樁在潮汐作用區(qū)域成樁效果提出了較高要求。因此，本文結(jié)合廣州市某沉管隧道工程，對(duì)高壓旋噴樁在臨江段地質(zhì)特征和水文條件進(jìn)行了分析，并通過(guò)多次試驗(yàn)樁不斷地進(jìn)行探索總結(jié)提升，根據(jù)潮汐變化時(shí)間對(duì)高壓旋噴樁進(jìn)行分段施工［2］，針對(duì)不同潮汐條件下施工提出的利用潮汐差分段成樁的一種高壓旋噴樁成樁方法，能夠?qū)τ谠撎厥鈼l件下加固地基土取得相當(dāng)不錯(cuò)的效果。實(shí)踐證明，該方法可行，成樁質(zhì)量、安全可靠，施工工期有保證，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

某沉管隧道工程天河暗埋段，南起K3+570，北至K4+300，其中K3+570～K3+635 處為進(jìn)行珠江原堤岸改造，以及基坑右側(cè)的油脂廠涌堤岸的建造。珠江堤岸修復(fù)旋噴樁φ500橫向1.15 m，縱向1.0 m；油脂廠涌右岸（Y0+000-Y0+411.8）旋噴樁φ600 橫向1.15 m，縱向1.0 m；左岸（Z0+000-Z0+328.2）旋噴樁φ500 橫向1.15 m，縱向1.0 m，如圖1所示。

圖1 油脂廠涌堤岸旋噴樁分布示意圖Fig.1 Schematic Diagram of the Distribution of Jet Grouting Piles on the Bank of the Oil Factory

2 臨江段地質(zhì)特性及水文條件

2.1 臨江段地質(zhì)特性

2.2 水文條件

本隧道工程所在河道屬珠江的東河道，受上游徑流及下游南海潮汐動(dòng)力的共同作用。

2.2.1 潮汐特征

在建的隧道工程所在水域的潮汐特征屬于不正規(guī)半日混合潮型，在一個(gè)太陰日內(nèi)出現(xiàn)二次高潮和二次低潮，歷時(shí)約為24 h 50 min，且相鄰高潮和低潮的潮位值和歷時(shí)都不等。潮型一般是以高高潮?低低潮?低高潮?高低潮的形式出現(xiàn)，大約經(jīng)過(guò)12～13 d，潮型變?yōu)榈透叱?高低潮?高高潮?低低潮。夏秋低低潮多出現(xiàn)在夜間，高高潮多出現(xiàn)于白天，冬春則相反。

2.2.2 流速特征

本河道是河流和海洋動(dòng)力相互作用的水道，山潮比為0.253，是弱徑流強(qiáng)潮流水道，潮流為往復(fù)流，流向大致順著水道走向。由于隧址處為不正規(guī)的半日潮區(qū)，1 個(gè)潮汐周期內(nèi)有2 個(gè)高潮和2 個(gè)低潮，實(shí)測(cè)潮流也表現(xiàn)為1 個(gè)潮周期內(nèi)有2 個(gè)漲落過(guò)程，潮流流速為明顯的四峰態(tài)（漲急、漲平、落急、落平）。

3 高壓旋噴樁在潮汐作用下成樁方法

3.1 確定臨江段樁位施工順序

在臨江段樁位施工區(qū)域率先施工完成臨水一側(cè)最外一排高壓旋噴樁，接著施工臨水一側(cè)第二排樁，最外一及第二排高壓旋噴樁將臨水側(cè)最外排高壓旋噴樁以內(nèi)的施工區(qū)域與潮汐水流充分隔離開(kāi)，再施工臨水側(cè)及臨岸側(cè)其余樁位，成樁質(zhì)量也將得到顯著提高，將大大降低高壓旋噴樁受潮汐作用成樁施工的影響，如圖2所示。

圖2 臨江段高壓旋噴樁施工平面布置示意圖Fig.2 Schematic Diagram of the Construction Plan of the High-pressure Jet Grouting Piles at the Riverside Section

3.2 高壓旋噴樁在潮汐作用下的成樁工藝

經(jīng)試驗(yàn)論證，并通過(guò)珠江潮汐變化情況將單根高壓旋噴樁施工分成常水位標(biāo)高以下的Ⅰ階段樁和常水位標(biāo)高以上的Ⅱ階段樁的2個(gè)階段的兩段樁分別進(jìn)行施工［4］，如圖3所示。

圖3 樁段分段施工工藝示意圖Fig.3 Schematic Diagram of the Segmented Construction Process of the Pile Section

3.2.1 施工步驟

⑴第一步：在漲潮階段先完成常水位標(biāo)高以下的第Ⅱ段樁體成樁施工；

⑵第二步：在退潮階段中水面標(biāo)高位置從高潮位降至常水位標(biāo)高以下之后，且在下一次漲潮階段中低潮位漲至常水位之前，完成常水位標(biāo)高以上至設(shè)計(jì)標(biāo)高的第Ⅰ段樁體成樁施工。

3.2.2 施工方法及施工措施

⑴在高壓旋噴樁正式施工前先對(duì)樁位進(jìn)行引孔作業(yè)，采用引孔機(jī)對(duì)樁位處塊石及拋石進(jìn)行破碎處理［5］，將透水性好的區(qū)域變成透水性差的區(qū)域［6］，為后續(xù)高壓旋噴樁機(jī)鉆桿下放孔道提供方便。

⑵針對(duì)施工過(guò)程中跑漿、漏漿現(xiàn)象，并在成樁過(guò)程中在第Ⅰ、Ⅱ段的水泥漿液中摻入0.5%～2.0%水泥摻入量的水玻璃速凝劑以加快水泥漿凝結(jié)時(shí)間。減少漲潮或退潮水流帶走的水泥灰漿液，從而提高旋噴樁柱狀土中水泥灰漿含量［7］。

⑶為避免潮水在退潮階段帶走水泥灰漿，在漲潮階段先完成常水位標(biāo)高以下的Ⅱ段樁施工，為Ⅰ段樁施工創(chuàng)造條件。可以減少常水位標(biāo)高以上的由于潮汐變化帶來(lái)的水泥漿流失的問(wèn)題。

4 潮汐作用下高壓旋噴樁成樁質(zhì)量檢測(cè)

⑴臨水側(cè)最外排高壓旋噴樁成樁28 d 齡期后，在監(jiān)理單位及相關(guān)人員的見(jiàn)證下，刨去樁頂松散部分鉆孔取芯進(jìn)行進(jìn)行鉆芯取樣，對(duì)樁身整體性、外觀質(zhì)量、成樁直徑和芯樣進(jìn)行了檢測(cè)［8］，所檢3根高壓旋噴樁芯樣基本完整，連續(xù)，呈塊狀、短柱～長(zhǎng)柱狀；部分深度范圍內(nèi)芯樣膠結(jié)差、不連續(xù)、呈破碎狀。高壓旋噴樁芯樣如圖4所示。

圖4 高壓旋噴樁芯樣Fig.4 High-pressure Jet Grouting Pile Core Sample

⑵選取部分長(zhǎng)柱狀芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：所檢芯樣試件抗壓強(qiáng)度在3.1～3.5 MPa之間，滿足設(shè)計(jì)要求。受檢樁芯檢測(cè)情況如表1所示。

表1 受檢樁鉆芯檢測(cè)情況Tab.1 Core Drilling Inspection of Inspected Piles

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)廣州市某隧道工程項(xiàng)目高壓旋噴樁施工方法進(jìn)行研究，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

⑴先進(jìn)行第Ⅰ階段施工，可以大大減少第Ⅱ階段施工中高壓旋噴樁受潮汐變化的影響。能夠延長(zhǎng)后續(xù)的高壓旋噴樁的作業(yè)時(shí)間，成樁質(zhì)量顯著提高。

⑵通過(guò)引孔作業(yè)將透水性好的區(qū)域變成透水性差的區(qū)域，能夠減少施工中水泥漿的流失以及解決傳統(tǒng)高壓旋噴樁機(jī)在殘積巖、風(fēng)化巖等透水性好區(qū)域旋噴成樁質(zhì)量差的問(wèn)題。

⑶在高壓旋噴樁第Ⅰ施工階段和第Ⅱ施工階段使用施工水泥灰漿中加入0.5%至2.0%水泥摻入量的水玻璃，能夠加快水泥灰漿凝結(jié)［9］，減少漲退潮水流帶走的水泥灰漿，特別說(shuō)明的是加入1.0%水泥摻入量的水玻璃效果顯著［10］。

⑷本工程高壓旋噴樁施工方法在不同情況下的潮汐作用均能起到改善水泥灰漿液大量流失的問(wèn)題，解決了傳統(tǒng)施工中無(wú)法根據(jù)潮汐變化的具體時(shí)間將樁身分成多段施工的問(wèn)題，保證了工程質(zhì)量及工程的順利進(jìn)行。