雙重管旋噴樁在昆明深厚泥炭質(zhì)土中的加固試驗

李永迪 張 帆 李向紅

1. 上海隧道地基基礎(chǔ)工程有限公司 上海 200333；

2. 上海隧道工程有限公司 上海 200232

伴隨著昆明市的不斷建設(shè)，地下空間開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，旋噴樁在昆明的應(yīng)用案例也日益增多，與此同時，在大量的工程應(yīng)用中也暴露出了一些問題，如發(fā)現(xiàn)旋噴樁在昆明滇池地區(qū)應(yīng)用時，對滇池地區(qū)大量呈層狀分布的泥炭質(zhì)土改良效果不明顯。各施工企業(yè)針對該問題所采取的措施也不盡相同。根據(jù)調(diào)查，當(dāng)?shù)剌^為常規(guī)的施工方式為“黏土造漿置換法”和“添加外摻劑法”，這2種方式在施工過程中各有利弊，本文不做詳細(xì)探討。針對旋噴樁在滇池地區(qū)泥炭質(zhì)土中改良效果不明顯的問題[1-5]，本文通過相關(guān)試驗，提出一種適用于滇池地區(qū)泥炭質(zhì)土改良的高壓旋噴工法，可為今后滇池地區(qū)深厚泥炭質(zhì)土的改良處理提供新的加固手段。

表1為國內(nèi)常用高壓噴射注漿工藝的一些基本數(shù)據(jù)。

表1 國內(nèi)常用高壓噴射注漿工藝基本數(shù)據(jù)

1 試驗概況

昆明軌道交通2號線二期工程會展中心站是軌道交通2號線、5號線平行換乘車站，主體建筑面積25 245.8 m2，附屬面積5 878.65 m2，總建筑面積31 124.45 m2?；娱_挖深度23.5～24.8 m。車站基礎(chǔ)持力層主要為粉質(zhì)黏土及粉土，局部基坑底存在泥炭質(zhì)土層。該土層物理力學(xué)性質(zhì)較差，其承載力基本值為80 kPa，為了對該地層進(jìn)行有效改良，從而進(jìn)行本次試驗。

昆明會展中心站泥炭質(zhì)土呈灰黑色，可塑，以黏性土為主，含有腐爛的根須及朽木，有臭味，干強(qiáng)度及韌性較好。該土層呈層狀分布，屬高壓縮性，具有孔隙比大、含水率高等特性。泥炭質(zhì)土的現(xiàn)場取芯照片如圖1所示。

圖1 泥炭質(zhì)土現(xiàn)場取芯照片

2 試驗?zāi)康?/h2>

1）研究高壓噴射流在泥炭質(zhì)土中的噴射成樁范圍及影響因素。

2）通過單、雙噴嘴對比試驗，優(yōu)化雙重管旋噴樁施工參數(shù)。

3）確定雙重管旋噴樁成樁效果和質(zhì)量。

3 試驗方案

以計劃加固土層為對象，進(jìn)行成樁直徑試驗，探索成樁直徑不小于800 mm時的施工參數(shù)。為了保證試驗的順利進(jìn)行，并使之具有較強(qiáng)的說服力，采用“對比法”進(jìn)行試驗。對比試驗內(nèi)容如表2所示。

表2 對比試驗內(nèi)容

為了能夠及時有效地調(diào)整施工參數(shù)，加快試驗進(jìn)度，試驗時分別在距樁中心30、40、50 cm處埋設(shè)聽管，利用聽管反饋的聲音為及時變更施工參數(shù)提供指導(dǎo)。

試驗完成后，進(jìn)行14、28 d取芯作業(yè)，與“聽管法”相互驗證，并進(jìn)行強(qiáng)度比對。根據(jù)全部試驗成果，確認(rèn)在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面均合理的施工參數(shù)，為正式施工提供指導(dǎo)。

4 試驗過程

4.1 一次噴射對比試驗情況

采用雙重管旋噴樁進(jìn)行試驗，分別在距樁中心30、40、50 cm處埋設(shè)聽管以判斷樁徑（圖2）。

圖2 聽管法布置現(xiàn)場

聽管法的本質(zhì)是一種高壓旋噴樁施工成樁直徑的實時監(jiān)控裝置，可在旋噴樁成樁施工過程中對樁徑進(jìn)行實時監(jiān)控，既能夠避免樁徑不足導(dǎo)致的潛在安全隱患，又能夠控制旋噴樁徑過大而造成的材料浪費。聽管法所需設(shè)備成本低且可回收，對操作人員技術(shù)要求較低，對樁徑的監(jiān)控效果好。

雙重管旋噴樁一次噴射的試驗情況如表3所示。

表3 雙重管旋噴樁一次噴射的試驗情況

旋噴施工完成后，對2根試驗樁進(jìn)行取芯作業(yè)。在采用雙噴嘴施工的樁中心外30 cm處，取出少量水泥土芯樣，發(fā)現(xiàn)其以原狀土為主，水泥土與泥炭質(zhì)土未有效混合。在采用單噴嘴施工的樁中心外30 cm處，取出整段水泥土芯樣，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度偏低，無法送檢。

由此可見，雙重管旋噴樁一次噴射的效果不佳，原因分析為：泥質(zhì)炭土有機(jī)質(zhì)含量高，根莖等有機(jī)質(zhì)等同于骨架，高壓漿液難以有效破壞泥炭質(zhì)土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即使破壞局部，漿液與泥炭質(zhì)土也混合不到一起，故形成的加固體不均勻，強(qiáng)度很低。通過對比還可發(fā)現(xiàn)，水灰比的變化對成樁質(zhì)量影響不大。

另外，在試驗過程中發(fā)現(xiàn)泥炭質(zhì)土的相對密度較小，被高壓漿液切割后，會伴隨著旋噴返漿，返至地面（圖3），這為二次噴射的對比試驗指明了方向。

圖3 少量泥炭質(zhì)土漂浮在返漿中

4.2 二次噴射對比試驗情況

根據(jù)一次噴射對比試驗得出的經(jīng)驗教訓(xùn)，在原有的樁身上進(jìn)行了二次噴射對比試驗。

采用工程地質(zhì)鉆機(jī)對擬試樁區(qū)域進(jìn)行鉆孔取芯，確認(rèn)了整個施工斷面泥炭質(zhì)土的準(zhǔn)確分布標(biāo)高。根據(jù)分布情況，確定了2層泥炭質(zhì)土的層厚，分別在這2層泥炭質(zhì)土中進(jìn)行了同等參數(shù)條件下的雙噴嘴與單噴嘴施工試驗。在試驗前，分別在距離樁中心30、40、50 cm處埋設(shè)聽管。

通過觀察雙噴嘴與單噴嘴施工，發(fā)現(xiàn)單噴嘴施工時返漿中的泥炭質(zhì)土碎塊較雙噴嘴多（圖4），即單噴嘴形式更有利于對泥炭質(zhì)土的破壞，主要原因是：雙重管單噴嘴噴射時，高壓氣體裹挾著水泥漿切割破壞土體，使周圍的土體形成有效的容漿空間，水泥漿與周圍的土體能充分混合，進(jìn)而提升成樁質(zhì)量。

圖4 單噴嘴施工時返漿中的泥炭質(zhì)土碎塊

因此，決定采用單噴嘴雙重管再進(jìn)行3根“品”字形搭接樁的試驗，試驗采用復(fù)噴的方式進(jìn)行，觀察成樁直徑、加固均勻性及搭接止水效果。通過對“品”字形群樁取芯（圖5～圖7），發(fā)現(xiàn)送檢芯樣報告中的平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到16 MPa，至此試驗圓滿結(jié)束。

圖5 取芯位置示意

圖6 取芯情況

圖7 加固體細(xì)部

5 結(jié)語

1）采用大噴嘴進(jìn)行二次噴射施工可以對泥炭質(zhì)土進(jìn)行更好的改良，可有效提升樁身質(zhì)量，這是因為復(fù)噴可以增加水泥漿與泥質(zhì)炭土的混合次數(shù)，保證水泥漿與周圍的土體充分?jǐn)嚢杌旌?，從而改善周圍泥炭質(zhì)土的成樁質(zhì)量。該施工方式較為簡單，有利于工程推廣。

2）在采用相同參數(shù)的情況下，單個大噴嘴相較2個小噴嘴，對泥炭質(zhì)土的破壞更為徹底，能夠使周圍土體形成有效的容漿空間。

3）對泥炭質(zhì)土進(jìn)行高壓噴射注漿改良的實質(zhì)是置換，置換得越徹底，改良效果越好。

4）本次試驗的成功實施為昆明滇池地區(qū)泥炭質(zhì)土層的改良處理提供了一種行之有效的解決措施，為將來的具體工程提供了有益的借鑒。