高壓旋噴樁施工技術(shù)在高鐵站臺(tái)地基加固中的應(yīng)用

王西博

（中鐵十六局集團(tuán)電氣化工程有限公司，北京 100018）

0 引言

在高鐵站臺(tái)建設(shè)過(guò)程中，地基加固常常采用高壓旋噴樁施工技術(shù)。高壓旋噴樁施工時(shí)，鉆機(jī)鉆入土層，將帶有噴嘴的注漿管送至預(yù)先設(shè)定好的位置，高壓射流從注漿管?chē)娮熘猩涑觯柚淝懈盍?duì)地層中的土體進(jìn)行沖切破壞。在高壓射流持續(xù)噴射的過(guò)程中，鉆桿以穩(wěn)定的速度向上提升，沖切下來(lái)的土體與注漿管?chē)娮熘猩涑龅母邏荷淞骰旌希谝欢ǖ纳涑谭秶鷥?nèi)形成圓柱狀固結(jié)體，即是旋噴樁。高壓旋噴樁施工技術(shù)能夠有效地加固地基，可以起到止水防漏的效果。

為了高質(zhì)高效地應(yīng)用高壓旋噴樁施工技術(shù)，本文以中衛(wèi)高鐵南站站臺(tái)地基加固工程為例，探究高壓旋噴樁施工的技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制策略，以期為相關(guān)工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 站臺(tái)概況

中衛(wèi)高鐵南站站臺(tái)工程位于中衛(wèi)市馬路灘鎮(zhèn)。中衛(wèi)南站站臺(tái)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為450m，站臺(tái)設(shè)計(jì)寬度為12m，共設(shè)置3個(gè)站臺(tái)，站臺(tái)高1.25m。站臺(tái)基礎(chǔ)采用旋噴樁進(jìn)行地基加固，施工起止里程為DK133+435～DK133+885。

1.2 站臺(tái)地基土體概況

本站臺(tái)工程地基土體自上而下依次為：

（1）新填土：層厚約7.61m。

（2）粉質(zhì)粘土：層厚約1.4m，成分以黏土為主。

（3）粗圓礫土：層厚約6m，顆粒成分以石英砂為主，顆粒粒徑20～60mm的顆粒約占40%～60%，大于60mm的顆粒約占10%～15%。

2 高壓旋噴樁施工工藝流程

2.1 施工工藝流程簡(jiǎn)介

為了確保高壓旋噴樁施工技術(shù)能夠順利應(yīng)用，首先應(yīng)該結(jié)合工程概況，明確施工工藝流程[1-2]。本工程旋噴樁施工技術(shù)施工示意圖和施工流程分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 高壓旋噴樁技術(shù)施工示意圖

圖2 高壓旋噴樁技術(shù)施工流程圖

2.2 具體施工工藝流程

高壓旋噴樁施工過(guò)程主要包括施工準(zhǔn)備、測(cè)量定位、鉆機(jī)就位、鉆進(jìn)成孔、下注漿管、噴射注漿、回灌漿液和鉆機(jī)移位八個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2.1 施工準(zhǔn)備

（1）開(kāi)展工程地質(zhì)勘探。在已有設(shè)計(jì)和施工資料的基礎(chǔ)上，針對(duì)資料中存在的不足，開(kāi)展進(jìn)一步的工程地質(zhì)勘探，主要目的是全面、準(zhǔn)確了解施工現(xiàn)場(chǎng)地基土體基本情況和施工環(huán)境條件，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。

（2）進(jìn)行場(chǎng)地處理。主要內(nèi)容是清除場(chǎng)地內(nèi)的各種障礙物，需要特別注意的是對(duì)于場(chǎng)地中較為低洼的地方需要用黏性料填實(shí)，還應(yīng)該設(shè)置合理的排漿溝。

（3）完成室內(nèi)配合比試驗(yàn)。根據(jù)高壓旋噴樁施工技術(shù)要求以及項(xiàng)目實(shí)際情況，在室內(nèi)開(kāi)展配合比試驗(yàn)，并對(duì)不同配合比進(jìn)行效果對(duì)比，確定最終的施工噴漿量。

（4）準(zhǔn)備充足的水泥加固料和水。主要目的是為了制造水泥漿，為了保障制造的水泥漿能夠充分滿足項(xiàng)目施工需求，同時(shí)又不造成浪費(fèi)，需要對(duì)水泥漿量進(jìn)行精確計(jì)算。計(jì)算時(shí)，一般采用體積法和噴量法，最終取較大值作為水泥漿量[3]。

①體積法：

②噴量法：

式中：Q——需要的噴漿量，m3；

De——旋噴固結(jié)體直徑，m；

D0——注漿管直徑，m；

K1——填充率，0.75～0.9；

h1——旋噴長(zhǎng)度，m；

K2——未旋噴范圍土的填充率，0.5～0.75；

h2——未旋噴長(zhǎng)度，m；

β——損失系數(shù)，0.1～0.2；

ν——提升速度，m/min；

H——噴射長(zhǎng)度，m；

q——單位噴漿量，m3/m。

（5）開(kāi)展試樁試驗(yàn)。試樁試驗(yàn)是后續(xù)全面施工的重要基礎(chǔ)，可以有效保障后續(xù)施工質(zhì)量。該項(xiàng)目在全面施工之前，基于上述流程確定的相關(guān)參數(shù)設(shè)置數(shù)根試樁，對(duì)試樁效果進(jìn)行分析，一方面對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化；另一方面明確攪拌機(jī)提升速度、回轉(zhuǎn)速度以及壓力等相關(guān)參數(shù)。

2.2.2 測(cè)量定位

該環(huán)節(jié)主要是通過(guò)測(cè)量旋噴樁中心點(diǎn)，為樁機(jī)準(zhǔn)確就位提供數(shù)據(jù)支持。測(cè)量定位主要采用全站儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完成后為了保障測(cè)量定位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確需要再次進(jìn)行復(fù)測(cè)，兩次測(cè)量數(shù)據(jù)一致，便可以布設(shè)護(hù)樁。在高壓旋噴樁施工時(shí)要求樁孔中心偏差在5cm以?xún)?nèi)。

2.2.3 鉆機(jī)就位

根據(jù)測(cè)量定位結(jié)果，將旋噴樁機(jī)運(yùn)至目的樁位，然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。首先是整平鉆機(jī)，確保立軸轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)準(zhǔn)樁孔孔位，確保鉆桿垂直地面，角度偏差在1.5%范圍內(nèi)。樁位對(duì)準(zhǔn)之后，需要通過(guò)定位卡對(duì)其進(jìn)行固定。然后對(duì)旋噴樁機(jī)的高壓系統(tǒng)以及管路系統(tǒng)進(jìn)行性能和安全性檢查，確保能夠滿足施工要求。

2.2.4 鉆進(jìn)成孔

旋噴樁機(jī)準(zhǔn)備就緒之后，便可以啟動(dòng)工作模式。正式鉆進(jìn)之前往往需要進(jìn)行試噴，再次對(duì)旋噴樁機(jī)的工作性能和狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)。鉆進(jìn)過(guò)程中，需要密切觀察鉆進(jìn)狀態(tài)，合理控制鉆速，避免發(fā)生各種事故。為了避免卡鉆等事故發(fā)生影響正常施工進(jìn)度，需要提前制定各種應(yīng)急措施，以便發(fā)生事故時(shí)能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)處理。在鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中，受到地下土質(zhì)不均勻性影響，鉆孔可能發(fā)生傾斜，影響旋噴樁機(jī)施工效果。這就需要操作人員定期進(jìn)行鉆桿垂直度測(cè)量、發(fā)現(xiàn)傾斜及時(shí)校正，有效保障鉆孔垂直。

2.2.5 下注漿管

在鉆至預(yù)定深度之后，取出鉆桿，置入噴射注漿管。為了確保噴射注漿管在插入過(guò)程中不發(fā)生卡殼等故障，需要通過(guò)高壓水噴嘴在插管過(guò)程中基于一定的壓力進(jìn)行噴射，通常該壓力不足1MPa。

2.2.6 噴射注漿

噴射注漿管下至預(yù)定深度之后便可以沿著由下向上的方向進(jìn)行噴射注漿。為了確保樁底位置處的噴射質(zhì)量，同時(shí)避免旋噴管發(fā)生損壞，在噴射注漿時(shí)需要由小到大增加噴射壓力，直至達(dá)到預(yù)設(shè)狀態(tài)，同時(shí)噴嘴需要在樁底位置處旋轉(zhuǎn)10s左右，待正常冒漿之后再進(jìn)行旋噴提升。在旋噴提升過(guò)程中需要注意鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)該保持同步，不能只旋轉(zhuǎn)不提升，也不能只提升不旋轉(zhuǎn)。地下不同深度土質(zhì)往往存在差異，這就要求操作人員根據(jù)實(shí)際土質(zhì)參數(shù)合理設(shè)置旋噴參數(shù)，有效保障施工質(zhì)量。

2.2.7 回灌漿液

噴射注漿施工結(jié)束之后，樁孔中的水泥漿液由于凝固作用體積會(huì)變小，同時(shí)樁孔中的水泥漿液也會(huì)存在不同程度的漏失，導(dǎo)致樁孔中水泥漿液面會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降。這種情況下需要施工人員持續(xù)向樁孔中補(bǔ)充水泥漿液，并進(jìn)行壓漿施工，直至水泥漿液面不再下降。

2.2.8 鉆機(jī)移位

完成當(dāng)前樁位的施工作業(yè)后，需要對(duì)注漿泵以及輸送管道進(jìn)行清洗，并整理當(dāng)前樁位施工現(xiàn)場(chǎng)，之后移至下一樁位繼續(xù)施工。

3 高壓旋噴樁施工要點(diǎn)與質(zhì)量控制措施

3.1 施工要點(diǎn)

為了確保高壓旋噴樁施工質(zhì)量，需要重點(diǎn)把控四個(gè)要點(diǎn)。

（1）注重注漿工藝。注漿工藝直接影響注漿固結(jié)體的質(zhì)量，施工過(guò)程中需要嚴(yán)格按照自下向上的方向進(jìn)行施工，并且施工過(guò)程中要保證持續(xù)穩(wěn)定注漿，如果因故發(fā)生施工中斷，在重新施工時(shí)需要向下搭接超過(guò)5m的長(zhǎng)度段。

（2）控制水泥用量。水泥用量關(guān)系到噴漿壓力以及提升速度等重要參數(shù)，因此要確保水泥用量的科學(xué)合理，確定水泥用量后，如果出現(xiàn)剩余，則應(yīng)該適當(dāng)增加噴漿壓力或者采用大直徑噴嘴，讓更多的水泥能夠噴出，也可以采用降低提升速度的措施；如果出現(xiàn)不足，則應(yīng)該適當(dāng)減小噴漿壓力或者采用小直徑噴嘴，減小水泥噴出量，也可以采用增加提升速度的措施。

（3）控制固結(jié)體的形狀。通常采用控制旋噴壓力、改變噴嘴方向等來(lái)控制固結(jié)體的形狀，一方面考慮底部成形，加大底部噴射壓力，并進(jìn)行重復(fù)旋噴；另一方面考慮不同土層具有性質(zhì)不同，合理調(diào)控提升速度，從而保障樁徑整體一致。

（4）注重樁頭部分的處理。在旋噴管接近樁頂位置時(shí)，適當(dāng)降低提升速度進(jìn)行旋噴，之后再緩慢提升至樁頂，將旋噴漿管提升出地面[4]。

3.2 施工質(zhì)量控制措施

3.2.1 重視施工方案的編制與優(yōu)化

在全面、準(zhǔn)確掌握旋噴樁施工工藝流程以及施工要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步重視項(xiàng)目施工方案，主要包括兩個(gè)方面。一是科學(xué)編制施工方案，在施工前對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件以及地質(zhì)條件進(jìn)行全面了解，基于項(xiàng)目技術(shù)要求分部、分項(xiàng)編寫(xiě)方案，在方案完成后需要由專(zhuān)家進(jìn)行質(zhì)量把控，然后根據(jù)方案內(nèi)容組織施工。二是對(duì)方案及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在實(shí)際施工過(guò)程中可能會(huì)遇到各種意想不到的情況，比如現(xiàn)場(chǎng)條件難以滿足方案施工需求、施工方案部分參數(shù)不合理等。針對(duì)這些問(wèn)題，在施工過(guò)程中應(yīng)該密切跟蹤施工進(jìn)度，了解方案實(shí)施情況，基于實(shí)際情況對(duì)方案及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確保施工過(guò)程順利開(kāi)展。

3.2.2 確保工程材料的質(zhì)量

對(duì)于項(xiàng)目采購(gòu)的各種工程材料，均嚴(yán)格執(zhí)行進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收以及取樣送檢制度，確保工程材料質(zhì)量滿足項(xiàng)目技術(shù)要求。對(duì)于水泥等外購(gòu)材料必須具備出廠證、合格證和檢驗(yàn)證，在進(jìn)場(chǎng)之后需要進(jìn)行抽檢，只有在抽檢合格后才能夠使用。同時(shí)還應(yīng)該在施工現(xiàn)場(chǎng)配置專(zhuān)門(mén)的工程材料管理人員，確保工程材料質(zhì)量。

3.2.3 加強(qiáng)施工過(guò)程的管理

首先，施工操作人員必須具備專(zhuān)業(yè)操作能力，尤其是對(duì)于那些技術(shù)性和專(zhuān)業(yè)性要求較高的工種，所有上崗人員均需具有相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)資質(zhì)以及考核合格證。其次，在施工過(guò)程中，實(shí)施自檢、互檢、交接檢的“三檢”制度，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，避免發(fā)生問(wèn)題遺漏。再次，在施工過(guò)程中，應(yīng)該明確不同崗位工作人員的權(quán)責(zé)范圍和工作內(nèi)容，確保各個(gè)工種之間能夠高效有序開(kāi)展各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)程序化和規(guī)范化施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高壓旋噴樁施工過(guò)程主要包括施工準(zhǔn)備、測(cè)量定位、鉆機(jī)就位、鉆進(jìn)成孔、下注漿管、噴射注漿、回灌漿液和鉆機(jī)移位等環(huán)節(jié)。在中衛(wèi)鐵路南站站臺(tái)地基加固工程施工中，不僅嚴(yán)格執(zhí)行了科學(xué)的注漿工藝，還十分重視水泥用量、固結(jié)體形狀的控制，甚至重視樁頭部分的處理。實(shí)踐證明，在把握這些施工要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，高壓旋噴樁的施工質(zhì)量控制還離不開(kāi)對(duì)施工方案編制與優(yōu)化的重視，離不開(kāi)對(duì)工程材料質(zhì)量的控制，離不開(kāi)對(duì)施工過(guò)程的管理。從施工效果來(lái)看，高壓旋噴樁施工技術(shù)成樁質(zhì)量好，保證了施工的質(zhì)量和安全，在防滲方面也有較好的表現(xiàn)，達(dá)到了預(yù)期效果。