沿海沉積軟弱地層高壓旋噴樁施工技術(shù)研究

史恒飛

關(guān)鍵詞： 高壓旋噴樁 軟弱地層 地基加固 施工工藝 施工技術(shù)

中圖分類號： U213.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）15-0113-04

高壓旋噴樁的施工技術(shù)是利用高壓泵將水泥漿或復(fù)合水泥漿液通過鉆桿端頭特制的旋轉(zhuǎn)噴嘴，按照施工工藝參數(shù)設(shè)定的壓力和流量將漿液旋轉(zhuǎn)噴入土層，并借助漿液的射流作用切割摻攪地層，使?jié){液與土體混合發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，進而形成具有一定強度的、連續(xù)的水泥土加固體，從而改變原始地層的結(jié)構(gòu)和組成，以達到加固地基或止水防滲的目的。

高壓旋噴樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、砂黏土、黏性土（流塑、軟塑和可塑）、粉質(zhì)黏土、粉土、黃土、素填土、砂土、砂礫土和碎石土等地基。高壓旋噴樁在施工操作過程中具有工藝簡單、施工方便、占地面積較少、施工振動較小、噪聲也比較小、地基加固見效快、耐久性好和施工工期短等特點。

目前，我國大力發(fā)展建設(shè)的綜合交通樞紐城市中有一大批都是沿海城市，其地質(zhì)構(gòu)成大多由地表的近代人工填土層，和地表以下的沖積層、洪積層、殘積層以及下伏基巖層組成，主要有淤泥、土類、各類黏性土和砂土、巖石等成分。而且綜合交通樞紐基本上都位于城市交通密集區(qū)，施工場地空間有限，周圍建筑物密集，導(dǎo)致很多工程措施無法實施，大型機械設(shè)備很難發(fā)揮其優(yōu)勢。因此，在地基加固和基坑防滲方面高壓旋噴樁的應(yīng)用就比較多，是綜合交通樞紐工程建設(shè)中較為重要的一項施工工作。

1 高壓旋噴樁施工

1.1 高壓旋噴樁施工方法

高壓旋噴樁根據(jù)噴射注漿方式的不同，其施工方法有單管法、二重管法、三重管法和RJP 超高壓旋噴法。由于高壓旋噴樁4 種施工方法對土體的作用力大小不同，可以形成的水泥土固結(jié)體的樁徑也就不同。因此，在設(shè)計和施工過程中，需根據(jù)不同的高壓旋噴樁樁徑選擇相適應(yīng)的鉆機和施工方法。具體的適用范圍可參考表1。

1.1.1 單管法

單管法是僅使用一根噴射管噴射高壓水泥漿液形成高壓噴射流，對原始土體切割破壞，并在鉆桿的旋轉(zhuǎn)下使水泥漿泥與土體進行充分攪拌，最終形成水泥土固結(jié)體。

1.1.2 二重管法

二重管法是利用兩根噴射管分別將高壓空氣和高壓水泥漿液同時橫向噴射出去從而形成噴射流，沖擊破壞原始土體，對地層進行切割摻攪，在高壓水泥漿液和它外圍環(huán)繞的氣流共同作用下，噴射流破壞摻攪土體的作用力較大，最終可以在土體中形成比較大的水泥土固結(jié)體。

1.1.3 三重管法

三重管法是使用可以分別輸出高壓水、高壓空氣和水泥漿的三重注漿管，利用高壓泵分別將高壓空氣和高壓水同時橫向噴射出去，形成一股在高壓水流周圍環(huán)繞關(guān)圓筒狀高壓空氣的噴射流，沖切原始土體并形成較大的空隙，再由泥漿泵以低壓將水泥漿液通過注漿管注入被切削破碎的土體之中，然后經(jīng)過鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升，使水泥漿液與土體充分攪拌并混合，最終凝結(jié)形成比較大的水泥土固結(jié)體[1]。

1.1.4 RJP超高壓旋噴法

RJP 超高壓旋噴法是在三重管法施工方法的基礎(chǔ)上，將水泥漿液以高壓或超高壓噴射出去，并在其外圍形成環(huán)繞空氣流，對土體進行二次沖切。RJP超高壓旋噴法的作用力更大，可形成更大直徑的水泥土固結(jié)體。

高壓旋噴樁的施工方法除了以上4 種之外，還有幾種多重管法，本文主要以二重管法施工的高壓旋噴樁作為研究對象。

1.2 高壓旋噴樁施工工藝流程

高壓旋噴樁施工工藝流程如下：施工準備→測量放樣→鉆機就位→鉆孔至設(shè)計深度、插入注漿管→旋噴提升、成樁→沖洗機具設(shè)備→鉆機移位→進入下一施工循環(huán)[2]。

（1）施工準備：對施工場地進行平整和必要的壓實，確保施工機械和各類機具安放穩(wěn)定。規(guī)劃布置施工場地，搭建水泥儲備罐、蓄水池和制漿站等附屬設(shè)施。對原材料和相關(guān)機具設(shè)備進行進場檢驗和核查。（2）測量放樣：根據(jù)設(shè)計圖紙的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對鉆孔樁位進行精確放樣，測量精度要符合相關(guān)規(guī)范和設(shè)計的要求。（3）鉆機就位：將高壓旋噴樁鉆機移動至指定的鉆孔位置，使鉆機的鉆頭對準孔位中心，鉆桿必須要保證垂直，鉆桿的垂直度必須滿足設(shè)計和規(guī)范對成樁的垂直度要求。（4）鉆孔、插入注漿管：鉆機啟動，鉆孔至設(shè)計深度，成孔后，必須檢驗孔深、孔位和垂直度是否符合設(shè)計和規(guī)范要求。驗孔合格后，方可下入注漿管至預(yù)定深度。在下入注漿管之前，必須進行地面試噴，檢驗高壓空氣、泥漿泵和噴射裝置是否正常工作。（5）旋噴提升、成樁：注漿管的噴嘴到達設(shè)計標高位置后，即可開始噴射注漿，在儀表顯示的各項噴射注漿指標達到施工工藝參數(shù)規(guī)定數(shù)值后，按施工工藝要求自下而上進行旋噴并提升鉆桿。在距離樁頂1 m 時，鉆桿的提升速度應(yīng)放緩，以慢速提升至樁頂停漿面。成樁后，關(guān)閉高壓氣泵、泥漿泵、風(fēng)管和注漿管，拔出注漿管，旋轉(zhuǎn)提出鉆桿，關(guān)閉鉆機。（6）沖洗機具設(shè)備：一個樁位施工完畢后，必須對注漿管等機具設(shè)備進行徹底清洗，將泥漿泵、注漿管和噴嘴機具內(nèi)外附著的水泥漿沖洗干凈。（7）鉆機移位：鉆機移出孔位，進入下一施工循環(huán)。

1.3 高壓旋噴樁施工參數(shù)確定

施工前再取現(xiàn)場代表性試樣，通過在試驗室內(nèi)做水泥漿液的配合比試驗來確定水泥漿液的施工配合比。在高壓旋噴樁正式施工之前，應(yīng)在場地內(nèi)選擇與具有代表性施工地質(zhì)條件類似的地點進行工藝性試樁試驗，驗證設(shè)計給出的空氣壓力和流量、水泥漿噴漿壓力和流量、水泥漿液配合比、水泥摻量、外加劑摻量、鉆桿提升速度和旋轉(zhuǎn)速度等施工工藝參數(shù)[3]。按規(guī)定要求對試樁進行檢測，確定其樁長、無側(cè)限抗壓強度和28 d 單樁承載力等技術(shù)指標，評價樁身的完整性、均勻性和承載力特征等技術(shù)參數(shù)。若滿足設(shè)計技術(shù)參數(shù)要求，則按照設(shè)計的施工工藝參數(shù)進行高壓旋噴樁施工；若不滿足設(shè)計技術(shù)參數(shù)要求，則須調(diào)整施工工藝參數(shù)，根據(jù)試樁試驗結(jié)果確定滿足設(shè)計技術(shù)參數(shù)要求的施工工藝參數(shù)，調(diào)整后的施工工藝參數(shù)須經(jīng)相關(guān)各方認可方可實施。高壓旋噴樁常用的部分施工工藝參數(shù)如表2 所示。

2 高壓旋噴樁施工注意事項

（1）在高壓旋噴樁的施工過程中要嚴格按照已確定的配合比進行水泥漿液配制，水泥漿液所使用的加固料和外加劑必須符合設(shè)計和相關(guān)規(guī)范的要求，施工現(xiàn)場使用的原材料進場時必須要查驗產(chǎn)品的質(zhì)量證明文件，并現(xiàn)場進行抽樣和檢驗，經(jīng)檢驗合格后方可使用。嚴禁使用受潮、結(jié)塊或變質(zhì)等不合格或成為廢品的加固料和外加劑材料。在進行注漿作業(yè)的過程中要防止水泥漿液發(fā)生沉淀或離析現(xiàn)象，同時當攪拌時間超過4 h時，水泥漿液不能再使用，應(yīng)重新配制[4]。

（2）高壓旋噴樁施工前應(yīng)進行工藝性成樁試驗，通過試驗驗證并分別確定加固料和外加劑的摻入量和摻入比例、水泥漿的注漿壓力和流量、空氣壓力和流量、鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升速度等施工工藝參數(shù)，檢測最終的成樁效果。對深層長樁應(yīng)根據(jù)其地質(zhì)條件分層選擇相應(yīng)的旋噴施工工藝參數(shù)，確保成樁樁體均勻一致。

（3）高壓旋噴樁施工時應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件選擇合適的施工方法成孔，施工過程中要嚴格按照確定的施工工藝參數(shù)進行施工，并及時完整地記錄各項相關(guān)施工數(shù)據(jù)，鉆桿的提升和旋轉(zhuǎn)速度，以及各類介質(zhì)的壓力和流量應(yīng)使用自動記錄裝置進行數(shù)據(jù)記錄。

（4）高壓旋噴樁施工時鉆機必須按照指定的設(shè)計樁位就位，機座必須要平穩(wěn)，樁位的定位偏差要符合小于50 mm 的規(guī)范要求，同時鉆桿必須與孔位對正，檢查調(diào)整其垂直度，使其可以滿足成樁垂直度的施工要求。鉆機成孔時必須要鉆進至設(shè)計深度，并須經(jīng)過現(xiàn)場檢測，確認成孔的參數(shù)滿足設(shè)計要求后，方能插入注漿管開始注漿作業(yè)。

（5）在將注漿管插入高壓旋噴樁鉆機之前，必須要對各種高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)進行檢查，確保各管路、通道和噴嘴通暢并且密封良好，方可插入注漿管。注漿管要插入至設(shè)計的孔底標高，并防止周圍的泥砂堵塞噴嘴。開始注漿作業(yè)時，各類旋噴介質(zhì)的壓力和流量等指標必須滿足施工工藝參數(shù)規(guī)定的要求。水泥漿液噴出后，必須要等各項壓力和流量指標達到施工工藝參數(shù)要求后，才能開始旋轉(zhuǎn)并提升鉆桿和注漿管，注漿管要自下而上旋轉(zhuǎn)噴射進行注漿作業(yè)，旋噴施工至設(shè)計樁頂標高時，應(yīng)及時拔出注漿管。

（6）旋噴注漿作業(yè)過程中，要經(jīng)常檢查水泥漿液的注漿壓力和流量、空氣壓力、鉆桿提升和旋轉(zhuǎn)的速度等各項指標參數(shù)是否符合工藝要求，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。水泥漿液要隨用隨制且隨制隨用，同時要嚴格進行過濾，在旋噴過程中還要有防止水泥漿液沉淀的措施，以防止在噴射過程中出現(xiàn)堵塞噴嘴的現(xiàn)象。在噴漿過程中鉆桿要勻速旋轉(zhuǎn)和提升，以確保樁體的連續(xù)和均勻性。當高壓旋噴樁的注漿管采用分段提升作業(yè)的方式時，必須要在分段位置處進行搭接旋噴處理，且搭接長度不得小于10 cm。

（7）高壓旋噴樁旋噴注漿過程中注漿管不能發(fā)生堵塞，還要避免出現(xiàn)因各種故障而造成的注漿間斷的現(xiàn)象。當出現(xiàn)注漿間斷現(xiàn)象時，為了防止因為注漿間斷而造成的樁體內(nèi)出現(xiàn)軟弱夾層的現(xiàn)象，從而影響旋噴樁樁體的均勻性和整體性，應(yīng)停止提升和旋轉(zhuǎn)鉆桿，并停止注漿作業(yè)，同時停機，并立即采取措施進行故障排除。在恢復(fù)旋噴作業(yè)繼續(xù)噴漿時，必須待各項壓力和流量儀表顯示的指標正常并達到施工工藝參數(shù)的要求后，才能恢復(fù)注漿作業(yè)，恢復(fù)噴射注漿時必須要與已完成的上一段樁體搭接至少10 cm 長度，以防止樁體發(fā)生脫節(jié)而出現(xiàn)斷樁的現(xiàn)象[5]。

（8）高壓旋噴樁鉆機在進行注漿作業(yè)時，部分土顆粒會與水和漿液發(fā)生混合，并沿著注漿管的管壁冒出地面形成返漿的現(xiàn)象。施工時可以通過對冒漿比重和冒漿量的測量，以及對冒漿顏色的觀察，及時掌握樁位所在地層的大體狀況，并判斷旋噴注漿工藝參數(shù)的合理性以及大致的注漿效果。在注漿的過程中，要經(jīng)常檢查各項儀表數(shù)值并觀察冒漿的情況。當出現(xiàn)壓力或流量驟然下降或上升、地面完全不冒漿或冒漿不止，以及冒漿比重、漿量過小或過大等異?，F(xiàn)象時，要及時查明原因，并采取適當?shù)拇胧┻M行處置。例如：檢查鉆桿的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度、空氣和水泥漿液的壓力及流量和水泥摻量等施工工藝參數(shù)，及時采取適當?shù)拇胧┻M行調(diào)整，通過停噴、靜噴或加大水泥漿液的稠度等，多次反復(fù)直至各項指標恢復(fù)正常并返漿[6]。

（9）當高壓旋噴樁施工過程中發(fā)生注漿量不足，可能會影響成樁的質(zhì)量時，可以采用復(fù)噴的方式進行處置。由于各種因素造成的樁體頂部出現(xiàn)凹穴時，必須及時采取措施進行處理消除。例如：可以對凹穴內(nèi)進行混凝土灌注，或者直接再次注漿填滿凹穴，但同時要防止周圍的其他泥土和雜物進入。

（10）高壓旋噴樁施工過程中，應(yīng)做好廢泥漿的處理工作，應(yīng)將廢棄的加固料和冒漿及時回收集中運出，或短期堆放后集中運出處理，防止污染環(huán)境。

（11）高壓旋噴樁在成樁28 d 以后，在每根檢測樁樁徑方向的1/4 位置，在樁長范圍內(nèi)垂直鉆孔取芯觀察芯樣的完整性和均勻性，并留存取出芯樣的影像資料，在樁身上、中、下不同深度位置取3 個試樣進行抗壓強度試驗，試驗結(jié)果要符合設(shè)計和規(guī)范要求。鉆芯取樣后產(chǎn)生的孔洞，采用水泥砂漿進行灌注封堵。旋噴樁的單樁承載力或復(fù)合地基承載力必須滿足設(shè)計及規(guī)范的相關(guān)要求[7]。

3 結(jié)語

高壓旋噴樁技術(shù)不僅在沿海地區(qū)對各類沉積軟弱地質(zhì)的加固和防滲處理中應(yīng)用廣泛，在城市工程的軟基處理和基坑防滲施工中也有大量應(yīng)用，而且在今后大量的綜合交通樞紐工程中仍然會頻繁出現(xiàn)。因此，清楚地掌握并熟知高壓旋噴樁技術(shù)的施工方法、施工工藝流程、施工注意事項、各類易出現(xiàn)的問題及處理措施對以后的工程施工會有很大幫助，避免在施工中發(fā)生施工事故。