胡道平 羅太奎 毛國鵬

（北京天潤建設(shè)工程有限公司，北京 100062）

高壓旋噴樁加灌注樁止水帷幕，就是深基坑灌注樁外側(cè)利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層預(yù)定的深度后，以20-40Mpa的壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。當(dāng)能量大、速度和脈動狀的射流，其動壓大于土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時，土顆粒便從土層中剝落下來。一部分細(xì)顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在射流的沖擊力、離心力和重力等力的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小，有規(guī)律地重新排列。漿液凝固后，便在土層中形成一個固結(jié)體。

由多個高壓噴射注漿固結(jié)體與灌注樁形成帷幕，可以用來作為將地下水體隔離在一側(cè)的一種止水施工方法。這種施工方法可以將水隔離在基坑以外，從而保證了原有建筑物基礎(chǔ)下土體的穩(wěn)定性，亦保證了基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

1 工藝原理及機(jī)具性能和技術(shù)參數(shù)

1.1 工藝原理

高壓旋噴樁是利用工程鉆機(jī)鉆孔至要求深度后（或引孔旋噴一體機(jī)），利用高壓旋噴臺車把安有水平噴嘴的注漿管下到設(shè)計標(biāo)高，利用高壓設(shè)備使噴嘴以一定的壓力把漿液噴射出去，高壓射流沖擊切割土體，使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)破壞，漿液與土體攪拌混合固化，隨著注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升而形成圓柱形樁體，凝固后便在土體中形成圓柱形狀、有一定強(qiáng)度、相鄰灌注樁體相互咬合成一體的固結(jié)體，該工藝起到止水與土體加固的作用。

1.2 主要機(jī)具性能及技術(shù)參數(shù)

1.2.1 主要極具及性能

施工機(jī)具主要由鉆機(jī)和高壓發(fā)生設(shè)備兩大部分組成，主要的機(jī)具包括XY-4 10kW旋噴鉆桿、3D2-S2-85/45 75kW高壓柱塞泵、6m337kW空壓機(jī)、立式4kW漿液攪拌機(jī)、SGB6-10 22k灌漿泵和立式7.5kW排污泵。

1.2.2 技術(shù)參數(shù)（見表1）

2 應(yīng)用實例

承德市富順誠小區(qū)工程，地上24層，地下2層，高度68.6m，建筑面積為310000m2，鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，采用鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁作為基坑的止水帷幕。

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)承德水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院提供的巖土工程勘察報告，場區(qū)土層主要劃分為以下幾層，自上而下分為：第①層：雜填土，雜色，稍濕，稍密。主要由碎磚塊、碎石塊、建筑垃圾等組成。厚度0.50-4.50m。第②層：粉砂，黃褐色，稍濕，稍密，顆粒較均勻，主要由長石、石英等組成。局部含少量礫石，該層厚度0.50-3.20m，主要分布在圓礫層上部。第③層：圓礫，黃褐色，濕-飽水，中密，其粒徑大于2mm的顆粒占60%左右，一般粒徑2-8mm，最大可達(dá)130mm以上，多呈亞圓狀，分選性較差。厚度在10m左右。局部夾厚度1.0m左右的細(xì)砂透鏡體，黃褐色，濕，稍密，由長石、石英等組成。該層主要分布在圓礫層上部。該層厚度3.00-12.10m。第④層：礫巖，紅褐色，礫粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，多為硅質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)。該層埋深約13.0m，其中上部為強(qiáng)風(fēng)化層，因風(fēng)化強(qiáng)烈，多呈土狀及碎塊狀，厚度在0.40-2.00m。中風(fēng)化層巖石較完整，巖芯多呈長柱狀。

表1

2.2 水文條件

擬建場區(qū)位于武烈河Ⅰ級階地。含水層主要為第③層圓礫，透水性好，富水性強(qiáng)。地下水類型屬于松散堆積孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深在2.30-6.40m，相應(yīng)標(biāo)高在319.72-324.16m。受橡膠壩的影響，水位年變幅2.00-4.00m。該場區(qū)含水層平均滲透系數(shù)K＝50-100m/d，單井涌水量178m3/h。

根據(jù)地質(zhì)和水文條件得知，擬建場地水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，場地地下水屬松散堆積孔隙潛水，主要補(bǔ)給源為大氣降水，地下水受季節(jié)性和膠壩的影響較大。場內(nèi)地下水位在2.3-6.4m之間，水位很高，其含水層主要為第3層圓礫層，第2、4層為弱透水層，其滲透系數(shù)為50-100m/d。因圓礫層中滲透系數(shù)較大，疏干難度較大，故采用灌注樁加高壓旋噴樁做止水帷幕的施工方法。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝

(1)灌注樁：樁徑0.8m和1.0m，單樁承載力設(shè)計值1600KN，樁端嵌入中風(fēng)化巖層深度4.5m，混凝土強(qiáng)度等級為C25，設(shè)計樁長14m，樁總數(shù)649根，其中0.8米樁609根，1.0米樁40根。(2)旋噴樁：采用雙重管旋噴工藝，旋噴樁有效直徑不小于800mm，樁端嵌入中風(fēng)化巖層深度不小于3.0m。

3.2 施工順序

結(jié)合本工程實際情況，先進(jìn)行灌注樁施工，在灌注樁強(qiáng)度達(dá)到50%后進(jìn)行旋噴樁施工，旋噴樁將地下水上部截流且樁體強(qiáng)度達(dá)到50%后進(jìn)行基坑抽排水工作。

施工工藝流程詳見圖1

圖1

3.3 施工要點

3.3.1 樁孔測量定位。(1)依據(jù)規(guī)劃紅線圖，總平面圖及樁位布置圖等資料，測量放出控制點軸線，請業(yè)主及監(jiān)理復(fù)測驗收。(2)在不受施工影響的地方設(shè)置若干個永久性控制點及方向線，根據(jù)總平面布置圖及樁位布置圖建立測量控制網(wǎng)。(3)用經(jīng)緯儀及水準(zhǔn)儀測量定位，并經(jīng)二次檢測確認(rèn)無誤后方可確定旋噴孔位，并在孔位之上做上明顯和穩(wěn)定的標(biāo)記。

3.3.2 鉆孔施工

鉆進(jìn)成孔：先采用工程鉆機(jī)引孔。鉆孔直徑和深度：鉆孔時，其引孔口徑為Φ110mm～Φ130mm，終孔直徑不小于Φ91mm。終孔深度為設(shè)計要求深度以下500mm。引孔鉆進(jìn)時，原則上采用清水鉆進(jìn)，若出現(xiàn)垮孔，采用優(yōu)質(zhì)膨潤土作為制漿用主要材料，新制泥漿配合比擬為：水750L，粘土 650kg，碳酸鈉 6～8kg，如采用雙重管引孔旋噴一體機(jī)，則引孔由旋噴臺車自身完成。施工時，分別建立泥漿系統(tǒng)與高噴水泥漿系統(tǒng)，防止串漿、混漿。

3.3.3 水泥漿液制備

(1)漿液和水泥材料：高噴灌漿采用32.5普通硅酸鹽水泥或復(fù)合水泥，漿液水灰比為1∶1～1.5∶1，水泥摻量為18%，采用高速攪拌機(jī)攪拌，純拌合時間不少于1 min，且應(yīng)連續(xù)制漿。(2)漿液攪拌及漿液質(zhì)量控制：選用ZJ-400型高速攪拌機(jī)，進(jìn)行漿液攪拌，由送漿工對漿液濃度、密度、溫度和時間等進(jìn)行檢測和記錄，據(jù)此控制漿液質(zhì)量。

3.3.4 高壓旋噴灌漿施工

(1)地面試噴：鉆孔驗收、高噴臺車就位并對準(zhǔn)孔口后，為了直觀檢查高壓系統(tǒng)的完好性以及是否能夠滿足使用要求，首先應(yīng)進(jìn)行地面試噴。(2)開噴：噴管先至指定深度后，拌制水泥漿液，即可供漿、供風(fēng)、供水開噴。待各壓力參數(shù)和流量參數(shù)均達(dá)到要求，且孔口已返出漿液時，即可按既定的提升速度進(jìn)行噴射灌漿。(3)高壓旋噴灌漿保持全孔連續(xù)一次作業(yè)，作業(yè)中因拆卸噴射管而停頓后，重復(fù)高噴灌漿長度不小于0.3m。(4)在高壓旋噴灌漿過程中，出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿濃度和回漿量異常，甚至不返漿等情況時，查明原因后及時處理。(5)當(dāng)孔內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿，擬采取以下措施進(jìn)行處理：A.降低噴射管提升速度或停止提升；B.降低噴水壓力、流量進(jìn)行原地灌漿；C.噴射水流中摻加速凝劑；D.加大漿液密度或灌漿水泥砂漿、水泥粘土漿；E.向孔內(nèi)沖填砂、土等堵漏材料。(6)在高噴灌漿過程中，水泥用量根據(jù)現(xiàn)場土層情況確定，保證180～250kg/m（180度擺噴）。(7)供漿正常情況下，孔口回漿密度變小、不能滿足設(shè)計要求時，擬采取加大進(jìn)漿密度或進(jìn)漿量的措施予以處理。(8)裝、卸噴射管時，采取措施密封、加快裝卸動作以防止噴嘴堵塞。(9)高噴灌漿結(jié)束后，充分利用孔口回漿或水泥漿液對已完成孔進(jìn)行及時回灌，直至漿液面不下降為止。(10)施工中如實記錄高壓旋噴灌漿的各項參數(shù)、漿液材料用量、異常情況及處理等。

4 施工中的注意事項

在旋噴樁施工區(qū)最外圍的一排樁采用1,5,9…，間隔跳打的方法進(jìn)行施工，內(nèi)部采用不跳樁按次序施工。鉆機(jī)或旋噴機(jī)就位時機(jī)座要平穩(wěn)，立軸或轉(zhuǎn)盤要與孔位對正，傾角與設(shè)計誤差一般不得大于0.5°。噴射注漿前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)。設(shè)備的壓力和排量必須滿足設(shè)計要求，管路系統(tǒng)的密封圈必須良好，各通道和噴嘴內(nèi)不得有雜物。噴射注漿作業(yè)后，由于漿液析水作用，一般均有不同程度收縮，使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，所以應(yīng)及時用水灰比為0.6的水泥漿進(jìn)行補(bǔ)灌，并要預(yù)防其它鉆孔排出的泥上或雜物進(jìn)入。為了加大固結(jié)體尺寸，或?qū)ι顚佑采希瑸榱吮苊夤探Y(jié)體尺寸減小，可以采用提高噴射壓力、泵量或降低回轉(zhuǎn)與提升速度等措施，也可以采用復(fù)噴工藝：第一次噴射(初噴)時，不注水泥漿液，初噴完畢后，將注漿管邊送水邊下降至初噴開始的孔深，再抽送水泥漿，自下而上進(jìn)行第一次噴射(復(fù)噴)。在噴射注漿過程中，應(yīng)觀察冒漿的情況，以及時了解土層情況，噴射注漿的大致效果和噴射參數(shù)是否合理。采用單管或一重管噴射注漿時，冒漿量小于注漿量20%為正常現(xiàn)象，超過20%或完全不冒漿時，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。若系地層中有較大空隙引起的不冒漿，可在漿液中摻加適量速凝劑或增大注漿量，如冒漿過大，可減少注漿量或加快提升和回轉(zhuǎn)速度，也可縮小噴嘴直徑，提高噴射壓力。對冒漿應(yīng)妥善處理，及時清除沉淀的泥渣。在砂層中用單管或二重管注漿旋噴時，可以利用冒漿進(jìn)行補(bǔ)灌已施工過的樁孔。但在粘土層、淤泥層旋噴時，因冒漿中摻入粘上或清水，故不宜利用冒漿回灌在軟弱地層旋噴時，固結(jié)體強(qiáng)度低。可以在旋噴后用砂漿泵注入M15砂漿來提高固結(jié)體的強(qiáng)度。在濕陷性地層進(jìn)行高壓噴射注漿成孔時，如用清水或普通泥漿作沖洗液，會加劇沉降，此時宜用空氣洗孔。在砂層尤其是干砂層中旋噴時，噴頭的外徑不宜大于注漿管，否則易夾鉆。在開鉆前根據(jù)管線圖摸清管線位置及走向，遇有不明管線應(yīng)及時向上級匯報。

5 高壓旋噴樁加灌注樁做止水帷幕在施工中的優(yōu)點

結(jié)合本工程實際，在灌注樁和高壓旋噴樁的施工過程中，對土體的擾動小，有效的將基坑外圍水截止，保證了土方開挖施工的進(jìn)度。在高壓旋噴樁和灌注樁的成樁過程中以及基坑的開挖施工過程中，對整個基坑進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的沉降觀測。據(jù)沉降觀測資料匯總顯示，基坑位移一般為1-4mm，累計最大位移18.8mm；沉降一般為0-±2mm，累計最大沉降為-27mm；表明基坑周圍各建筑物沒有受到基坑施工的影響。由此可見，高壓旋噴樁加灌注樁做止水帷幕保證了工程進(jìn)度和工程質(zhì)量。

6 效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

可最大限度地展開施工作業(yè)面，提高工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度。節(jié)省人工，保證了安全生產(chǎn)、文明施工，并根據(jù)工程需要，可同時開展多個鉆機(jī)進(jìn)行施工提高了基坑止水和降水質(zhì)量及保證了基坑開挖的進(jìn)度。高壓旋噴樁加灌注樁成樁施工操作簡單，采用了鉆機(jī)成孔和泥漿護(hù)壁可以有效的保證施工過程中的安全。

6.2 社會效益

采用該項高壓旋噴樁加灌注樁做止水帷幕技術(shù)，進(jìn)行深基坑工程施工，可以大大提高止水效果。成孔和注漿過程采用鉆機(jī)和高壓發(fā)生設(shè)備，自動化程度高、操作人員少勞動強(qiáng)度低：確保施工安全、實現(xiàn)文明施工。采用該項技術(shù)對土體擾動小，確保了周圍建筑物不會產(chǎn)生過大沉降，創(chuàng)造了良好的社會效益。

[1]趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2003.

[2]閻明禮.地基處理技術(shù).北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996.