曲長(zhǎng)武，喻浪，李廣森

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

高壓噴射注漿法是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)土體加固技術(shù)。在日本稱為CCP工法（Chemical Churning Pile or Pattern），意思是化學(xué)攪拌成型法，相當(dāng)于我國(guó)的土中旋轉(zhuǎn)噴射樁加固法。高壓噴射注漿法可用于既有建筑和新建建筑地基加固，深基坑、船塢、地鐵等工程的土層加固或防水。適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、砂土、黃土、素填土、碎石土、流塑、軟塑或可塑黏性土等地基。高壓噴射注漿法分旋噴、定噴和擺噴三種類型，根據(jù)工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)情況選用。廣州港新沙港區(qū)2～3號(hào)泊位后方地基改良及港池浚深工程地下水位受潮水影響變動(dòng)較大，根據(jù)碼頭現(xiàn)場(chǎng)情況和旋噴樁設(shè)計(jì)尺寸，后方地基改良采用旋轉(zhuǎn)噴射（簡(jiǎn)稱旋噴）法施工。

1 工程概況

廣州港新沙港區(qū)2～3號(hào)泊位后方地基改良及港池浚深工程位于廣州港新沙港區(qū)，原碼頭主體結(jié)構(gòu)為直腹式格形鋼板樁結(jié)構(gòu)，主格倉(cāng)直徑21 m，碼頭前沿設(shè)計(jì)底標(biāo)高-12.5 m，碼頭面頂高程4.40 m。按照設(shè)計(jì)要求對(duì)碼頭2號(hào)泊位及部分3號(hào)泊位共351 m長(zhǎng)度岸線范圍內(nèi)的港池底標(biāo)高由-12.50 m浚深至-13.50 m，以滿足10萬(wàn)噸級(jí)散貨船在限定條件下的安全靠泊作業(yè)。碼頭浚深至-13.5 m后，為保證格型鋼板樁碼頭整體抗剪穩(wěn)定性，對(duì)碼頭主格倉(cāng)墻體后沿15 m范圍內(nèi)回填砂采用旋噴法進(jìn)行地基改良處理，旋噴樁樁身強(qiáng)度不小于1.5 MPa，同時(shí)碼頭前沿岸線后30 m范圍內(nèi)均布荷載限載20 kN/m2，以滿足港池浚深后碼頭主體結(jié)構(gòu)的安全使用要求。碼頭設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖1。

2 地質(zhì)情況

后方陸域施工區(qū)域主要為格型鋼板樁后方回填砂，根據(jù)工程地質(zhì)資料，縱斷面由上而下主要為約0.3 m厚砂混碎石層（內(nèi)摩擦角φ=30.5°）；約14 m厚中粗砂（內(nèi)摩擦角φ=27.5°）及細(xì)砂（內(nèi)摩擦角φ=26°）；約1.5 m厚淤泥質(zhì)土（內(nèi)摩擦角φ=18°）以及下層為中、粗、礫砂（內(nèi)摩擦角 φ =35°）。

碼頭結(jié)構(gòu)格型鋼板樁后方陸域施工區(qū)域全部為吹填砂，地下水位受潮水影響變動(dòng)較大，給施工帶來(lái)一定困難。

圖1 碼頭設(shè)計(jì)斷面圖

3 工程施工特點(diǎn)分析

3.1 施工方案的選定

本工程施工區(qū)域全部為格型鋼板樁后方回填砂，地下水位受潮水影響變動(dòng)較大，根據(jù)碼頭現(xiàn)場(chǎng)情況和旋噴樁設(shè)計(jì)尺寸，選用三重管法旋噴樁施工。

3.2 工程質(zhì)量及工期要求

本工程為改造項(xiàng)目，總工期100 d，由于受碼頭生產(chǎn)需要的影響，場(chǎng)地需分兩次提交給施工單位。為滿足碼頭在施工期間的抗剪切穩(wěn)定性，需要分區(qū)分階段跳躍施工。共分為39個(gè)區(qū)，每區(qū)長(zhǎng)度9 m，分三階段施工，每區(qū)旋噴樁達(dá)到7 d齡期后方可開(kāi)始相鄰區(qū)域施工；在旋噴樁完工達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行碼頭前沿線46 m范圍內(nèi)的港池挖泥。

為滿足該工程工期要求，需要充分利用施工作業(yè)面，并配置充足的人員、機(jī)械設(shè)備進(jìn)行周密的策劃，合理組織，確保工程在保證安全、質(zhì)量的前提下按期完工。

3.3 旋噴樁質(zhì)量控制

旋噴樁施工質(zhì)量控制是本工程的重點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。旋噴樁施工采用三重管法，單樁加固直徑為1 500 mm，樁間距1 500 mm，最大樁長(zhǎng)11.0 m，樁身強(qiáng)度要求7 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.8 MPa，28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1.5 MPa。灌筑水泥漿的水灰比0.8∶1，采用強(qiáng)度等級(jí)不小于P.C 32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥。由于樁徑較大，在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制漿液水灰比、提升速率、灌漿壓力等技術(shù)參數(shù)，這些參數(shù)的選擇需要經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)確定。

3.4 旋噴樁施工對(duì)混凝土面板的影響

旋噴樁施工范圍為長(zhǎng)351 m，寬15 m，約5 265 m2，為滿足碼頭施工生產(chǎn)要求，不能對(duì)碼頭面板大面積揭開(kāi)施工，僅在每根樁樁位鉆取直徑130 mm的圓孔進(jìn)行鉆機(jī)鉆進(jìn)噴漿，受噴漿及施工壓力的影響，有可能使碼頭面板產(chǎn)生隆起。且在施工區(qū)域內(nèi)存在一條寬7 m、貫穿1～2號(hào)泊位的皮帶機(jī)廊道。廊道部分基礎(chǔ)為20個(gè)3.0 m×3.0 m×1.3 m的條形基礎(chǔ)，在旋噴樁施工時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)擾動(dòng)大，對(duì)皮帶機(jī)廊道影響大。

4 旋噴樁工藝試驗(yàn)

為保證工程質(zhì)量進(jìn)行二組三重管法旋噴樁施工工藝試驗(yàn)。

4.1 第一組工藝試驗(yàn)

第一組工藝試驗(yàn)采取水泥用量、膨脹土、用水量、每延米水泥漿用量、噴漿壓力、空壓機(jī)壓力、鉆頭旋轉(zhuǎn)速度相同，改變硅酸鈉用量、噴水壓力、鉆頭提升速度、每延米提升耗時(shí)、漿液流量等參數(shù)。見(jiàn)表1。

表1 旋噴樁工藝試驗(yàn)參數(shù)表

在第一組第一根旋噴樁試驗(yàn)中，由于硅酸鈉摻量較少，鉆頭提升速度過(guò)快，每延米提升耗時(shí)短，加上地下海水隨潮汐影響，沒(méi)有形成旋噴樁。當(dāng)加大硅酸鈉摻量，減慢鉆頭提升速度，延長(zhǎng)每延米提升耗時(shí)時(shí)間時(shí)，第一組第二根旋噴樁雖然能夠形成，但是旋噴樁的強(qiáng)度太低，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

4.2 第二組工藝試驗(yàn)

第二組旋噴樁施工工藝試驗(yàn)采取提高膠凝材料，水泥摻量由原來(lái)的500 kg/m3提高到650 kg/m3，膨脹土增加15 kg/m3。水灰比由原來(lái)的1.5降低到0.8。在第二組試驗(yàn)中，水泥用量、膨脹土、硅酸鈉、用水量、每延米水泥漿用量、噴漿壓力、空壓機(jī)壓力、鉆頭旋轉(zhuǎn)速度相同，改變噴水壓力、鉆頭提升速度、每延米提升耗時(shí)、漿液流量等參數(shù)，進(jìn)行了兩根旋噴樁試驗(yàn)，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

在第二組旋噴樁工藝試驗(yàn)中，第二根旋噴樁由于鉆頭提升速度小于第一根樁，每延米提升耗時(shí)大于第一根樁，漿液流量小，在鉆芯取樣中，芯樣的密實(shí)度大于第一根樁，而且強(qiáng)度高，旋噴樁樁身滿足28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1.5 MPa的設(shè)計(jì)要求，確定采用第二組第二根樁的施工工藝參數(shù)進(jìn)行施工。

5 旋噴樁施工

5.1 施工準(zhǔn)備

5.1.1 施工用電用水

根據(jù)工藝試驗(yàn)結(jié)果和施工現(xiàn)場(chǎng)情況，施工用水、用電利用業(yè)主提供施工用水、用電接駁口。業(yè)主提供的用水量及用電量均可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

5.1.2 原材料的檢測(cè)及進(jìn)場(chǎng)存儲(chǔ)

施工所用的水泥強(qiáng)度等級(jí)為袋裝P.C 32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥。水泥要新鮮無(wú)結(jié)塊，每批次進(jìn)場(chǎng)水泥必須具有產(chǎn)品合格證和出廠檢驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)場(chǎng)后按每200 t為一批次進(jìn)行復(fù)檢。水泥進(jìn)場(chǎng)后儲(chǔ)存采用覆蓋一層氈布對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)密遮蓋，防止淋雨或受潮。

5.1.3 施工機(jī)械

施工機(jī)械主要采用三重管旋噴樁機(jī)1臺(tái)，設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試、檢驗(yàn)。設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)，可保證其能正常進(jìn)行施工，機(jī)械配備見(jiàn)表2。

表2 施工機(jī)械配置

5.2 施工工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和采用三重管法的施工工藝，其施工工藝流程如圖2。

5.3 主要施工方法

由于碼頭上面有400 mm厚的鋼筋混凝土面板，在旋噴樁施工時(shí)，為預(yù)防鋼筋混凝土面板隆起，將對(duì)每根樁對(duì)應(yīng)面板開(kāi)孔個(gè)數(shù)多加2個(gè)孔，且將碼頭側(cè)混凝土面板掀開(kāi)一條寬1.5 m，長(zhǎng)351 m混凝土面板，防止混凝土面板隆起，并可以有效減少旋噴樁對(duì)碼頭的法向應(yīng)力。

在皮帶機(jī)廊道條形基礎(chǔ)處周圍先進(jìn)行壓漿施工，待水泥漿固結(jié)，達(dá)到強(qiáng)度的70%后（7 d），再進(jìn)行條形基礎(chǔ)外圍的旋噴樁施工，以保證皮帶機(jī)廊道的安全使用。

5.3.1 面板開(kāi)孔

在場(chǎng)地清理完畢后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選取4根具有代表性樁位，面板開(kāi)孔后，即可以進(jìn)行樁機(jī)定位。

5.3.2 修建排污和水泥漿拌制系統(tǒng)

旋噴樁施工過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生10%～20%的返漿量，將廢漿液引入沉淀池中，沉淀后的清水根據(jù)場(chǎng)地條件可進(jìn)行無(wú)公害排放。沉淀的泥土清場(chǎng)運(yùn)走。沉淀和排污統(tǒng)一納入全場(chǎng)污水處理系統(tǒng)。

水泥漿拌制系統(tǒng)主要設(shè)置在存儲(chǔ)水泥附近，便于作業(yè)。主要由水泥漿拌制設(shè)備、水泥漿儲(chǔ)存設(shè)備、水泥漿輸送設(shè)備組成。

5.3.3 鉆機(jī)就位

采用XY-1型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。鉆機(jī)就位后，對(duì)樁機(jī)進(jìn)行調(diào)平、對(duì)中，調(diào)整樁機(jī)的垂直度，保證鉆桿與樁位一致，偏差在10 mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差小于0.3%。造孔前應(yīng)調(diào)試空壓機(jī)、泥漿泵，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。校驗(yàn)鉆桿長(zhǎng)度，并用紅油漆在鉆塔旁標(biāo)注深度線，保證孔底標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)深度。

5.3.4 鉆機(jī)成孔

鉆機(jī)施工前，首先在地面進(jìn)行試噴，在鉆孔機(jī)械試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，開(kāi)始引孔鉆進(jìn)。鉆孔過(guò)程中詳細(xì)記錄鉆桿節(jié)數(shù)，保證鉆孔深度的準(zhǔn)確性。鉆進(jìn)過(guò)程中，遇到異常情況及時(shí)查明原因，并及時(shí)采取相應(yīng)措施。對(duì)地層變化、顆粒大小不一和硬度變化等情況詳細(xì)記錄。鉆孔結(jié)束后，由技術(shù)人員進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后移位至下個(gè)孔鉆進(jìn)。

5.3.5 制備水泥漿

水泥漿液制備根據(jù)工藝試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行。漿液采用高速攪拌機(jī)攪拌，必須連續(xù)均勻，攪拌時(shí)間不小于30 s，一次攪拌使用時(shí)間控制在4 h以內(nèi)。在制漿過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量漿液密度，每孔高壓旋噴灌漿結(jié)束后統(tǒng)計(jì)該孔的材料用量。

5.3.6 拔出巖芯管、插入注漿管

鉆機(jī)鉆孔達(dá)到深度要求后，拔出鉆桿，移開(kāi)鉆機(jī)，高噴臺(tái)車就位，將噴射管插入預(yù)定深度。在插管過(guò)程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水邊插管，水壓力一般不超過(guò)1 MPa。如壓力過(guò)高，則容易將孔壁射塌。將高噴臺(tái)車移至成孔前，先在地面進(jìn)行漿、氣試噴，檢查各項(xiàng)工藝參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后將噴射管下至設(shè)計(jì)深度，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員檢查認(rèn)可后方可進(jìn)行高噴灌漿施工。噴射過(guò)程中如遇特殊情況，如漿壓過(guò)高或噴嘴堵塞等，應(yīng)將噴射管提出地面進(jìn)行處理。

5.3.7 旋噴提升

當(dāng)噴射注漿管插入設(shè)計(jì)深度后，接通泥漿泵，由下向上旋噴，同時(shí)將泥漿清理排出。噴射時(shí)，先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿后再逐漸提升旋噴管，以防扭斷旋噴管。為保證樁底端的質(zhì)量，噴嘴下沉到設(shè)計(jì)深度時(shí)，在原位置旋轉(zhuǎn)10 s左右，待孔口冒漿正常后再旋噴提升。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷。鉆機(jī)發(fā)生故障，應(yīng)停止提升鉆桿和旋轉(zhuǎn)，以防斷樁，并立即檢修排除故障。為提高樁底端質(zhì)量，在樁底部1.0 m范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)增加鉆桿噴漿旋噴時(shí)間。在旋噴提升過(guò)程中，可根據(jù)不同的土層，及時(shí)調(diào)整鉆桿旋噴參數(shù)。

5.3.8 回灌

旋噴結(jié)束后，隨即在噴射孔內(nèi)進(jìn)行靜壓充填灌漿，直到漿面不再下沉為止，保證噴漿固結(jié)后樁頂標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。

5.3.9 鉆機(jī)移位

旋噴提升到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)停止旋噴，提升鉆頭出孔口，清洗注漿泵及輸送管道，鉆機(jī)移位。

5.3.10 面板修復(fù)

旋噴樁完成達(dá)到一定強(qiáng)度以后，采用微膨脹C30混凝土對(duì)面板進(jìn)行修復(fù)。

6 施工質(zhì)量檢測(cè)

6.1 質(zhì)量控制

旋噴樁質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)設(shè)計(jì)和JTS 257—2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范的要求進(jìn)行。具體項(xiàng)目有：水泥及外加劑的品種和質(zhì)量、水泥漿的水灰比、旋噴樁施工的程序、壓力、注漿量、提升速度及旋轉(zhuǎn)速度和旋噴樁允許的偏差，如表3。

表3 旋噴樁允許偏差檢驗(yàn)表

6.2 檢測(cè)結(jié)果

本工程高壓旋噴樁共2 508根，使用的P.C 32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥、膨脹土、硅酸鈉經(jīng)檢驗(yàn)全部合格；水泥漿的水灰比控制在0.8；旋噴樁施工的程序、壓力、注漿量、提升速度及旋轉(zhuǎn)速度等均符合施工工藝參數(shù)的要求。

高壓旋噴樁無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)，采取在每根樁身鉆取兩個(gè)孔，每個(gè)孔上、中、下部各取水泥土芯樣試件一組，然后取平均值計(jì)算每根樁的強(qiáng)度。共抽芯檢驗(yàn)27根樁，檢測(cè)結(jié)果為：最大無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為9.70 MPa、最小無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.50 MPa、平均強(qiáng)度為5.26 MPa、均方差為2.25 MPa，均滿足28 d不小于1.5 MPa的設(shè)計(jì)要求。

6.3 施工注意事項(xiàng)

1） 施工前，要求檢查旋噴管的高壓水與空氣噴射情況，各部位密封圈是否封閉，合格后方可噴射漿液。

2） 施工時(shí)，對(duì)高壓泥漿泵要全面檢查和清洗干凈，防止泵體的殘?jiān)丸F屑存在；各密封圈應(yīng)完整無(wú)泄漏，安全閥中的安全銷要進(jìn)行試壓檢驗(yàn)，確保能在額定最高壓力時(shí)安全施工；壓力表應(yīng)定期檢查，保證正常使用，一旦發(fā)生故障，要停泵停機(jī)排除故障。

3） 噴射時(shí)，高壓膠管不能超過(guò)壓力范圍使用，使用時(shí)屈彎應(yīng)不小于規(guī)定的彎曲半徑，防止高壓管爆裂傷人。應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿量后再逐漸提升注漿管。

4） 高壓旋噴注漿是在高壓下進(jìn)行，高壓射流的破壞力較強(qiáng)，漿液應(yīng)過(guò)濾，使顆粒不大于噴嘴直徑；高壓泵必須有安全裝置，當(dāng)超過(guò)允許泵壓時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)停止工作；因故需較長(zhǎng)時(shí)間中斷旋噴時(shí)，應(yīng)及時(shí)用清水沖洗輸送漿液系統(tǒng)，防止水泥漿凝固在管路內(nèi)。

5）旋噴過(guò)程中，冒漿量控制在10%～25%之間。

6） 高壓噴射注漿完畢后，應(yīng)迅速拔出噴射管。施工中做好泥漿處理，及時(shí)將泥漿運(yùn)出。

7 結(jié)語(yǔ)

該工程為國(guó)內(nèi)第一個(gè)格形鋼板樁結(jié)構(gòu)碼頭的升級(jí)改造工程，由原來(lái)的3.5萬(wàn)噸級(jí)散貨碼頭改造升級(jí)為10萬(wàn)噸級(jí)散貨碼頭。該工程自立項(xiàng)以來(lái)多次經(jīng)國(guó)內(nèi)水運(yùn)工程專家的技術(shù)論證和技術(shù)支持，確定了該工程在不破壞碼頭結(jié)構(gòu)面、保證碼頭正常生產(chǎn)的情況下，對(duì)后方地基采用三重管法旋噴樁加固、港池水深浚深至-13.5 m的施工方案。

施工中克服了施工場(chǎng)地狹窄、施工環(huán)境差、工期緊等困難，積極配合，主動(dòng)避讓與碼頭生產(chǎn)的沖突。使得樁徑為1.5 m，樁間距為1.5 m，共19 749 m的高壓旋噴樁，施工歷時(shí)93 d，提前7 d完成。另一方面，采用全站儀、水準(zhǔn)儀和銦瓦尺對(duì)碼頭的胸墻、軌道梁、皮帶機(jī)廊柱、電纜隧道、后方處理地面進(jìn)行水平位移和沉降觀測(cè)。工程從開(kāi)始到竣工共監(jiān)測(cè)140個(gè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示各部位位移和沉降變形值均較小，變形累計(jì)值和變形速率均符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。

［1］ DBJ 15-38—2005，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］ JTS 257—2008，水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］ JTJ 268—1996，水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范［S］.