旋喷搅拌复合桩施工技术在地铁车站建设中的应用

2021-05-21张彪

设备管理与维修 2021年8期

张彪

（中铁十九局集团有限公司，北京 100176）

0 引言

在目前地铁车站的建设中，旋喷搅拌复合桩已成为关键的加固方式，可改善混凝土加固效果，形成多重防护体系，保证基坑的稳定性，解决施工现场软土失稳等问题。此外，桩体尺寸较大，具有足够的稳定性和抗变形能力，合理应用旋喷搅拌复合桩工艺能够给地铁车站的建设创设良好条件。

1 工程概况

某地铁车站工程，地表覆盖厚度为0.8～6 m 不等的人工填土，下部总厚度在15.1～40 m，多为海陆交互沉积和冲洪积的淤泥，其中还包括淤泥质土、粉质黏土、粉砂、中砂、粗砂、砾砂层；下伏基岩为燕山期侵入的花岗岩，有全风化和弱风化两种形式，全风化层岩芯呈砂土状，全风化层一般厚20～40 m，钻孔揭示的全风化层最大厚度超过45.5 m；弱风化层一般厚在1.9～22.2 m。施工设备选用高压旋喷搅拌机及高压泥浆泵。

2 地铁车站中旋喷搅拌复合桩施工技术要点

该车站所在区域的地层以软土、砂土为主，总体缺乏稳定性，对其采取一定的加固措施，才能为后续施工提供较好的基础。以现场条件及施工要求为向导，决定在加固地基的过程中使用高压旋喷搅拌复合桩施工技术，以达到增强地基稳定性的效果。高压泵作为旋喷搅拌复合桩施工的重要装置，其配备特殊的喷头，形成高压条件并将浆液有效注入土体，期间浆液将产生较强的冲击力，有效切削土层，并辅以钻杆装置保持匀速旋转的工作状态，保证水泥浆和土体充分接触，形成完整的旋喷桩，有效加固地基。

2.1 施工准备

准备工序：①清除场地内杂物并完成平整，选择施工场地相对较低的一侧挖掘排水沟，防止雨季出现积水问题，最大限度减轻对旋喷搅拌复合桩施工所造成的干扰[1]；②注重设备选型，在进场前完成各类设备的性能检验，确保其在相对稳定的工作状态；③在工程施工中，搅拌施工类机械不可缺少，应配置监控记录仪，通过该装置全面掌握施工现场的实际情况，以便施工人员可及时调取特定时段的数据；④在进场施工前，要完成所有人员的培训，保证其具有安全意识和专业技能，并要求工人在施工中按照相关规范和要求进行施工操作，避免质量问题[2]。

2.2 预搅拌下沉施工

桩孔放样定位工作落实到位后，为后续的施工提供依据，各孔以三角形布设的方式较为合适。桩间距保持在120～180 cm，结合最终桩孔定位结果，移动施工所需的搅拌设备至指定位置，但需注意要将垂球分别悬挂在桩机井架的侧面和正面，以保证桩机维持平衡。

根据本工程现场作业条件，采用的是“二喷四搅”工艺。施工初期启动旋喷搅拌机，使其自转，待电机运转稳定后再逐步放松钻头上的钢丝绳，让钻头以1.5 m/min 的速度向下钻进。需注意：钻头首次进孔时易出现“带水下孔”的情况，因此提钻操作必须在低档位状态下完成，提钻喷浆时要严格控制钻头位置，30 s是该装置在桩底停留的最佳时长，这样可以有效避免某处喷浆量不足的问题。搅拌桩下沉实例如图1 所示。

图1 搅拌桩下沉

2.3 喷浆制备与提升

加强对搅拌机工作状态的检查，分析其下沉情况，达到设计高程1 m 处时便可根据设计配比生产水泥砂浆，在高压泥浆泵料斗内倒入水泥砂浆，同时启动高压泵，让其保持在32 L/min，在高压环境下使水泥砂浆能够被有效喷入地基内。首先需空转几圈，随着喷浆作业的持续推进，后续喷浆时应同步提升搅拌，加强对喷浆工艺的控制，保证其在喷浆量和持续时间方面均能够满足要求。通常，高压泥浆泵设备的工作压力应达到20 MPa，并根据实际地层条件合理调整。

本工程引入业内较为主流的旋喷搅拌复合桩施工技术，其以高压旋喷搅拌机为基础，通过改造实现搅拌桩机性能的大幅度提升，以便在指定工期内保质保量完成旋喷桩高压喷射作业；此外，在传统喷浆管的基础上做出优化，选择具有耐高压特性的无缝钢管。经上述一系列改造后，可显著提高旋喷搅拌复合桩机的工作性能，其喷浆压力能达到18～20 MPa，浆液可有效冲击土体，加之叶片的辅助作用，可将土体与浆液充分搅拌，生成具有稳定性的固结体[3]。由于具有喷浆压力高、叶片搅拌效果好等特点，施工所得的固结体更为均匀，以往固结体缩颈的问题得到有效的解决。

2.4 钻机重复下沉与搅拌

桩体质量的高与否取决于水泥浆和土混合的均匀程度，为提高桩体质量，钻机重复搅拌下沉过程中应控制好速度，该阶段适宜的速度为1.5 m/min，达到设计高程后，需及时放慢搅拌速度，以0.6～0.65 m/min 为宜。相较于其他部位，桩头位置会受到更大的力，容易出现桩头受损的问题，因此在重复搅拌时可采用二次喷浆加固的方式对桩头加强防护。需注意：喷浆口位于叶片下方，此时土体与浆液的接触效果欠佳，两者难以有效结合，会影响到整体质量。

针对上述问题，本工程对喷浆口的位置进行了调整，使其更靠近叶片，以便让浆液与土体的接触更充分，混合更均匀，形成品质上乘的混合料。同时，此方法还减少了搅拌次数，避免了普通搅拌桩施工中二次搅拌的繁琐环节，在更大程度上节省了施工时间，保证了施工质量，提高了施工效率。通过高压泵送浆液的模式，能够保证浆液有效到达深层土体内，实现充分混合，增强桩基的完整性，确保地基处理效果。

2.5 清洗与桩体检验

旋喷搅拌复合桩施工成型后，要借助清水清理管道、集料斗等使用过的装置和工具，以免水泥凝固后堵塞管道。成桩7 d 后，需采用轻便触探法检测施工质量，具体要点有：①检测结构体的均匀性，明确桩身中心位置，于该处钻孔并分析试样，判断其在颜色、浆液凝固度等方面的具体情况；②触探试验，改变轻便触探击数，分别围绕水泥强度指标展开分析，给出判断结果。

3 施工注意事项

（1）钻机实际安装位置与设计位置之间的偏差不超过20 mm，垂直偏差度要控制在1%以内。借助吊锤球和钢尺完成检测，在满足设计进度要求后才能进行钻孔施工。

（2）在施工过程中对各类施工参数严格监督控制，发现问题要及时上报妥善处理，现场施工要做到发现、记录、汇报、调整、处理“五及时”。

（3）高压旋喷要全孔连续进行，若中途拆卸过喷射管，则需重新复喷，搭接长度应超过200 mm。在供浆正常，遇孔口回浆密度变小且无法达到设计要求时，需适当加大进浆密度。

（4）施工过程中严格遵守操作规程，技术员和班长要严格完成质量自检。

（5）在完成成桩试验后方可进行施工，在要求范围内对施工参数进行有效调整，确保成桩质量。

（6）对水泥浆比重、流量和提升速度按照要求进行严格控制。

（7）施工过程中对垂直度严格控制，发现倾斜立即调整，确保加固体的连续性。

（8）进入施工现场的所有物料都需出具合格证明，尤其是水泥，在达到施工现场后还要按照不同批次进行现场抽样外检，双重检验合格后才能投入使用。水泥运抵指定位置后要做好防雨、防潮措施，防止水泥硬化影响施工进程和质量。

（9）施工前全面检查材料质量和设备性能，应保证钻机具有稳定性，钻杆维持垂直的状态（倾斜度不宜超过1.5%），在确保各项生产要素均无误的前提下方可正式施工。施工期间需密切关注钻杆的垂直度情况，根据实际结果合理调整支腿油缸，保证垂直度偏差可控制在许可范围内。此外，还需注重对钻头搅拌叶片直径的检测，应达到600 mm 或更多，否则施工成型的桩体结构易产生桩径偏差。