基于沿海潮汐作用下高压旋喷桩在地基加固施工中的成桩方法

许兆勇，孙耀奎

（中交四航局第二工程有限公司 广州510230）

关键字：高压旋喷桩；潮汐作用；地基加固；成桩工艺

0 引言

随着城市化的快速发展，沿海地区地下空间发展迅速，高压旋喷桩对于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土等特殊不良地质地基加固效果显著，并得到广泛运用，因高压旋喷法通常采用一次性旋喷成桩工艺，但遇到抛石、块石等透水性高的施工区域成桩质量差，起不到地基加固的效果［1］。为确保高压旋喷桩地基加固处理质量及基坑施工安全，对高压旋喷桩在潮汐作用区域成桩效果提出了较高要求。因此，本文结合广州市某沉管隧道工程，对高压旋喷桩在临江段地质特征和水文条件进行了分析，并通过多次试验桩不断地进行探索总结提升，根据潮汐变化时间对高压旋喷桩进行分段施工［2］，针对不同潮汐条件下施工提出的利用潮汐差分段成桩的一种高压旋喷桩成桩方法，能够对于该特殊条件下加固地基土取得相当不错的效果。实践证明，该方法可行，成桩质量、安全可靠，施工工期有保证，并具有良好的经济效益。

1 工程概况

某沉管隧道工程天河暗埋段，南起K3+570，北至K4+300，其中K3+570～K3+635 处为进行珠江原堤岸改造，以及基坑右侧的油脂厂涌堤岸的建造。珠江堤岸修复旋喷桩φ500横向1.15 m，纵向1.0 m；油脂厂涌右岸（Y0+000-Y0+411.8）旋喷桩φ600 横向1.15 m，纵向1.0 m；左岸（Z0+000-Z0+328.2）旋喷桩φ500 横向1.15 m，纵向1.0 m，如图1所示。

图1 油脂厂涌堤岸旋喷桩分布示意图Fig.1 Schematic Diagram of the Distribution of Jet Grouting Piles on the Bank of the Oil Factory

2 临江段地质特性及水文条件

2.1 临江段地质特性

2.2 水文条件

本隧道工程所在河道属珠江的东河道，受上游径流及下游南海潮汐动力的共同作用。

2.2.1 潮汐特征

在建的隧道工程所在水域的潮汐特征属于不正规半日混合潮型，在一个太阴日内出现二次高潮和二次低潮，历时约为24 h 50 min，且相邻高潮和低潮的潮位值和历时都不等。潮型一般是以高高潮➝低低潮➝低高潮➝高低潮的形式出现，大约经过12～13 d，潮型变为低高潮➝高低潮➝高高潮➝低低潮。夏秋低低潮多出现在夜间，高高潮多出现于白天，冬春则相反。

2.2.2 流速特征

本河道是河流和海洋动力相互作用的水道，山潮比为0.253，是弱径流强潮流水道，潮流为往复流，流向大致顺着水道走向。由于隧址处为不正规的半日潮区，1 个潮汐周期内有2 个高潮和2 个低潮，实测潮流也表现为1 个潮周期内有2 个涨落过程，潮流流速为明显的四峰态（涨急、涨平、落急、落平）。

3 高压旋喷桩在潮汐作用下成桩方法

3.1 确定临江段桩位施工顺序

在临江段桩位施工区域率先施工完成临水一侧最外一排高压旋喷桩，接着施工临水一侧第二排桩，最外一及第二排高压旋喷桩将临水侧最外排高压旋喷桩以内的施工区域与潮汐水流充分隔离开，再施工临水侧及临岸侧其余桩位，成桩质量也将得到显著提高，将大大降低高压旋喷桩受潮汐作用成桩施工的影响，如图2所示。

图2 临江段高压旋喷桩施工平面布置示意图Fig.2 Schematic Diagram of the Construction Plan of the High-pressure Jet Grouting Piles at the Riverside Section

3.2 高压旋喷桩在潮汐作用下的成桩工艺

经试验论证，并通过珠江潮汐变化情况将单根高压旋喷桩施工分成常水位标高以下的Ⅰ阶段桩和常水位标高以上的Ⅱ阶段桩的2个阶段的两段桩分别进行施工［4］，如图3所示。

图3 桩段分段施工工艺示意图Fig.3 Schematic Diagram of the Segmented Construction Process of the Pile Section

3.2.1 施工步骤

⑴第一步：在涨潮阶段先完成常水位标高以下的第Ⅱ段桩体成桩施工；

⑵第二步：在退潮阶段中水面标高位置从高潮位降至常水位标高以下之后，且在下一次涨潮阶段中低潮位涨至常水位之前，完成常水位标高以上至设计标高的第Ⅰ段桩体成桩施工。

3.2.2 施工方法及施工措施

⑴在高压旋喷桩正式施工前先对桩位进行引孔作业，采用引孔机对桩位处块石及抛石进行破碎处理［5］，将透水性好的区域变成透水性差的区域［6］，为后续高压旋喷桩机钻杆下放孔道提供方便。

⑵针对施工过程中跑浆、漏浆现象，并在成桩过程中在第Ⅰ、Ⅱ段的水泥浆液中掺入0.5%～2.0%水泥掺入量的水玻璃速凝剂以加快水泥浆凝结时间。减少涨潮或退潮水流带走的水泥灰浆液，从而提高旋喷桩柱状土中水泥灰浆含量［7］。

⑶为避免潮水在退潮阶段带走水泥灰浆，在涨潮阶段先完成常水位标高以下的Ⅱ段桩施工，为Ⅰ段桩施工创造条件。可以减少常水位标高以上的由于潮汐变化带来的水泥浆流失的问题。

4 潮汐作用下高压旋喷桩成桩质量检测

⑴临水侧最外排高压旋喷桩成桩28 d 龄期后，在监理单位及相关人员的见证下，刨去桩顶松散部分钻孔取芯进行进行钻芯取样，对桩身整体性、外观质量、成桩直径和芯样进行了检测［8］，所检3根高压旋喷桩芯样基本完整，连续，呈块状、短柱～长柱状；部分深度范围内芯样胶结差、不连续、呈破碎状。高压旋喷桩芯样如图4所示。

图4 高压旋喷桩芯样Fig.4 High-pressure Jet Grouting Pile Core Sample

⑵选取部分长柱状芯样进行抗压强度试验，试验结果表明：所检芯样试件抗压强度在3.1～3.5 MPa之间，满足设计要求。受检桩芯检测情况如表1所示。

表1 受检桩钻芯检测情况Tab.1 Core Drilling Inspection of Inspected Piles

5 结语

通过对广州市某隧道工程项目高压旋喷桩施工方法进行研究，得到以下几点结论：

⑴先进行第Ⅰ阶段施工，可以大大减少第Ⅱ阶段施工中高压旋喷桩受潮汐变化的影响。能够延长后续的高压旋喷桩的作业时间，成桩质量显著提高。

⑵通过引孔作业将透水性好的区域变成透水性差的区域，能够减少施工中水泥浆的流失以及解决传统高压旋喷桩机在残积岩、风化岩等透水性好区域旋喷成桩质量差的问题。

⑶在高压旋喷桩第Ⅰ施工阶段和第Ⅱ施工阶段使用施工水泥灰浆中加入0.5%至2.0%水泥掺入量的水玻璃，能够加快水泥灰浆凝结［9］，减少涨退潮水流带走的水泥灰浆，特别说明的是加入1.0%水泥掺入量的水玻璃效果显著［10］。

⑷本工程高压旋喷桩施工方法在不同情况下的潮汐作用均能起到改善水泥灰浆液大量流失的问题，解决了传统施工中无法根据潮汐变化的具体时间将桩身分成多段施工的问题，保证了工程质量及工程的顺利进行。