地下清障回填后土体改良的施工方法研究

黄江川

(上海市基础工程集团有限公司，上海 200433)

0 引言

在城市更新改造过程中往往存在较多的地下障碍物，如独立基础，筏板基础，短桩等，在施工前必需进行清障，否则影响围护结构与工程桩的施工，而往往清障回填因各种原因，存在回填不密实的情形，影响后续围护结构及工程桩的施工，引起孔壁或槽壁的坍塌，设备地基土的失陷等，造成工程质量和安全事故。

对清障回填土进行加固可以采用多种工艺，如注浆、三轴搅拌桩、高压旋喷桩等，且其加固的断面形式，水泥掺量也不尽相同。高压旋喷桩在地墙槽壁加固中应用的报道也屡见不鲜，但往往都是在地墙两侧进行，且水泥掺量较高[1-3]。本文以江浦路越江隧道新建工程浦西工作井地墙施工为依托，通过在清障回填后对地下连续墙槽段内采用低水泥掺量高压旋喷桩进行土体加固，解决了地墙施工过程中垂直度及槽壁坍塌的问题，取得了较为理想的效果。

1 背景工程概况

1.1 工程概况

江浦路越江隧道浦西工作井位于上海市杨浦区杨树浦路南侧、丹东路东侧，紧邻黄浦江，工作井平面尺寸20 m×35 m，开挖深度24 m，地墙深度43 m，厚度1 m。根据物探资料，浦西工作井区域存在上海港机厂工厂综合车间200 mm×200 mm预制方桩，桩长7.5 m～8.0 m；工厂第三车间200 mm×200 mm预制方桩，桩长8.0 m。在围护结构施工前必须予以清除。浦西工作井附近地下障碍物分布如图1所示。

1.2 地质概况

本工程位于黄浦江边，经历史变迁，场地内存在较多的地下障碍物，同时浅部存在较厚的江滩土。基地内土层分布如表1所示。

表1 土层物理性质参数

本工程①3层为江滩土，饱和，松散，不均匀，夹淤泥质土，局部为砂质粉土，层底埋深约11 m，在地墙施工时容易产生塌孔问题。

2 清障回填土的弱加固处理措施

考虑方桩拔除后需要在此进行地下连续墙施工，由于该区域原本地质条件较差，为江滩土，拔桩后土体扰动较大，再对拔除后的桩孔进行回填也难以保证其密实性。为加强槽壁的稳定性，防止出现施工隐患，拟采用φ1 200@900高压旋喷桩进行土体改良。高压旋喷桩施工占地小，机架也低，施工较为方便。另外，由于回填土密实度较差，旋喷桩不易成型，地墙两侧形成的圆弧状凹凸的加固土体也不利于抓土，其形成的强度也存在差异，在地墙成槽时抓斗会往强度弱的一侧倾斜，进而对垂直度也会产生影响。因此考虑在槽段内进行加固，采用梅花形布置，数量102根，水泥掺量取8%，方便后续挖土成槽，加固深度约15 m，采用双重管施工工艺。其土体弱加固平面布置如图2所示。加固平面大样如图3所示。

3 弱加固处理质量控制

本次土体弱加固拟投入1台SJB-Ⅰ型高压旋喷机设备进场作业，采取“隔四跳打”的施工方式，确保相邻两桩间距不小于4 m，时间间隔不小于48 h，防止串孔。

1)双重管低压旋喷引孔。钻机就位应准确，就位偏差不大于20 mm。采用喷水引孔方式：水压控制在1 MPa～2 MPa左右，注浆管转速15 r/min～20 r/min,下沉速度1.5 m/min左右。使其形成一个直径200 mm～250 mm左右的孔，成孔偏斜率控制在1%以内。

2)低掺量喷射注浆施工技术参数。采用双重管高压喷射注浆法施工，注浆体直径不小于1 200 mm，桩体搭接300 mm；主要注浆材料为P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1.0；水泥掺量8%，即每立方米水泥用量144 kg。

3)高压喷射注浆施工技术要点。注浆管下沉至设计孔深后按要求输入气和水泥浆液，待浆压、气压升至设定值后，按规定的提升速度和旋转速度提升注浆管，进行由下而上的喷射注浆。旋喷开始后应连续作业。浆液压力控制在16 MPa～25 MPa，流量控制在96 L/min；气体压力控制在0.7 MPa，流量控制在1.0 m3/min～2.0 m3/min；旋喷提升速率控制在25 cm/min；旋转速度控制在15 r/min。

在正式施工前现场进行工艺试验，通过调节旋喷压力和注浆量，改变喷嘴移动方向和提升速度，对固结体予以控制。

4)水泥控制措施。每根桩水泥用量=单根桩面积×有效桩长×土的容量×水泥掺量。φ1 200 mm的桩单根桩面积约1.131 m2、土体容重以1.8 g/cm3计，有效桩长约15 m。每根桩水泥用量为2.44 t；每桶拌浆为：600 kg水泥(12包、50 kg/包)+600 kg水(水灰比以1.0控制)，水泥浆液比重为1.51 g/cm3，搅拌桶内浆液体积为0.794 m3，每根桩的拌浆桶数为4桶。

4 与三轴搅拌桩槽壁加固的比较分析

传统的采用三轴搅拌桩在地下连续墙两侧进行槽壁加固，考虑垂直度的影响，三轴搅拌桩往往与地下连续墙之间空出100 mm的间隙，在地墙成槽时，该100 mm 厚的留土往往随槽段挖土而塌落，进而增加了后续混凝土的浇灌和凿除量。本工程若采用传统的三轴搅拌桩槽壁加固其平面如图4所示，共布置φ850@600三轴搅拌桩65根，水泥掺量20%，长度也为15 m，其加固大样如图5所示。

在经济性方面，虽然高压旋喷桩的施工单价较三轴搅拌桩的施工单价高，但高压旋喷桩选用低掺量水泥后综合单价较三轴搅拌桩便宜(见表2)。从表2分析显示，低掺量高压旋喷桩弱加固与传统三轴搅拌桩槽壁加固的工程费用相当。但是由于三轴搅拌桩设备较大，考虑加固的方量较小，需额外考虑设备的进出场费用，而高压旋喷桩可以采用小架子，进出场费用基本忽略。另外，三轴搅拌桩与地墙两侧的100 mm的间隙还需要考虑多浇灌的混凝土方量及其凿除的费用。总体来说，槽段内高压旋喷桩低掺量加固还是具有一定的经济优势。

表2 工程费用比较

在工期上采用低掺量高压旋喷桩进行土体弱加固处理施工相对灵活，对施工场地要求不高，施工工期也相对较短。而采用三轴搅拌桩槽壁加固就一次设备进出场都要消耗多天时间，在本次土体弱加固方量不多的情况下，在工期上无任何优势。

5 工程实施效果

本次高压旋喷桩土体弱加固从2017年5月12日开始到2017年5月21日结束，工期10 d。工作井地墙施工于2017年6月开始，对于采取土体弱加固区域的槽段充盈系数及垂直度情况进行统计(见表3)，以及从开挖后地墙的表面情况来看，如图6所示，本次对清障回填区域采用弱加固处理取得了较好的效果。

表3 槽段弱加固区域地墙充盈系数及垂直度统计表

6 结语

在清障回填区域施工地下连续墙前，对于清障回填范围不大的区域可以采用槽段内全断面高压旋喷桩弱加固进

行土体改良，以提高地下连续墙泥浆护壁成槽时槽壁的稳定性，相比传统三轴搅拌桩槽壁加固，采用低掺量高压旋喷桩弱加固在经济性和工期上都具有一定的优势。本工程清障回填区域地墙的顺利实施可为其他类似工程提供一定的经验。