动水含砂层大直径超深高压旋喷桩施工技术

王 鹏，李 林

（上海远方基础工程有限公司，上海市 200436）

0 引 言

大直径高压旋喷技术在传统高压喷射注浆工艺的基础上，采用了独特的多孔管和强制吸浆装置，实现了孔内强制排浆和地内压力检测，并通过调整强制排浆量来控制地内压力，大幅度地降低了对周边环境的影响，而地内压力的降低也进一步保证了成桩直径。具有对周边环境影响小、桩身质量好、泥浆污染少、超深施工有保证、成桩直径大等特点。其适用范围主要为：（1）淤泥质土、黏土层、粉土、砂土等底层中的地基加固或止水帷幕施工；（2）变形要求较高的复杂施工环境中各类软基加固或者止水帷幕施工；（3）深厚砂性土层中的止水帷幕补强，例如超深地下连续墙外侧接缝补强和各类渗漏止水帷幕的修复；（4）可以进行水平、倾斜、垂直各个方向的施工，特别是其特有的排浆方式使得在富水土层、在孔口密封的情况下进行水平施工[1-5]。

1 工程概况

1.1 项目概况

珠海市马骝洲电缆隧道于横琴二桥西侧60m外穿越马骝洲水道，于水道南、北岸分别设置顶管顶进井、接收井，南北两岸开挖深度分别为29m和36m。北工作井的地下连续墙和高压旋喷接缝止水帷幕深度为60m（设计参数见表1）。

表1 高压旋喷桩设计参数表

1.2 水文地质概况

根据地层取芯探揭露，现场地层（37～60m）为：淤泥层（37～42m），细砂层（42～45m），黏土层（45～48m），粗砂层（48～55m），风化岩层（55～60m）。该区域地下水主要有两种赋存方式：一是松散层孔隙水。松散层孔隙水赋存于疏松的人工填土层、淤泥层和细砂层中，与地表水水系联系较密切。二是基岩裂隙水。基岩裂隙水主要是花岗岩各风化带裂隙水，且强风化带是主要赋水层。节理裂隙较发育的地段，裂隙水赋存丰富，且透水性较强。

2 超深高压旋喷施工的主要难点

2.1 砂性地层的削切问题

该地区的细砂层、黏土层、粗砂层固结较为密实，高压喷射的泥浆不能够冲破周边的砂层或者土层，喷射出的泥浆沿着钻杆向上流出孔口。

2.2 动水中的存浆问题

图1 马骝洲电力隧道环境图

2.3 引孔的保证

在这种砂性土的地质条件下，旋喷桩的DJE施工设备很难进行自成孔，因此在施工前必须辅助引孔的工艺，砂性土的成功孔后放置时间过长容易塌孔。

3 施工工艺介绍

图2为超深高压旋喷施工流程图。

图2 超深高压旋喷施工流程图

3.1 施工工艺

（1）引孔。引孔过程中在水中加入适量的膨润土，泥浆的比重调制到1.04，黏度不低于20s，主要作用是在孔内起到护壁的作用，防止砂性土层在下放PVC管前发生孔壁塌方。

（2）下PVC管。该地区土层涉及粗砂层和粒径较小的砾砂层，仅靠泥浆护壁仍有很大的不确定性，为了消除钻杆被埋的风险，再下放多孔管前下放劣质PVC管，其强度不高，喷嘴的注浆压力在40MPa，完全能够将其冲破。

（3）膨润土浆切泥。多孔管下放到设计深度后，开始打开前段高压水喷嘴，对周围的土体进行预钻孔切削，边切削边提升钻杆，切削的速度控制在3～5cm/min，提升高度控制在1.5m，再复切下去，速度控制在5cm/min。同时还要看控制屏上的地压力，打开排泥阀，倒吸水压力为20MPa。

（4）高压喷射水泥浆。复切到初始深度后，关闭高压水泵，开启注浆泵进行喷浆。

钢筋在进行制作以及加工时，首先应该按照钢筋加工以及制作的相关设计方案进行操作，根据设计方案重复检查，根据相关参数科学检查。根据相关指标进行合理的漏洞筛查，以免出现错误，引起不必要的施工损失，确保钢筋加工过程符合相关技术规定，并在进行较为详细的检查工作后，再进行实物检验。现场进行检查时，合格后才能进行相关制作工艺，对于加工完成的钢筋进行挂牌工作，确保钢筋的有序性。

3.2 注意事项

（1）定位置喷射，先开倒吸水流和倒吸空气，在确认排浆正常时，打开排泥阀门，开启预切高压水泥泵。先用膨润土向上喷设1.5m，压力为40MPa，后复喷下放1.5m后同时开始主泵和主气喷射水泥浆，进行注浆成桩。

（2）在开启高压水泥泵时，压力不可太高，应逐步分级增压，直到达到指定压力40MPa，在达到指定压力并确认地内压力正常后，才可开始提升。

（3）施工时密切监测地内压力，压力不正常时，必须及时调整排浆阀大小控制地内压力在规范值以内。

（4）每提升一根钻杆后，需对钻杆进行拆卸，需把水泥浆切换成水后方可拆卸，当水泥浆泵压力有下调趋势，说明水流已经到达喷嘴位置，此时关闭水泥浆泵、主空气、倒吸空气和倒吸水流。

（5）在拆卸钻杆的过程中，认真检查密封圈和数据线是否损坏，地内压力显示是否正常，如有问题应及时排除方可继续喷浆。拆卸钻杆后，需及时清洗钻杆。

4 施工设备的介绍和相关的施工参数

4.1 施工设备配置

大直径高压旋喷桩施工设备以DJE130为主，施工过程中主要的设备配置如表2所列。

表2 设备配置表

4.2 施工参数

高压旋喷桩施工中的设备控制参数如表3所列。

表3 施工参数表

5 改进措施

5.1 增加预切喷嘴

针对削切力不足的问题，施工过程中在喷射钻头的上部增加了预切喷嘴，见图3所示。

图3 预切喷嘴位置图

（1）预切采用高浓度膨润土泥浆，黏度不低于25s。主要目标：一是将底层中的大颗粒悬浮起来，通过倒吸口抽出，到外面的浆液集中池中；二是防止塌孔；三是让膨润土填充周边的砂粒之间的空隙，保护水泥浆不被动水带走。

（2）预切碰嘴采用2.8喷嘴，在30～40s步进一次，转速3～4r/min的条件下进行预切，每次的步进为1～2m，泵采用40MPa，200L/min的注浆泵。

（3）返浆池将倒吸出来的浆液全部收集、滤砂、膨润土重复进入浆泵，进行预切的循环。

5.2 双泵注浆同时更换注浆材料

地下不能存浆的原因主要有两个：一是动水的流动将喷射出的水泥浆带走；二是喷射出的水泥浆量相对较少。针对上述两个原因采取了四个措施，第一个措施是在预切过程中采用高浓度膨润土泥浆；第二个措施是将喷射端的主喷嘴加大改为3.8型号；第三个措施是采用两个注浆泵注浆，这样可以增加水泥浆的喷射量；第四个措施是更换注浆水泥，将普通的硅酸盐水泥更换为高性能超细注浆材料，其初凝时间相对普通硅酸盐水泥较短。

6 施工中常见问题的处理

施工过程中经常遇到的问题主要有主气孔堵塞，孔口翻浆，不能倒吸。

6.1 主气孔堵塞

主气孔口堵塞主要是施工原因，在拆杆或者施工结束时，主气孔没有空气流出，喷射端的外侧有一定的地内压力，周边的砂粒随着地内压而挤入气孔导致气孔堵塞。因此，在拆杆时应尽可能地通过倒吸孔将地内压力降到一定的范围之内，同时加快拆杆的速度，开启气孔时应当逐级加压至设计值。

6.2 孔口翻浆

孔口翻浆的原因有两个，一是喷射出的水泥浆没有将周边的土体切割开，水泥浆沿着钻杆向上溢出口外导致；二是不能够倒吸泥浆，因此需要从加强钻杆的密封性和增加注浆泵保证注浆压力。

6.3 不能倒吸

倒吸出现问题的主要原因是倒吸气孔被砂粒堵塞，不能形成气举抽浆，主要原因是由于气孔的结构有问题，因此在将气孔的结构更改为单向阀。

7 结 语

该文通过分析马骝洲的超深大直径高压旋喷桩的施工资料，得出以下结论：

（1）地下动水的原因主要是地下水和马骝洲的地表水相通，又因潮汐的影响，将注浆的水泥浆带走。

（2）为保证高压旋喷施工质量，其主要采取的措施是保证钻杆的密封性，使得注浆压力不会因为浆液的泄漏和深度的增加而减弱，从而增加注浆的流量。

（3）注浆泵的质量是决定高压旋喷桩施工能否成功的关键因素，可以采用双泵或者多泵注浆，以此来保证流量和压力。

（4）在施工过程中，主泵和主气的加压都要逐级加压到设计值。

（5）增加预切喷嘴并采用膨润土泥浆作为削切材料，起到了存浆的作用，同时也可以保证成桩直径。