高压旋喷桩在流砂地层中的施工技术

刘少林 周书东 徐钦明

(1.中铁建工集团有限公司，北京 100160；2.东莞市建筑科学研究院有限公司，广东 东莞 523000)

1 引 言

当前地基处理应用最普遍和最成熟的主要有深层搅拌桩和高压旋喷桩[1-5]，但在狭小作业空间环境下，由于深层搅拌桩的机器设备较大，适用性不强，而高压旋喷桩施工设备较小，可在较狭小空间实施，适用性较强。但高压旋喷桩在含砂层的地基处理施工中往往成桩质量差，桩径大小和强度无法保障，严重影响地基处理效果。当前高压旋喷桩在含砂层的地基处理中主要是在水泥浆中加入一定的膨润土[6-7]，在含水量较小的砂层中，成桩效果较好，但在含水量较大的流砂层中，旋喷桩的成桩质量依然较差，为保障旋喷桩的最终成桩质量，需要多次的复喷，桩径也往往大于设计桩径，造成大量的水泥浆浪费，增加了施工成本。此种情况下，缺少一种可在流砂层进行高压旋喷桩高质量施工的施工技术。

为解决上述问题，开发出一种高压旋喷桩在流砂地层中的施工技术就显得十分必要。在充分利用现有高压旋喷桩机械设备的基础上，借鉴行业内流砂地层中常规提高高压旋喷桩成桩质量的施工方法及原理[8-9]，并加以改进开发出一种适用于流砂地层可有效保障高压旋喷桩施工质量的施工方法，先确定技术的实施思路，再通过具体工程试验确定技术的相关参数、操作流程，并通过试验不断改进并最终形成相关技术，申报专利，并经省级行业协会科技成果鉴定达到国内领先水平。本技术依托“番禺区取水口优化整合工程-东部输配水管道工程(标段二)”进行开发，并将此技术应用此项目，取得了较好的应用效果。本文以此项目为例，阐述该施工技术的主要内容。

2 工程概况

“番禺区取水口优化整合工程-东部输配水管道工程(标段二)”项目，为广州市番禺区重点工程建设项目，建设DN2200管道总长约9.38km，其中，管道明挖施工共计5166m,泥水平衡D2200钢管顶管施工共计3836m，混凝土套直缝钢管DN2600(D2000)顶管施工共计182m，阀门井共计34座，顶管井共计29座。对于地质条件较差，周边环境复杂，施工作业面小的区域，采用高压旋喷桩进行地基处理。

项目区上部第四系覆盖土层主要有人工堆积成因的素填土、杂填土；冲-洪积成因的淤泥、淤泥质砂、粉质黏土、粉细砂、中粗砂及残积成因的粉质黏土等；下伏基岩为白垩系泥质粉砂岩(K),局部揭露震旦系混合岩(Z)。根据高压旋喷桩施工现场的验证情况，结合地勘报告，其上部2.3～11.2m全部为细砂层。地下水的稳定水位埋深介于0.7～2.2m之间(标高介于4.1～8.8m之间)，初见水位埋深介于0.5～2.3m之间(标高介于4.01～8.17m之间)，地下水位变化幅度一般为1～3m。项目区为珠江三角洲冲洪积平原地带，场地地下水主要赋存和运移于冲洪积成因的淤泥质粉细砂、粉细砂、中粗砂中，透水性较好；此外人工填土层含有一定的上层滞水；由于场地风化岩裂隙很发育，估计基岩也含一定的裂隙水。地下水主要来源为河涌水和大气降水，项目区地下水较丰富。

高压旋喷桩在流砂地层中的成桩质量和强度，直接影响地基处理效果的好坏，地基处理效果好将会有效保障工程质量和施工工期。

3 关键技术

3.1 工艺原理

先利用膨润土泥浆旋喷定型成桩，再利用水泥浆复旋喷，既减少水泥浆多次复喷的浪费，也保证了成桩效果和强度要求，可有效改进和创新传统流砂地层高压旋喷桩的施工方法。原理为：首先根据设计提供的高压旋喷桩平面布置图，放线定位，钻机就位后钻孔；然后根据设计文件，钻孔至设计深度，其中钻孔和插管两道工序合而为一；开始旋喷膨润土泥浆，膨润土泥浆为胶体状泥浆，在流砂层中成桩质量较好；边旋喷膨润土泥浆边提升旋喷管，旋喷压力和提升速度均保持一致；旋喷管被提到设计标高顶部，旋喷膨润土结束成桩；换用水泥浆，重新插入旋喷管至设计深度，开始水泥浆复喷；边旋喷水泥浆边提升旋喷管，旋喷压力和提升速度均保持一致；旋喷管被提到设计标高顶部一定高度，结束成桩，该孔的喷射即告完成，冲洗旋喷管，钻机移至下一孔位，具体各步骤见图1。

图1 工艺原理

3.2 高压旋喷桩施工参数确定

3.2.1 膨润土泥浆配合比

膨润土泥浆主要用于控制流砂地层的土压力、维持孔壁稳定及起到隔水效果。针对施工现场流砂地层的地质情况，需要严格控制膨润土泥浆的各项指标，科学管理膨润土泥浆性能的各项指标，保证优质膨润土泥浆的施工效果，所选膨润土见图2。

图2 泥浆膨润土(高黏型)

在选定所用造浆材料后，进行了泥浆配比试验(见图3)，以寻求兼顾施工质量和效益要求的泥浆配合比(见表1)。

表1 泥浆配比试验

图3 膨润土泥浆施工现场配比测试

根据配比结果进行现场测试，结果表明：A组配比的膨润土泥浆黏度和比重太小，对旋喷桩成桩效果不理想；C组配比的膨润土泥浆黏度和比重太大，易造成机械设备堵管、堵泵，不利于旋喷施工作业；B组配比的膨润土泥浆符合现场施工要求，可以有效地提高旋喷桩的质量和成桩效果，相应地降低工程的经济成本。水泥比重测试见图4。

图4 水泥比重测试

3.2.2 旋喷桩施工参数

a.高压旋喷桩成桩桩径为500mm，桩端进入基础以下密实土层1m，若遇夹层，桩端必须穿过夹层。

b.旋喷桩采用单管法进行施工，水泥强度等级为42.5，水泥浆液的水灰比为1.0(每延米的水泥用量约250kg)。

c.喷射管分段提升的搭接长度不得小于100mm，桩位偏差不大于50mm，成孔直径和桩长不得小于设计值。

d.高压旋喷喷浆压力要求达到20MPa，提升速度为20cm/min(见图5)。

图5 高压旋喷喷浆压力表

e.在旋喷桩加固的地基上开挖基坑时，桩顶以上300mm内的土采用人工开挖。

3.3 施工步骤

根据高压旋喷桩在流砂地层中易出现成桩难的技术特点确定施工步骤如下：

a.根据设计提供的高压旋喷桩平面布置图，放线定位，钻机就位后钻孔。

b.根据设计文件，钻孔至设计深度，其中钻孔和插管两道工序合二为一。

c.开始旋喷膨润土泥浆，膨润土泥浆为胶体状泥浆，在流砂层中成桩质量较好(见图6)。

图6 按试验配合比配置膨润土泥浆用于初喷

d.边旋喷膨润土泥浆边提升旋喷管，旋喷压力和提升速度均保持一致(见图7)。

图7 旋喷膨润土泥浆

e.旋喷管被提到设计标高顶部，旋喷膨润土结束成桩(见图8)。

图8 旋喷膨润土泥浆成桩结束

f.换用水泥浆，重新插入旋喷管至设计深度，开始水泥浆复喷(见图9)。

图9 按设计要求制备水泥浆用于复喷

g.边旋喷水泥浆边提升旋喷管，旋喷压力和提升速度均保持一致。

h.旋喷管被提到设计标高顶部一定高度，结束成桩，该孔的喷射即告完成，冲洗旋喷管，钻机移至下一孔位(见图10)。

图10 旋喷成桩结束后移至下一孔位

如上所述施工步骤，操作较简单，可有效提高高压旋喷桩成桩质量和强度，减少传统高压旋喷桩在流砂地层的复喷次数，大大提高施工效果和效率，且节省大量的水资源和人力物力(见图11)。

图11 施工完成达到龄期后钻芯取样

4 适用范围

本技术适用于高压旋喷桩在狭窄空间流砂地层中的地基处理项目，以及类似可采用高压旋喷技术加固地基的项目，该技术可有效提高高压旋喷桩的成桩质量，减少常规方法中水泥浆复喷次数，实现高压旋喷桩在流砂地层中的高质量施工，采用本施工技术所产生的社会效益和经济效益是显著的。

5 经济及社会效益

与传统的高压旋喷桩在流砂层的施工技术相比，本施工技术可有效地保障桩径大小和旋喷桩强度，减少常规高压旋喷桩在流砂层复喷次数和水泥浆用量，提高高压旋喷桩在流砂地层中的成桩质量，且方法操作简单，大大提高了高压旋喷桩在流砂地层中的成桩质量和施工效率，在“番禺区取水口优化整合工程-东部输配水管道工程(标段二)”项目流砂地层中施工φ500高压旋喷桩共5846m，共节约工期3天，节约项目成本20.723万元，具有较好的经济效益。

使用本施工技术，有效保障了施工质量和效率，极大地降低了施工强度，减少了噪声和建筑垃圾，提升了现场文明施工形象。