高压旋喷桩局部断面封底减渗加固基坑施工关键技术研究

刘强，刘建国，梁毅飞

（1.中铁七局集团第三工程有限公司，陕西 西安 710032；2.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 710055）

0 引言

目前，高压旋喷注浆加固技术已相对成熟，其在地基加固方面取得了良好的应用效果。杨燕中等[1]以广州某典型岩溶地基场地高层建筑项目为依托工程，采用高压旋喷桩加固方案，通过实际检验结果论证了地基处理方案的合理性。曾金聪[2]结合某医院综合楼深基坑支护结构工程实例，说明了三重管高压旋喷作为止水帷幕效果良好。唐君、闫双跃等[3]结合某土钉墙支护基坑加固工程，参考水泥搅拌桩内插H型钢的SMW工法的特点，在高压旋喷桩中进行H型钢内插，一方面有效阻止泥炭质土的流失问题；另一方面保证基坑支护结构的承载力和变形控制要求，结果表明高压旋喷注浆加固技术在基坑加固工程中发挥着重要的作用。胡晓虎、川田充等[4]通过分析RJP高压旋喷工法的特点，并结合日本京都高速公路1号线鸭东线连接通道工程应用实例，在基坑开挖后无渗水或漏水现象发生，其桩身强度及抗渗能力均满足工程要求，说明高压旋喷桩加固技术具有高效的隔水和加固效果。本文通过分析福州滨海快线闽都站富水含泥砂层中高压旋喷桩施工实例，对高压旋喷桩水平封底止水帷幕在富水含泥砂层深基坑中的应用进行研究，总结浆液水灰比、喷口压力、旋喷提升速度等关键施工参数以及关键技术，为类似地层的高压旋喷桩施工提供经验及参考。

1 工程概况

1.1 工程背景

福州滨海快线（F1线）闽都站地铁车站工程位于福州市鼓楼区福马路与六一北路交叉口南侧，沿六一北路南北向敷设，地处城市繁华地段，交通压力大且周边建（构）筑物较多，主要为居民区、商业办公楼等。车站为地下二层岛式站台车站，双层两跨箱形框架结构（局部三跨），车站总净长346.7m，标准段总净宽22.4m，覆土平均厚约 3.0m，埋深约17.6m～19.4m。

1.2 地质水文情况

车站基坑范围内土层主要为<1-2>杂填土、<2-4-1>淤泥、<2-5>（含泥）中砂，基底以下土层主要为<3-2>（含泥）中砂、<4-3>含泥砂砾、<4-1-1>粉质粘土、<4-8>（含泥）卵石、<7-1>砂土状强风化花岗岩，基底位于含泥中砂地层。

地下水按埋藏条件分为上层滞水、潜水、承压水三种类型，其中人工填土中地下水主要为上层滞水，其透水性一般，主要为大气降水及地表水补给，水位变幅一般为2m～3m；潜水主要为松散岩类孔隙潜水、风化岩孔隙裂隙潜水，含水层与地表水体水力联系密切，富水性强，属中等～强透水层；隔水顶板为粉质粘土、淤泥、淤泥质土，中砂层中的地下水多具有承压性，为孔隙承压水。车站范围内的各含水地层水位表如表1所示，工程地质局部剖面图如图1所示。

图1 工程地质局部剖面图

车站范围内的各含水地层水位表 表1

2 高压旋喷桩施工技术

2.1 工作原理

三重管高压旋喷法采用360°旋转的喷嘴将高压水和空气射入土体中，持续对土体进行切割搅拌，当注浆管下降至加固区域后，水泥浆从另一个喷嘴中喷出，与周围被破坏的土体混为一体，形成连续搭接的水泥加固体。这是一种利用高压喷射水切割土体并用浆液混合加固的施工方法，由于高压喷射，所以喷射距离远，切削能力强，废土排除效果好，而且该方法施工占地少，振动小，噪音较小，适用于基坑底部减渗加固施工[5]。

2.2 工艺流程

三重管法旋喷的工艺流程是先测量放样，确定桩位后用引孔钻机进行引孔，引孔结束后进行三重管高压旋喷工作，往注浆管中先送入高压水，当注浆管到达设计深度后送入水泥浆和压缩空气，然后逐渐提起注浆管，同时必须保证注浆管分段搭接长度不小于100mm，当旋喷作业施工至设计高度或者地面出现泥浆溢出现象时，应当立即停止此桩的旋喷作业，具体高压旋喷桩施工流程见图2所示。

图2 高压旋喷桩施工流程图

①桩位放样：高压旋喷桩施工之前，使用测量仪器进行放样，标记旋喷桩施工的控制点，即高压旋喷桩的中心点，经过再一次的测量一致后，用钉子现场标定桩的位置，一桩一钉，保证桩的中心点移位偏差小于50mm。

②修建水泥浆拌制和排污系统：水泥浆拌制系统为了方便取材，节约场地，一般布置在水泥罐周围，其主要由搅拌桶、储浆桶和输送管道等组成；高压旋喷桩在施工时会发生返浆现象，大约会冒出10%～20%的泥浆，将废浆通过管道或排浆沟引入沉淀池中分级沉淀，沉淀后的清水按照场地排水方式正常排放，沉淀后的泥土则用泥浆车装运外弃[6]。

③钻机就位：钻机就位后，需要将钻机对准桩位，然后调节钻机使其保持稳定，保证移位偏差小于50mm，钻孔过程中应保持钻杆垂直，故还需调整桩机的垂直度，保证钻孔垂直度偏差小于1%[7]。

④引孔钻进：钻机施工前，可以选择使用油漆在钻塔旁标记深度线作为参照，以保证钻杆长度满足高压旋喷桩的设计深度要求；正式施工前应在地面进行试喷，调试空压机和高压泵等设备，在机械设备试运转正常后，开始引孔钻进；钻孔过程中相关人员要认真填写施工记录表，确保成桩深度和桩底标高符合设计要求。

⑤拔出岩芯管、插入注浆管：钻机导孔达到设计深度之后，需要将岩芯管换为注浆管，在插入注浆管的过程中，喷射工作也在同步进行，以避免泥砂堵塞喷嘴，此时水压不得超过1MPa，以避免压力过高，破坏孔壁的完整性。

⑥旋喷提升：注浆管下降至设计位置后，开启泥浆泵喷射水泥浆，当喷射压力和喷浆量达到设定的参数值后逐渐提升注浆管，由下往上360°旋喷；桩底是非常重要的部位，为了保证其质量，应在其1m范围内增加旋喷时间，待孔口冒浆正常后再旋喷提升；高压旋喷应连续进行，不得中断，若中途发生故障，应立即停止施工，并修理排除故障，防止断桩。

⑦钻机移位：当一根高压旋喷桩施工完成后立即停止旋喷，提升注浆管至地表，清洗注浆管及输送管道，以免被水泥浆堵塞管道，然后移动钻机开始下一根高压旋喷桩的施工。

⑧回填灌浆：喷射结束后，水泥浆不断析水固结，浆面随之下降，应及时向孔内补充水泥浆液，采用自流回灌，直至液面不再下降为止。

2.3 施工重难点分析

闽都站由于<3-2>(含泥)中砂与<4-3>(含泥)砾砂之间<4-1-1>粉质黏土层缺失，<2-5>(含泥)中砂、<3-2>(含泥)中砂、<4-3>(含泥)砾砂、<4-8>(含泥)卵石联合形成的含水层，各层存在水力联系，该承压水层对工程建设的影响较大，特别是对桩基施工和基坑开挖有较大影响。根据本站基坑地层特点，基坑采用小里程端至车站中部连续墙+高压旋喷桩水平封底方式的止水，车站中部至大里程端采用地连墙落底进入隔水层处理承压水，基坑内设置降水井疏干降水。

本工程线路位于城市繁华地段，其中闽都站位于六一中路主干道上，为满足交通改道要求，采用半盖挖方式施工，由于半盖挖车站施工作业面狭小，施工设备多，因此应合理安排场地布置及施工顺序。

2.4 质量保证措施

为保证高压旋喷桩的施工质量，根据施工条件、设计要求和相关行业规范，需要采取以下质量保证措施来达到施工质量目标。

注浆管下放前，应在地面进行射水实验，待气压和浆液压力正常后，才能下注浆管施工。

在高压旋喷桩施工过程中，应每隔两个孔进行施工，以防止相邻高压旋喷孔施工时发生串浆现象，并且相邻旋喷桩的施工时间间隔不得少于12h。

施工现场应配备比重计，每天量测浆液比重，严格控制水泥用量。灰浆应搅拌均匀并过滤，喷浆过程中应连续搅动浆液，以防止水泥沉淀。

严格控制喷射浆液的提升速度，其提升速度应小于12cm/min。喷浆过程应连续均匀，若喷浆过程中排放压力突然升高或降低，出现大量冒浆、串浆等异常现象时，应及时提钻出地表排除故障，复喷接桩时应加深0.4m重复喷射接桩，防止出现断桩。

高压旋喷桩完成后，应选择含有较多水泥浆的孔口返浆回灌，以防止浆液凝固后体积收缩和桩顶面下降，确保桩顶标高符合设计要求。

为保证注浆管的顺利安放，引孔直径采用150mm成孔，岩芯管长度不小于2.0m。穿过砂层时，采用浓泥浆护壁成孔，必要时可下套管护壁，以防垮孔。

3 试验分析研究

3.1 试验参数

本次试验共设3根试验桩，桩号分别为 1112、1060 和 1008，设计桩径1.2m，设计桩长3m，具体试验参数见表2所示。

试验参数表 表2

上述表格中3根试验桩参数均一致，其中前2根桩成桩深度均为32.795m，桩底标高为-26.795m，第 3根桩成桩深度为32.803m，桩底标高为-26.803m。

3.2 试验分析

本次试验对1060号桩加固段不同高程进行检验，芯样实照见图3所示，按照规范《建筑地基检测技术规程》（DBJ/T13-146-2012），结合芯样的完整性，最终从不同地层试样进行强度分析，受检桩芯样柱状描述见表3所示，试验结果见表4所示。

图3 高压旋喷桩加固段芯样图

钻芯柱状描述表 表3

芯样抗压强度试验结果汇总表 表4

通过检测可知，高压旋喷工艺在富水含泥砂层中具有良好的成桩效果，桩身完整性较好；桩体强度较高，桩身取芯抗压强度代表值为1.64MPa，波动幅度不大，最终通过试验参数及施工经验得到实际施工参数见表5所示。

实际施工主要参数 表5

3.3 施工效果

对本工程基坑处理关键区域进行钻孔取芯，检验芯样强度。通过对30根高压旋喷桩采用钻芯法进行检测，其完整性均为Ⅰ类，即水泥土芯样连续、完整，搅拌纹理清晰、无水泥粒块，芯样侧面表面较光滑，芯样呈长柱状、断口基本吻合，检测结果见图4所示。

图4 芯样抗压强度代表值

由图4可知，本次检测最大抗压强度代表值为1.56MPa，最小抗压强度代表值为 1.37MPa，平均值为 1.48MPa，方差为0.002607931，离散程度小，均远大于符合设计要求的1.0MPa。通过上述试验结果可知，桩身强度高，芯样完整性、连续性好，均满足质量要求，这证明经过高压旋喷桩加固处理后，地基的完整性和稳定性得到显著提高。

4 结语

针对高压旋喷桩局部断面封底减渗加固基坑施工，根据本次现场试桩试验及取芯检测可知，在施工时保持水泥浆压力35MPa、水压35MPa、旋喷提升速度12cm/min，并采取质量保证措施，加固质量高，地基的完整性和稳定性得到显著提高，地基处理工艺合理可行，可为相关地层地基处理提供经验和参考。