基坑工程三重管旋喷桩安全施工及相关问题探讨

杨益

深圳市勘察测绘院（集团）有限公司 广东 深圳 518000

旋喷桩机作为一种施工设备，目前在岩土工程中得到了广泛应用，起到中止水帷幕的止水作用，其分为三种类型：单重管旋喷桩机、二重管旋喷桩机和三重管旋喷桩机。其中，单重管旋喷桩机主要将水泥浆喷入地层中，二重管旋喷桩机主要将水泥浆、空气喷入地层中，而三重管旋喷桩机主要将水泥浆、空气和水喷入地层中。由于三重管旋喷桩机喷出的高压水能达到切割粉碎中密～密实砂层的作用，故具有良好的止水效果[1]。尤其是对于强渗透性砂层，通过使用三重管旋喷桩施工止水帷幕，确保旋喷桩的止水效果。

1 工程概况

深圳市龙华区龙华街道龙华商业中心城市更新单元南一片区项目，拟建场地位深圳龙华区民治街道办事处第五工业区，工业路南侧。项目建设用地总面积17734.10㎡，拟建3栋住宅、1栋保障房、1栋办公楼及1栋幼儿园，地下室4层。总建筑面积：197052.75㎡，地上建筑面积141895㎡。现状地面标高为66.4～75.0m，基坑开挖底标高为57.1～58.1m，开挖深度11.5～17.4m，基坑周长约527m，开挖面积约为16950m2。基坑支护采用“灌注桩+三重管旋喷桩+1～2层内支撑支护”支护方式，基坑安全等级为一级，基坑使用年限为1年。

2 地质情况

根据勘察资料揭露，本场地岩土层按照成因类型自上而下可分为人工填土层（Q4ml）、冲洪积层（Q4al+pl）、坡积层（Q4dl）、残积层（Q4el）以及白垩系早白垩纪（K11bηγ）花岗岩风化带。本次钻探是采用地下水位以上采用套管护壁施钻，地下水位以下采用优质泥浆护壁施钻，并对钻孔的稳定水位进行测试。勘察期间测得地下水的初见水位埋深5.20～8.10m（标高为63.83～69.94m），稳定水位埋深为5.00～7.70m（标高为64.23～70.14m）。年地下水位在1～4m发生变化，受勘察时间短及项目性质，暂无法收集到历史最高水位及近3～5年最高地下水位埋深。

3 三重管旋喷桩施工技术要求

（1）三管旋喷桩分两道工序，第一道工序为钻机引孔，第二道工序为插管喷射注浆；

（2）钻机引孔直径不小于130mm；

（3）水泥采用P.O.42.5R硅酸盐水泥，水灰比为1.0，水泥用量不少于400kg/m；

（4）施工前应先试桩以确定施工参数；

（5）桩垂直度误差在1.5%以内，桩位允许偏差50mm；

（6）注浆时，应采用隔孔分序方式，在相邻孔喷射时，应将注浆间隔控制在24h以上；

（7）在注浆管提升时，其提升速度控制在0.1～0.15m/min，在分段提升时，其搭接长度应大于100mm。

4 三重管旋喷桩安全施工

4.1 施工准备工作

（1）施工前，先对施工材料进行检验，如检验搅拌桩所用水泥，经检验合格后才能使用。

（2）将场地地面杂物清理干净，再进行平整，随后才能进行场地高程测量。并做好桩位编号和现场测量，做好相应的标志。

（3）在水泥浆池布置时，应沿水泥搅拌桩施工走向进行布置。根据最优原则检验机具状态，并根据设计要求进行试桩，对搅拌机械的输浆速度、送浆时间进行调整，合理确定提升速度、水灰比等参数[2]。

4.2 三重管旋喷桩施工工艺

测量放样桩位→钻机就位→对准桩心→钻杆下沉钻旋喷孔→钻杆上提喷浆强制搅拌→复拌→提出钻杆并清洗钻杆→钻机移位→施工下一条桩。具体工艺流程见图1。

图1 三重管旋喷桩施工流程图

（1）钻机就位。在钻机就位时，应按设计孔位对中和垂直，施工时喷管倾斜不超过0.5%。

（2）钻孔。单管旋喷桩采用钻机引孔，孔位偏差不大于50mm。

（3）插管。根据设计的深度插入旋喷管。在插管时，为了防止泥砂阻塞喷嘴，应将边插管水压力控制小于1MPa，以免水压过大而导致孔壁射塌。

（4）喷射作业。当旋喷管插入设计预定深度后，由下而上进行喷射作业，直至设计的桩顶深度。施工人员必须时刻注意检查注浆压力、注浆的流量、浆液的水灰比、旋喷机的旋转速度、提升速度、浆液的初凝时间等，做好施工记录[3]。

1）旋喷。三管旋喷注浆见图2，喷注浆过程应由自下而上，保证过程的连续性，如果在施工过程中出现机械故障，应及时进行修理，保证向下搭接长度大于500mm，确保固体的整体性。考虑到天然地质较为复杂，且深度变化较大，如果采用旋喷注浆技术参数单一，就会形成不匀的固结体，进而导致旋喷直径相差过大而影响承载力。根据地质土层的不同特征来采取相应的措施，确保注浆作业如期完成。对于深部土层中的粘土部位，应放缓提升和旋转速度，提升旋喷压力。2）复喷。在旋喷技术参数不发生改变时，对相同的土层进行注浆，以加大固结体的直径和提高其强度，在施工时全部喷浆，随着复喷次数不断增多，固结体效果就会越好。

图2 三重管旋喷注浆示意图

（5）冲洗。当喷射施工结束以后，应及时采用机械清洗旋喷管和高压管，以防水泥浆残存，再在地面上采用清水喷射，将管内的水泥浆清洗干净。

（6）移动旋喷机具。将旋喷机具移至新的桩位，重复上述步骤完成下一个桩的旋喷工作。

4.3 三重管旋喷桩质量控制措施

（1）严格按施工顺序（间隔）、施工参数进行施工，正式施工前，进行一次试喷。根据试喷情况，调整施工参数，确保喷射半径和喷浆质量达设计要求，才能正式生产。

（2）必须保证旋喷钻孔孔位正确，施工前必须经测量钻孔桩桩位，放线定出旋喷钻孔位置。如有必要可开挖出桩头，以定孔位。

（3）施工中定时测定浆液密度（比重）、泵压力、排量、摆动和提升速度，旋喷钻孔深度要准确。针对不同的地层，旋转速度及旋喷速度应有所区别，对砂层孔段应减慢提升速度，以保证止水质量[4]。

（4）对比旋喷、注浆量与返出浆量，及时掌握旋喷质量，观察和记录孔口冒浆情况（冒浆量、性质、密度），如返浆量大于注浆量30%时要采取措施减少返浆量，如不返浆则应在原深度“驻喷”，直至返浆为止。

（5）在旋喷、注浆过程中管线不得串漏，如有串漏要立即停机处理后再施工。并在管线串漏深度进行复喷。

（6）每孔注浆结束后，要及时回填灌浆至地面，如浆液面下降要及时补浆。

（7）注意对周围建筑物的扰动，高压喷射注浆时，在浆液未硬化以前，有效喷射范围内的地基扰动而强度降低，易产生附加变形，因此应防止附近建筑物附加下沉，可加速凝剂或分序跳喷施工。

5 施工中存在的问题及对策

5.1 合理控制水泥用量

在提升喷浆时，应加强水泥用量控制。由于水泥的用量与提升速度、水灰比相互联系，故应加强以下几方面的控制：

（1）为避免水泥量剩余，应采取以下措施：一要减慢提升速度；二要增加喷浆压力；三要加大喷嘴直径。

（2）如果水泥量不够，应采取的措施有：一要保证桩径长度满足要求，适当减少压力；二是适当减少喷嘴直径；三是在确保桩体强度要求，适当提升速度。

根据工程特点分析，桩采用分次搅拌方式，施工时要精确量取用水量，水泥浆拌制，应按水和水泥比例进行施工，并合理调整相应参数，确保水泥量满足相关要求；为避免水泥浆下沉，复喷时应在自桩顶向下3.0m进行施工，以确保桩体上部水泥的强度[5]。

5.2 冒浆处理

在旋喷时，由于土颗粒随浆液沿着注浆管壁冒出地面，故可以通过观察冒浆来了解土层情况，结合经验实现对旋喷的效果进行判断，如果冒浆量不大于注浆量20%，应视为正常现象，如果超过20%，需要及时找出原因并采取相应的处理措施。

（1）如果出现压力下降时，应及时对泄漏的部位进行检查，并将注浆管拨出，并做好封密性能检查。

（2）如果出现不冒浆，可视为正常现象，可进行复喷；如果存在空洞现象，应保持不提升注浆管，注浆到冒浆为止，或将注浆管拨出，当浆液凝固以后，再重新进行注浆，直到冒浆为止。另外，还可以采用速凝浆液进行凝固。

（3）冒浆量过大多是因为喷射范围与注浆不适应，注浆量超过旋喷固结的浆量。

对策：一要不断提高旋喷压力；二要适当减小喷嘴直径；三是有效提升旋转速度；如果出现地面的浆液冒出现象，应合理地调整浓度，再返浆回灌前一根桩，以防止出现空穴问题。

5.3 固结体形状控制

在固结体的形状控制时，可对注浆量和旋喷压力进行调节，并对喷嘴方向进行改变以及提升速度。考虑到固结体呈圆柱形，故在施工过程中，应采用提升加旋转注浆的方式，在底部喷射时，由于深层部位已成形，需要加大喷射压力，适当降低喷嘴旋转的提升速度，对于不同土层，应可适当加大压力，确保固结体的匀称性，减少桩径之间的差别。

5.4 保证桩顶强度

在喷射时，可采用水泥浆液进行施工，将浆液加入土粒搅拌进行混合，再凝固，在浆液析水的作用下，浆液出现收缩现象，从而屋固结体顶部凹穴的出现，其深度受到固结体的直径、浆液的析水性、成孔深度的影响。因此，为了防止因浆液凝固，保证地基安全，可采取返浆回灌或超高旋喷措施。

5.5 防止串孔

（1）当旋喷机就位时，要保证机座稳固，立轴应对正孔位，倾角应小于0.5°。

（2）在注浆喷射前，应严格检查高压设备，看其压力和排量是否满足设计要求。同时要检查通道，是否存在杂物。

（3）在注浆喷射过程中，先将注浆泵开动，再对水泥浆进行估算，当前锋流出喷头，方可进行注浆管提升和喷射注浆。

（4）喷射注浆结束以后，考虑到浆液会发生析水作用而发生收缩，使固体顶部出现凹穴，故应采用水泥浆进行补灌，同时还要预防杂物和泥土进入凹穴。

（5）为了避免固结体尺寸减小，应不断提高喷射压力，降低提升速度，并采用复喷工艺。

6 施工中安全保障措施

（1）在施工时，应按技术要求进行施工，禁止随意改变工艺参数。结合项目地质条件，采用钻机进行钻孔和注浆。其工艺参数要求如下：在施工时，严格按照试验参数进行施工，在注浆时，钻杆提升速率为20cm/min；旋转速率为20r/min；在注浆时，风管压力0.8MPa和泵压力为35MPa。值得注意的是，禁止随意更改施工工艺参数。

（2）钻孔深度是在满足设计要求，通过地质条件在持力层确定钻孔深度。在注浆喷射施工时，应预留50cm桩头，以防止浆液发生凝固和收缩，进而影响到施工桩顶标高。

（3）在喷射注浆时，应保证提升的连续性，如果现现停喷，在在喷时，应钻大于500mm后再进行衔接，以防止桩体脱节。

（4）在注浆喷射作业当中，如果突然增加压力，就会导致冒浆或不冒浆现象的出现，应及时停止喷射，并找出原因和采取解决措施。

（5）在喷浆过程中，应合理处理废弃的加固料和回收冒浆，以防环境出现污染。

（6）在施工时，应规划警界区，并设置安全警示。禁止施工人员在高压管路附近作业，以免发生安全事故。

7 结语

旋喷桩施工技术作为建筑工程基础施工过程中一种成熟工艺，通过三重管旋喷桩支护技术的应用，不断增加喷水泥浆管使砂层中水泥浆量，保证了止水帷幕的止水性能，顺利完成了施工任务，此工艺具有操作简便、周期短、施工效果好、投入成本低等优势，目前在建筑物深基础施工得到了广泛的应用，具有良好的应用价值。