中鐵十四局集團隧道工程有限公司

中心摘要：在一些大城市，隨著地鐵建設(shè)和高層建筑的崛起，不少深基坑工程都采用了高壓噴射注漿技術(shù)來進行深基坑的止水防滲，而三重管旋噴樁是其施工工藝的最先進形式。本文主要介紹無錫地鐵二號線穿越靖海高架橋時，三重管旋噴樁的主要施工工藝。

關(guān)鍵詞：地鐵 旋噴樁 橋樁 沙層

1.工程概況

1.1工程周邊環(huán)境

無錫地鐵二號線靖海公園站位于上馬墩路與江海東路交界處，2號線車站沿上馬墩路縱向（東-西）布置，與設(shè)于沿江海東路布置的3號線形成“T”型換乘，車站位于城市主干道下，覆土3m，車站采用明挖施工。上馬墩路規(guī)劃道路紅線為30m，江海東路規(guī)劃道路紅線為68m，江海東路上部設(shè)有分離式雙向6車道江海高架。車站西北側(cè)設(shè)置連接2號線與3號線的聯(lián)絡(luò)線，同時對于聯(lián)絡(luò)線與車站結(jié)構(gòu)之間部分地塊擬與車站結(jié)構(gòu)同步施工以進行商業(yè)開發(fā)，覆土3m。

1.2工程地質(zhì)

基坑范圍內(nèi)從上至下地層分別為：①1雜填土、③1a粉質(zhì)粘土、③1粘土、③3粉土夾粉質(zhì)粘土、④1粉砂、⑥1粘土、⑥2粉質(zhì)粘土、⑦1粉質(zhì)粘土、⑦2粉土、⑦3粉質(zhì)粘土、⑧1粉質(zhì)粘土、⑧2a粉質(zhì)粘土夾粉土、⑧3粉質(zhì)粘土、⑧4a粉質(zhì)粘土夾粉土、⑧4粉土、⑧5粉質(zhì)粘土、⑧6a粉質(zhì)粘土夾粉土、⑨1粘土、⑨2a粉土夾粉質(zhì)粘土、⑨2粉砂、⑩2粉質(zhì)粘土。2號線車站結(jié)構(gòu)底板主要座落⑥1層上，連續(xù)墻底主要落在⑦1、⑦2層上；3號線車站結(jié)構(gòu)底板主要座落⑥2層上，連續(xù)墻底主要落在⑧3、⑧4a層上；聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)底板主要座落⑥1、⑥2層上，連續(xù)墻底主要落在⑧3層上。

本段防水的重點在于④1粉砂層，該土層夾在兩層淤泥質(zhì)粘土層之間，位于地面下2.10～6.20米左右，層厚4.1m左右，由于該層為透水層，且在基坑開挖范圍內(nèi)，該層處理的好壞，直接關(guān)系到基坑日后開挖是否漏水。

1.3 地下水文情況

根據(jù)地下水賦存條件，本工點在勘察深度內(nèi)沿線地下水類型主要為松散巖類孔隙水，具體包括：全新統(tǒng)潛水層②、全新統(tǒng)微承壓水③1、上更新統(tǒng)承壓水③2、上更新統(tǒng)承壓水③3，中更新統(tǒng)承壓含水層③4。對工程影響較大的主要為新統(tǒng)微承壓含水層③1，

該含水層由③3層粉土夾粉質(zhì)粘土、④1層粉砂組成，評述如下：

全線分布較普遍，富水性較低。頂板埋深一般在4.70～7.10m，頂板標高-3.45～-1.50m，層厚4.40～13.10m。地下水類型為HCO3·SO4-Na·Ca型水。地下水位受河水位及季節(jié)性降水控制，上、下普遍分布隔水層，分別為③1層粘土、 ⑥1層粘土，因此具微承壓性。該含水層在勘察期間地下水位埋深1.46～2.90m、平均2.56m，標高0.74～2.39m、平均1.15m。

由于本工點開挖深度大于該含水層埋深，故該含水層對地鐵施工影響較大。

1.4 方案確定

本車站圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻施工工藝，在穿越靖海高架橋時，受高度及橋樁限制，無法進行地下連續(xù)墻施工。根據(jù)本段的地質(zhì)情況，設(shè)計采用φ1200@1350鉆孔灌注樁進行圍護加固，樁間采用φ800@600三重管旋噴樁旋噴樁進行止水，旋噴樁深度達到基坑底5米，通過樁間旋噴樁與灌注樁的咬合從而達到止水的效果。

圖1 車站三重管旋噴樁施工平面圖

2資源配置

2.1 勞動力計劃

勞動力具體分工如表1所示。表中為每套設(shè)備的人員配置，工地施工采用24小時2班制，在施工中應(yīng)各司其職，認真負責，相互協(xié)作，互相監(jiān)督。機械操作工必須作好現(xiàn)場鉆孔記錄，取得第一手地質(zhì)資料，以便注漿技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)資料及時調(diào)整注漿參數(shù)。注漿記錄人員必須把當班的記錄及時整理。高壓泵工應(yīng)隨時注意注漿泵壓力變化，值班工程師及時記錄并根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整注漿壓力及施工工藝參數(shù)。

勞動力組織表 表1

序號工種人數(shù)（每班）職責備注

1工班長2做好施工管理工作，負責本班組的勞動力安排

2機械操作工4負責鉆機運轉(zhuǎn)、移位和機械運轉(zhuǎn)記錄

3機前工8負責機械運行安全維修和移位測量

4高壓泵工6負責高壓泵運行送漿正常；換漿換水操作、作業(yè)安全

5清潔工2負責現(xiàn)場文明施工

6值班工程師2負責現(xiàn)場技術(shù)指導和管理

合計22

2.2 主要施工機械設(shè)備

主要施工機械設(shè)備如表2所示。

主要機械設(shè)備配套表 表2

序號設(shè)備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量

1旋噴機械XP-30臺2

2高壓水泵XPB-90E臺2

3高壓漿泵XPB-90D臺2

4空壓機健豹臺2

5攪漿機械JBJ-1000臺2

6攪漿機械JBJ-3000臺2

7抽漿設(shè)備泥漿泵臺2

8螺旋水泥輸送機FS-250臺1

3 施工方法

3.1 施工原理及工藝流程

三管法旋噴是一種水、氣噴射、漿液灌注攪拌混合噴射的方法。即用三層噴射管使高壓水和空氣同時橫向噴射，并切割地基土體，借空氣的上升力把被破碎的土由地表排除；于此同時，另一個噴嘴將水泥漿低壓力噴射注入到被切割、攪拌的地基中，使水泥漿與土混合達到加固目的，其加固直徑可達800～2000mm。

采用三管法旋噴，應(yīng)先送高壓水、再送水泥漿和壓縮空氣；噴射時先應(yīng)達到預定的噴射壓力、噴漿量后，再逐漸提升注漿管，注漿管分段提升的搭接長度不得小于100mm；當達到設(shè)計樁頂高度或地面出現(xiàn)溢漿現(xiàn)象時，應(yīng)立即停止當前樁的旋噴工作，并將旋噴管拔出并清洗管路。旋噴樁施工工藝流程見圖2。

3.2 施工工藝參數(shù)

施工工藝參數(shù)見表3

旋噴樁施工主要技術(shù)參數(shù) 表3

項目技術(shù)參數(shù)

壓縮空氣氣壓（MPa）0.5

水壓力（MPa）20～30

水泥漿壓力（MPa）0.5～1

水灰比0.8：1～1：1

提升速度（cm/min）6～12

旋轉(zhuǎn)速度（r/min）8～12

根據(jù)經(jīng)驗配比，確定水泥用量270kg/m，水灰比1：1，可計算出水泥漿密度為：

1.50～1.51g/cm3

可計算出每根樁水泥用量為：21.394m×270 kg/m÷1000=5.8t。

每延米旋噴樁消耗水泥漿所占體積：（270+270）÷1.5÷1000=0.36m3

以單位時間的噴漿量和噴嘴提升速度計算，計算公式為：

由 Q=（H/v）q（1+β）推算

q/v=Q/（H*（1+β）

式中 Q—漿量（L）；

H—樁長（cm）；

q—單位時間噴漿量（L/min）；

β—損失系數(shù)，通常0.1～0.2（本方案取0.15）；

v—提升速度（m/min）。

q/V=Q/（H*（1+β）=0.36×1000/（100×（1+0.15）） =3.13

3.3 旋噴樁施工方法

3.3.1 施工準備

（1）場地平整

正式進場施工前，進行管線調(diào)查后，清除施工場地地面以下1米以內(nèi)的障礙物，不能清除的做好保護措施，然后整平、夯實；同時合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地的“三通一平”。

（2）樁位放樣

施工前用全站儀測定旋噴樁施工的控制點，打設(shè)木樁作為標記，經(jīng)過復測驗線合格后，用鋼尺和測線實地布設(shè)樁位，并用竹簽釘緊，一樁一簽，保證樁孔中心移位偏差小于50mm。

（3）修建排污和灰漿拌制系統(tǒng)

旋噴樁施工過程中將會產(chǎn)生10～20%的返漿量，將廢漿液引入沉淀池中，沉淀后的清水根據(jù)場地條件可進行無公害排放。沉淀的泥土則在開挖基坑時一并運走。沉淀和排污統(tǒng)一納入全場污水處理系統(tǒng)。

灰漿拌制系統(tǒng)主要設(shè)置在水泥罐附近，便于作業(yè)，主要由灰漿拌制設(shè)備、灰漿儲存設(shè)備、灰漿輸送設(shè)備組成。

（4）由于施工區(qū)域部分在高架橋下，受高架橋凈高（7.3m）限制，我部對路面基層進行破除降低處理，并對旋噴樁樁機高度進行調(diào)整，以滿足施工需要。

3.3.2 鉆機就位

鉆機就位后，對樁機進行調(diào)平、對中（采用水平靠尺與鉆井機架吊錘球相結(jié)合的方法整平機架，對準設(shè)計樁位；而后用經(jīng)緯儀或全站儀進行復核），調(diào)整樁機的垂直度，保證鉆桿應(yīng)與樁位一致，偏差應(yīng)在50mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差小于1.5%；鉆孔前應(yīng)調(diào)試空壓機、泥漿泵，使設(shè)備運轉(zhuǎn)正常；校驗鉆桿長度，并用紅油漆在鉆塔旁標注深度線，保證孔底標高滿足設(shè)計深度。

3.3.3 噴水引孔鉆進

鉆機施工前，應(yīng)首先在地面進行試噴，在鉆孔機械試運轉(zhuǎn)正常后， 正式開始鉆進。鉆孔過程中要詳細記錄好鉆桿節(jié)數(shù)，保證鉆孔深度的準確。為防止泥砂堵塞噴嘴，要邊射水邊鉆進，高壓水噴嘴要用塑料布包裹，以防泥土進入管內(nèi)。

3.3.4 旋噴提升

當噴射注漿管到達設(shè)計深度后，接通泥漿泵，然后由下向上旋噴，同時將泥漿清理排出。噴射時，先應(yīng)達到預定的噴射壓力，待噴漿正常后再逐漸提升旋噴管，以防止旋噴管被扭斷。為保證樁底部的的成樁質(zhì)量，噴嘴下沉到設(shè)計深度時，應(yīng)在原位置旋轉(zhuǎn)10秒鐘左右，待孔口冒漿正常后再旋噴提升。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進行，不得中斷，鉆機發(fā)生故障，應(yīng)停止提升鉆桿和旋轉(zhuǎn)，以防斷樁，同時立即檢修排除故障。在旋噴提升過程中，可根據(jù)不同的土層，調(diào)整旋噴參數(shù)。

3.3.5 鉆機移位

旋噴提升到設(shè)計樁頂標高時停止旋噴，提升鉆頭，清洗注漿泵及輸送管道，然后將鉆機移位，開始下一根旋噴樁的施工。

4 質(zhì)量標準及檢查措施

4.1 旋噴樁施工技術(shù)標準

旋噴樁的施工技術(shù)要求見表4。

旋噴樁施工技術(shù)檢查表 表4

項

目序

號檢查項目允許偏差或允許值檢查方法

單位數(shù)值

主控項目1水泥及外摻劑質(zhì)量符合出廠要求查產(chǎn)品合格證書或抽樣送檢

2水泥用量合設(shè)計要求查看流量表及水泥漿水灰比

3樁體強度或完整性檢查設(shè)計要求按規(guī)定方法

4地基承載力設(shè)計要求按規(guī)定方法

一般項目1鉆孔位置mm≤50用鋼尺量

2鉆孔垂直度%≤1.5經(jīng)緯儀測鉆桿或?qū)崪y

3孔深mm±100用鋼尺量

4注漿壓力按設(shè)定參數(shù)指標查看壓力表

5樁體搭接（按設(shè)計要求）mm>150用鋼尺量

6樁體直徑mm≤50開挖后用鋼尺量

7樁身中心允許偏差 ≤0.2D開挖后樁頂下500mm處用鋼尺量，D為樁徑

4.2 施工檢查內(nèi)容

（1）施工前檢查

在施工前對原材料、機械設(shè)備及噴射工藝等進行檢查，主要有以下幾方面：

①水泥的質(zhì)量合格證及復驗報告；

②漿液配合比是否合適工程實際土質(zhì)條件；

③機械設(shè)備是否正常，在施工前應(yīng)對高壓旋噴設(shè)備、高壓泥漿泵、水泵等作試機運行，同時確保鉆桿（特別是多重鉆桿）、鉆頭及導流器暢通無阻；

④施工前還應(yīng)對地下障礙情況統(tǒng)一排查，以保證鉆進及噴射達到設(shè)計要求。

⑤施工前檢查樁位、壓力表、流量表的精度和靈敏度。

（2）施工中檢查

施工中重點檢查內(nèi)容有：

①鉆桿的垂直度及鉆頭定位；

②水泥漿液配合比及材料計量；

③鉆機轉(zhuǎn)速、沉鉆速度、提鉆速度及旋轉(zhuǎn)速度等；

④噴射注漿時噴漿、噴水、噴氣的壓力、注漿速度及注漿量；

⑤孔位處的冒漿狀況；

⑥噴嘴下沉標高及注漿管分段提升時的搭接長度；

⑦施工記錄是否完備，每施工完成一根樁應(yīng)有詳細的施工原始記錄。

（3）施工后檢查

施工后按照設(shè)計要求對樁體強度及地基承載力進行檢查驗收。

4.3 成樁質(zhì)量檢查

（1）質(zhì)量檢驗時間、內(nèi)容

施工完成后對樁體施工質(zhì)量的檢驗，應(yīng)在高壓噴射注漿結(jié)束后28天進行，檢查內(nèi)容主要為28天無側(cè)限抗壓強度qu>=1.0Mpa，抗?jié)B系數(shù)<1.0×10-7cm/s。

（2）質(zhì)量檢驗數(shù)量、部位

檢驗點的數(shù)量為施工孔數(shù)的1%，并且至少要檢驗3個點。

5、實施效果

在三重管旋噴樁止水帷幕實施后，在基坑的開挖過程中，發(fā)現(xiàn)樁間漏水點比較少，只在局部發(fā)現(xiàn)過漏水點，在發(fā)現(xiàn)的漏水點處通過注水玻璃雙液漿的方式進行處理，能比較迅速的堵住漏水點，總體來說，效果比較好，達到了預期效果。

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