史 彥 河南省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司工程師

楊貴永 河南省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司高級(jí)工程師

梁 波 五丁建設(shè)工程集團(tuán)有限公司工程師

1 項(xiàng)目概述

某市軌道交通M8 號(hào)線車站位于老城區(qū)，其中3 號(hào)和4 號(hào)車站的出入口有密集的地下管道，這些管道的橫截面較大且方向錯(cuò)綜復(fù)雜。出入口在坑周圍的露天坑后加筋構(gòu)造上，每個(gè)坑約為6.8 m×7.0 m，坑深為9.5 m，施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件復(fù)雜，從上到下有各種各樣的路堤，包括粘土質(zhì)粉砂、沙質(zhì)粉砂、粉砂、粉砂粘土及粉質(zhì)粘土，上部有地下障礙物，如舊城區(qū)道路和建筑基礎(chǔ)等。許多地下管線包括了2 m寬的110 000 V 電力管，1.3 m 寬的36 孔服務(wù)管，直徑1 300 mm 的落水管和多條水管。局部的管道垂直和水平交叉。施工條件復(fù)雜，地下水位高，淺層潛水，周圍補(bǔ)給水源豐富。由于管道和地下障礙物的影響，不能使用管道屋面、頂管、實(shí)心墻、整體樁、超分子樁及其他施工方法來建造基坑或基坑圍欄。3 號(hào)和4 號(hào)出口通道最終將采用高壓旋噴灌樁，這是將H 型鋼插入噴樁中以保護(hù)開挖的方法。

2 高壓旋噴灌樁的工藝原理和使用范圍

2.1 工藝原理

高壓旋噴灌樁使用鉆機(jī)導(dǎo)向孔將具有特殊噴嘴設(shè)計(jì)的噴射注漿鉆桿降低到預(yù)定的土壤層。當(dāng)噴射注漿鉆桿以一定速度旋轉(zhuǎn)上升時(shí)，高壓產(chǎn)生設(shè)備用于產(chǎn)生高壓水射流，該高壓水射流切割并破壞氣流罩下方的土壤，并將具有一定壓力的水泥漿注入底部，用于在解決方案中旋轉(zhuǎn)噴射鉆探的管道泵。由于3 種噴射流對(duì)土壤的影響，部分受損的土壤、水和空氣流都在地面上被清除，并且一部分與水泥砂漿完全混合。在水泥土固結(jié)和硬化后，土壤中形成具有一定強(qiáng)度的樁-主體，即樁的噴射灌漿。根據(jù)噴涂方向和擺動(dòng)角度，可分為旋轉(zhuǎn)噴涂、擺動(dòng)噴涂及固定噴涂[1]。

2.2 機(jī)器性能及技術(shù)參數(shù)

施工設(shè)備主要由鉆機(jī)和高壓發(fā)生設(shè)備兩部分組成。主要設(shè)備包括旋噴鉆桿、高壓柱塞泵、空氣壓縮機(jī)、泥漿混合機(jī)、灌漿泵及污水泵等。高壓雙管法適用于樁徑約為1 m 且對(duì)質(zhì)量要求較高的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)配件[2]。因此，該項(xiàng)目使用雙管道方法。主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 技術(shù)參數(shù) （高壓兩管水泥噴射樁的設(shè)計(jì)參數(shù)）

2.3 適用范圍

三管高壓旋轉(zhuǎn)滲碳技術(shù)具有設(shè)備移動(dòng)方便的特點(diǎn)，且有施工速度高、樁徑大、殘茬少、結(jié)構(gòu)靈活、對(duì)地下管線的影響小、各部位加固的強(qiáng)度可控制等優(yōu)點(diǎn)。土壤可以有效防止?jié)B水，最適用于粉砂層。由于HPC 樁成型工藝具有靈活性，因此在保護(hù)管道方面具有其他施工方法所沒有的優(yōu)勢。以SMW 樁的施工方法為例，其充分利用了樁和H 型鋼嵌件的噴射灌漿特性，提高了樁身的剛度，使得地鐵站出入口的圍護(hù)結(jié)構(gòu)得以建造，擴(kuò)展了高壓旋噴樁的新應(yīng)用[3]。

3 高壓旋噴灌樁技術(shù)的使用方法

3.1 旋噴樁的布置

由于進(jìn)、出口開挖中有許多管線，因此將其分為無管線的常規(guī)部分和有注水管道的特殊部分，用于噴漿樁的設(shè)計(jì)。在普通截面中，將直徑為850 mm 的噴射滲碳樁排成一排，樁與樁之間的間距為550 mm，再將H 型鋼插入間隙中。在一個(gè)特殊的部分中，使用半徑為1 100 mm 或1 500 mm的定向擺式噴射樁和旋轉(zhuǎn)式噴射樁，具體半徑取決于管道截面的尺寸。結(jié)合使用噴射樁的方法是在管道下部填充坑，一定深度范圍內(nèi)的等深鋼筋。當(dāng)管道位于開挖外部時(shí)執(zhí)行此操作，以確保周圍結(jié)構(gòu)的剛性。

3.2 噴射水泥鋼樁和型材施工參數(shù)的設(shè)置

根據(jù)實(shí)際情況，在圍欄和加固的不同區(qū)域中，噴射注漿樁的直徑有所不同，可為850 mm、1 000 mm 和1 200 mm 等。用于固井的定向振動(dòng)樁的振動(dòng)擺噴半徑為在管道橫截面1 100 mm，上為1 500 mm。旋噴樁的長度為18 m，距地面的施工深度為1 ～19 m。將H 形鋼插入注漿樁之間，并適當(dāng)壓實(shí)管道邊緣鋼，為管道提供足夠的支撐剛度。H 型鋼的尺寸為700 mm，其長度為18 m，鋼的頂部與地面高度相同[4]。

4 高壓旋噴灌樁施工質(zhì)量的控制策略

4.1 施工順序

常規(guī)的噴射注漿樁在開挖的兩側(cè)，首先建造帶有H 型鋼插入件的噴射注漿樁，之后是不帶型鋼的噴射注漿樁。對(duì)于管道通過的特殊區(qū)域，首先建造定向旋轉(zhuǎn)噴射注漿樁，之后建造其他噴射注漿樁。進(jìn)行噴樁時(shí)，首先將噴漿樁安裝在基坑的側(cè)壁上，然后將噴漿樁安裝在基坑外的加固區(qū)域中，樁的噴射膠結(jié)實(shí)現(xiàn)了井道的跳孔建造。

4.2 施工工藝及工藝流程

鉆孔樁由旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)建造，形成井眼，而旋轉(zhuǎn)灌漿樁則采用先導(dǎo)井來控制垂直度。選擇與樁間距匹配的建筑技術(shù)，以確保該技術(shù)工藝是封閉的成樁。在施工過程中，通過旋轉(zhuǎn)噴射和定向噴射的技術(shù)方式固定井位，并開展導(dǎo)向井和鉆導(dǎo)向孔的施工，隨后安裝高噴射鉆機(jī)，并設(shè)計(jì)深度，安裝開放式泵，進(jìn)行凈水壓力測試，最后采用灌漿混合高壓噴霧清潔泵、管道及鉆具。

4.3 施工要點(diǎn)

在澆筑混凝土之前，需要先檢查樁底的厚度，保證厚度不超過100 mm。在澆筑過程中，要檢查水下混凝土結(jié)構(gòu)是否存在泄漏的情況。一旦出現(xiàn)混凝土泄露，要進(jìn)行及時(shí)填充，并密封接頭。在填充過程中，首先要根據(jù)填充位置的形狀，制作一個(gè)特殊的料斗，其容量應(yīng)符合在底部澆筑混凝土的要求。同時(shí)，要注意混凝土必須連續(xù)澆筑，以防止樁破裂。

4.4 其他注意點(diǎn)

應(yīng)選擇具有良好分散性的普通硅酸鹽水泥，并對(duì)水泥漿進(jìn)行嚴(yán)格過濾。一般情況下，水泥與灰比為1.0，水泥的比重為1.5。在挖坑時(shí)容易發(fā)生滲水、甚至噴流倒塌的情況，坑漏堵頭主要根據(jù)“泥水分離，噴泉堵水，注水止水”的原則，充分利用現(xiàn)有的擋土樁和堵頭。

4.5 質(zhì)量措施

為確保施工質(zhì)量，可采用以下措施控制施工過程。

（1）精確設(shè)定線，設(shè)定樁位，在L 型導(dǎo)向孔的L 型鉆機(jī)安裝好后，井位的誤差要小于5 cm。

（2）嚴(yán)格控制導(dǎo)向孔的施工質(zhì)量，確保直孔偏差小于0.5%。

（3）確保特殊的旋轉(zhuǎn)灌漿在天花板下面。機(jī)器中的水應(yīng)穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)，動(dòng)力頭垂直上下運(yùn)動(dòng)，樁心角控制誤差小于0.5%，樁心撓度小于10 cm。

（4）開始噴射后，泵壓力達(dá)到設(shè)計(jì)范圍，灌漿返回孔中。根據(jù)計(jì)算值開始升級(jí)鉆具。

（5）檢查施工用水的水質(zhì)，以確保水質(zhì)符合規(guī)范，嚴(yán)格控制水泥質(zhì)量，控制水泥漿的比例，做好砌塊強(qiáng)度試驗(yàn)，重新測試水泥漿，并進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和具體地質(zhì)條件，及時(shí)、合理地優(yōu)化施工方案，控制樁體第28 天的樁體強(qiáng)度和設(shè)計(jì)直徑。

5 高壓旋噴灌樁應(yīng)用中對(duì)管道的保護(hù)措施

由于許多重要的管道都經(jīng)過了開挖，因此在注漿樁的施工過程中需要采取各種措施來保護(hù)管道，主要有以下方式。

（1）沿注漿樁方向切割管線，并根據(jù)具體的管線布置確定注漿樁的位置，以確保注漿導(dǎo)向孔設(shè)計(jì)不會(huì)損壞管線。

（2）注漿樁施工現(xiàn)場的管道懸空（大約在0.5 ～1.0 Ω），以避免注漿引起的強(qiáng)烈土壤隆起和管道壓碎損壞。

（3）在樁基施工中的旋噴灌漿中，管道的懸掛部分使用了臨時(shí)的H 型鋼吊架。在建造噴射注漿樁時(shí)，必須使用管道底部和噴射注漿樁頂部之間的注漿進(jìn)行重新填充。

（4）噴射注漿機(jī)必須降落在水平且牢固的地面上，或使用軟枕，避免對(duì)管道頂部施加直接壓力。

6 高壓旋噴灌樁技術(shù)的應(yīng)用效果

旋噴樁完工后，在坑內(nèi)進(jìn)行主動(dòng)脫水，以檢查旋噴樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水密性，并準(zhǔn)備開挖?；用撍?dāng)?shù)據(jù)表明，在基坑開挖深度以上形成了有效的重疊，基坑的水位穩(wěn)定在12 m，基坑總排水量小于20 m3/h，符合設(shè)計(jì)要求。28 天的塊強(qiáng)度測試（用于再漿化測試）的平均值大于2.2 MPa。上環(huán)梁完工后，在完成水泥旋噴樁安裝后28 天開始挖基坑。凹坑由3 個(gè)支撐件和從上部環(huán)形梁向下的2 個(gè)大梁支撐，該凹坑也分為3 層。開挖后，周圍噴射漿樁的直徑全部裸露，達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值，圍欄堅(jiān)固，沒有破碎或滲漏的樁，噴射漿樁的采樣強(qiáng)度超過5 MPa。同時(shí)在基坑開挖過程中對(duì)基坑的變形進(jìn)行監(jiān)測，位移監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，澆筑厚度為800 mm 的鋼筋混凝土板后，基坑的變形小于1‰，達(dá)到一類基坑的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。

7 結(jié)語

利用高壓旋噴灌樁的優(yōu)勢，以SMW 的施工方法為參考，通過樁噴灌法插入H 型鋼，提高了噴漿樁身的剛度，可以進(jìn)行基礎(chǔ)施工。最終結(jié)果表明，該方法可行且效果良好。更多的基坑可以更好地解決管道保護(hù)問題，減少管道移動(dòng)，大大降低建設(shè)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。