李紅濤 李鵬 盧喜成 郭范
【摘要】為解決成都天府國際機(jī)場軟弱土層下旋挖樁塌孔問題,進(jìn)行了多方案試驗(yàn)比選,最終采用了一種軟弱地層下高壓旋噴輔助旋挖成孔技術(shù),對易塌孔區(qū)域的樁周土體進(jìn)行預(yù)加固;該技術(shù)應(yīng)用有效解決了施工中旋挖塌孔的實(shí)際問題,加快了工程進(jìn)度,保證了工程施工質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】旋挖樁;塌孔處理;高壓旋噴;輔助成孔
【中圖分類號】 TU472.3+6????????? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 B
在地質(zhì)環(huán)境較復(fù)雜或土層性質(zhì)特殊的灌注樁旋挖成孔過程中,常遇見孔壁縮徑、坍塌、流砂等現(xiàn)象,直接影響工程進(jìn)度和施工質(zhì)量。對于塌孔和縮頸問題的處理,有多種不同方案,需綜合考慮施工環(huán)境、資源條件、工程特點(diǎn)等多種因素選擇。本文以成都天府國際機(jī)場綜合管廊為例,介紹一種旋挖樁高壓旋噴輔助成孔技術(shù),并根據(jù)其成功的應(yīng)用實(shí)踐總結(jié)了一項(xiàng)實(shí)用新型專利—一種旋噴注漿旋挖施工體系。
1工程概況
成都天府國際機(jī)場航站區(qū)1#、2#綜合管廊長合計(jì)3 km, 部分軟弱土層區(qū)域采用 CFC復(fù)合地基,其設(shè)計(jì)參數(shù):CFC樁的樁身強(qiáng)度為 C20,樁直徑小600 mm,樁間距1700 mm,按等邊三角形布置,樁身進(jìn)入持力層深度不小于500 mm;布置在基底范圍內(nèi)并向兩側(cè)各增加一排 CFC樁。施工樁長參考地勘資料,結(jié)合現(xiàn)場施工確定,預(yù)估樁長12~20 m。CFC樁共計(jì)2175根,采用旋挖干成孔法施工。
2工程地質(zhì)條件及塌孔原因分析
2.1工程地質(zhì)條件
本工程項(xiàng)目在未開工之前"降溪河"主河道貫穿整個航站區(qū),在經(jīng)河道改道后采用大量土石方進(jìn)行回填,回填后產(chǎn)生軟弱泥層。CFC樁地基處理區(qū)域管廊下部土質(zhì)情況為壓實(shí)填土、耕植土、粉質(zhì)黏土、黏土,且厚度較厚,深度在12 m 左右。
(1)場區(qū)填方區(qū)主要為①-3壓實(shí)填土,雜色、致密,場區(qū)內(nèi)山體開挖的泥巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖分層填筑、碾壓密實(shí)形成的人工填筑體,局部使用建渣,含較多巖石碎塊,粒徑為30~50 cm,厚度約0.5~8.0 m。
(2)CFC樁施工區(qū)域存在大面積4~12 m深淤泥,場平施工階段采用碎石樁+0.5 m厚排水板地基處理,排水板層地下水豐富,樁成孔過程中穿過排水板,并且大部分同碎石樁相交,將出現(xiàn)孔壁大量垮塌,影響樁身質(zhì)量[3]。
(3)綜合管廊部分區(qū)域?yàn)檐浫跬翆樱ㄓ倌鄬樱﹨^(qū)域,淤泥層厚度從5~12 m不等。在試驗(yàn)樁施工過程中,現(xiàn)場旋挖出大量的淤泥。
2.2旋挖塌孔原因分析
經(jīng)分析,本工程試驗(yàn)樁旋挖塌孔主要是4~6 m深度范圍內(nèi)淤泥質(zhì)及粉質(zhì)黏土導(dǎo)致的軟弱地層引起的。通過試驗(yàn)樁施工、現(xiàn)場調(diào)查,在4~6 m深度范圍內(nèi)造成塌孔的現(xiàn)象分為2種,一種是在旋挖成孔過程中的塌孔,另一種是在旋挖成孔后未及時(shí)進(jìn)行下道工序引起的塌孔。
由于本工程淤泥層和粉質(zhì)黏土層軟土極厚,且局部夾砂,易出現(xiàn)液化、塌孔現(xiàn)象,而旋挖成孔速度快,且出渣時(shí)鉆斗反復(fù)提鉆直接出渣,當(dāng)提鉆速度過快時(shí),會在鉆頭下部產(chǎn)生負(fù)壓,形成活塞式的抽吸作用。通過反復(fù)抽吸,導(dǎo)致塌孔現(xiàn)象。另一方面,在旋挖鉆機(jī)施工過后,造成地下水位攀升,未及時(shí)灌注混凝土,導(dǎo)致地層受地下水浸泡,造成孔位縮頸、掉塊、坍塌[1]。
3塌孔處置方案試驗(yàn)與對比分析
為有效解決綜合管廊 CFC樁旋挖成孔時(shí)的塌孔、縮頸問題,結(jié)合本工程地質(zhì)條件、施工環(huán)境,經(jīng)分析研究,提出3種技術(shù)解決方案:①鋼護(hù)筒護(hù)壁跟法;②素混凝土多次回灌法;③樁周土體高壓旋噴預(yù)固化法,并逐一進(jìn)行了施工試驗(yàn)。
3.1鋼護(hù)筒跟進(jìn)護(hù)壁法
施工方法:結(jié)合使用長臂履帶式挖掘機(jī)、振動錘將長鋼護(hù)筒夾裝就位,并將其振動打入土層,穿透淤泥軟弱土層,進(jìn)入巖層,形成樁基的旋挖孔,待灌注樁混凝土初凝前,借助振動錘拔出長護(hù)筒。
試驗(yàn)效果分析:經(jīng)試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),長護(hù)筒打入、拔出效率低,尤其是因鋼護(hù)筒需穿越含有粒徑為50~80 cm巖石塊的人工填筑體,受巖石塊的阻擋,發(fā)生護(hù)筒整體偏移,護(hù)壁底部卷曲,甚至無法下沉,錘入難度大。另一方面,護(hù)筒過長,錘入、拔起難度也增加,施工效率極低,成本高。
3.2素混凝土多次回灌法
施工方法:旋挖塌孔后,將塌孔土體清除后,低標(biāo)號素混凝土回灌,間隔24 h 后,混凝土凝固硬化,形成混凝土護(hù)壁,繼續(xù)用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn);如果再次出現(xiàn)塌孔,采取相同的工序進(jìn)行處理,至成孔為止。
試驗(yàn)效果分析:試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用此方法,出現(xiàn)了多次塌孔,多次回灌現(xiàn)象,個別樁孔多次回灌混凝土量累計(jì)方量超過200 m3,且因多次回灌,重復(fù)鉆孔,成本高,工期較長。
3.3高壓旋噴輔助成孔法
施工方法:高壓旋噴輔助成孔也就是對樁周土體高壓旋噴加固,采用高壓旋噴法對樁周軟弱夾層土體進(jìn)行預(yù)固化,增加土體粘結(jié)力,土體加固后再旋挖干成孔。
試驗(yàn)效果分析:經(jīng)試驗(yàn),在樁周先行施工4根高壓旋噴樁,對土體預(yù)加固,旋挖成孔過程中未再發(fā)現(xiàn)塌孔現(xiàn)象,提高了成樁施工效率,效果顯著。
3.4方案綜合比較分析
經(jīng)對3種塌孔處置方案的現(xiàn)場試驗(yàn)效果對比分析發(fā)現(xiàn):
(1)鋼護(hù)筒跟進(jìn)護(hù)壁法,適用于軟塑黏性土、淤泥、松散粉土等土體,施工效率高,但穿越土層含有硬質(zhì)塊體護(hù)筒或因其整體偏移難以錘入而無法實(shí)現(xiàn);如穿越軟弱土層區(qū)域過厚,鋼護(hù)筒過長,錘入或拔出難度增加,施工效率會降低,成本加大。
(2)素混凝土多次回灌法,施工速度快,適用于塌孔區(qū)相對較淺;對于深層塌孔因多次塌孔,多次回灌,重復(fù)鉆孔,導(dǎo)致成本增加,工期延長。
(3)高壓旋噴輔助成孔法適用于超厚超深、地下水位較高復(fù)雜軟弱土層,施工簡單,工期較短,易保證工程質(zhì)量,但造價(jià)相對較高。
4高壓旋噴輔助成孔技術(shù)原理與特點(diǎn)
高壓噴射注漿是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層預(yù)定深度后,以20~40 MPa壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來,形成噴射流沖擊破壞土層。水泥漿噴入土層與土體混合形成水泥土加固體,相互搭接形成排樁,用來進(jìn)行軟弱地層的土體固化。高壓旋噴樁的施工設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、機(jī)動性強(qiáng)、占地少,并且施工機(jī)具的振動很小,噪音也較低,不會對周圍建筑物帶來振動的影響和產(chǎn)生噪音等公害,可用于空間較小處[2]。
5高壓旋噴輔助成孔技術(shù)要點(diǎn)
(1)本工程噴射注漿采用單管法,高壓旋噴樁單樁直徑0.6 m,高壓旋噴樁上部同土層搭接2 m,下部同土層搭接1 m。高壓旋噴樁圍繞 CFG樁外緣布置4根,高壓旋噴樁相互搭接200 mm且均勻排布[3]。高壓旋噴樁深度范圍為高程439.05~421.65 m(圖1)。
(2)高壓旋噴注漿液采用普通硅酸鹽水泥 P.042.5R;水灰比1.2;漿液密度約1445 kg/m3;水泥平均用量236.5 kg/m。冒漿量平均為注漿量的15%[3],冒出漿體為廢棄物,需進(jìn)行外運(yùn)處理。有關(guān)漿液壓力、流量、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度等現(xiàn)場試驗(yàn)確定。
(3)高壓旋噴常見質(zhì)量問題有旋噴樁偏斜、旋噴樁固結(jié)體強(qiáng)度不均等,施工中需采取相應(yīng)預(yù)防措施。
旋噴樁偏斜:出現(xiàn)偏斜的主要原因是回填土中夾雜較大粒徑大石塊和場地不平整導(dǎo)致;其預(yù)防措施:施工前應(yīng)先平整好場地,對注漿時(shí)冒出的水泥漿應(yīng)及時(shí)清理;遭遇地下障礙物時(shí),應(yīng)及時(shí)清除地下障礙物或調(diào)整樁位。
旋噴樁固結(jié)體強(qiáng)度不均:在噴射注漿過程中,噴射漿液和噴射切割下來的土粒攪拌不充分、不均勻,注漿管提升速度和回轉(zhuǎn)速度與噴射注漿量沒形成配合而產(chǎn)生固結(jié)體強(qiáng)度不均。其預(yù)防措施:在噴射注漿前,應(yīng)當(dāng)依據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場地質(zhì)條件進(jìn)行試噴試驗(yàn),選擇更合理的噴射方法和參數(shù);在噴射過程中,應(yīng)當(dāng)切實(shí)注意檢查漿液初凝時(shí)間、注漿量、風(fēng)量、壓力、回轉(zhuǎn)速度與提升速度等是否符合設(shè)計(jì)要求,如發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)及時(shí)調(diào)整技術(shù)參數(shù),使噴射后固結(jié)體更均勻。
(4)高壓旋噴灌漿應(yīng)全孔連續(xù)作業(yè),采用跳打法,即隔一孔噴一孔進(jìn)行,相鄰樁孔旋噴間隔時(shí)間不宜小于12 h 。區(qū)段內(nèi)旋噴樁全部施工完成,旋噴樁體水泥強(qiáng)度達(dá)到70%后,試鉆合格后方可大面積進(jìn)行旋挖成孔施工作業(yè)。
6結(jié)束語
本工程實(shí)施過程中,為解決旋挖樁塌孔問題,進(jìn)行了多方案試驗(yàn)比選;根據(jù)工程的地質(zhì)情況、場地特點(diǎn)及工期要求,綜合考慮工期、質(zhì)量及成本等方面的因素,最終選用高壓旋噴輔助成孔技術(shù),施工過程中未再發(fā)生塌孔現(xiàn)場。相比其他方案,更直接有效地解決了施工中的旋挖塌孔問題,加快了工程進(jìn)度,保證了工程施工質(zhì)量,大大節(jié)省了工程造價(jià)。
高壓旋噴輔助成孔技術(shù)適用于砂層、填土層、黏土層、地下水位較高等復(fù)雜地層下樁基成孔。旋挖鉆機(jī)成孔時(shí)出現(xiàn)塌孔后的處置方法多種,在具體方法選擇時(shí),可根據(jù)工程實(shí)際情況,綜合考慮工程質(zhì)量、進(jìn)度、成本等多方面因素,有針對性地合理選擇科學(xué)有效的處置方案;高壓旋噴輔助旋挖成孔技術(shù)為類似工程提供了借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
[1]宋小瑜,張先瑞,張陽,等.四川省第十一建筑有限公司.一種大孔徑旋挖注漿裝置[P].CN202021460004.5;2021-08-10.
[2]百度百科.支護(hù)剛度[EB/0L].http://baike.baidu.com/view/3846813.html.2019-08-09.
[3]趙崇賢,謝勇,胥悅,等.中國華西企業(yè)股份有限公司。一種基于旋挖灌注樁的復(fù)雜地質(zhì)土體加固方法[P].CN202111507182.8;2021-12-10.