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)

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[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.