1、某盾構(gòu)隧道三重管高壓旋噴樁施工技術(shù)【摘 要】高壓噴射注漿法作為一種常用的地基處理技術(shù)，以其設(shè)備簡單、施工方便、適用于特殊和復(fù)雜 地基處理、無環(huán)境污染等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。結(jié)合工程實(shí)例，介紹了用三重管高壓旋噴樁加固盾構(gòu)始發(fā) 及到達(dá)區(qū)土體的方法，闡述了三重管高壓旋噴注漿法的施工工藝，提出了質(zhì)量控制措施?！娟P(guān)鍵詞】三重管高壓旋噴注漿法；加固；施工工藝1、引言高壓噴射注漿法是在化學(xué)注漿法的基礎(chǔ)上采用高壓水射流切割技術(shù)而發(fā)展起來的。它徹底改變了化學(xué) 注漿法的漿液配方和工藝措施，改以水泥為主要原料，加固土體質(zhì)量、可靠性好，具有增加地基強(qiáng)度、提 高地基承載力、止水防滲、減少建筑支檔土壓力、防止砂土液化和降低

2、土的含水量等多種功能。自上世紀(jì) 70年代以來，高壓噴射注漿技術(shù)在我國得到較廣泛的應(yīng)用，解決了一批其他施工方法難以解決的工程技術(shù) 問題1取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。高壓噴射注漿法所形成的固結(jié)體形狀與噴射流移動(dòng)方向有關(guān)，一般分為旋噴、定噴和擺噴3種形式。 旋噴法施工時(shí)，噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)并提升，固結(jié)體呈圓柱狀。主要用于加固地基，提高地基的抗剪強(qiáng) 度，改善土的變形性質(zhì)，也可組成閉合的帷幕，用于阻擋地下水流和治理流沙。2、工程概況某盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)為兩條內(nèi)徑為5.4m的單線隧道，線路里程為RDK0+290.899RDK1+415.727 （長 1124.828m ）、CDK0+294.648CDK1+4

3、39.399 （長 1144.751m），隧道單線總長 2269.579m ；隧道底 板一般埋深在10.8212.35m之間（聯(lián)絡(luò)通道與廢水泵房合建處埋深在21.29m），采用2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。 根據(jù)設(shè)計(jì)及地質(zhì)勘察資料，區(qū)間隧道通過的最硬巖層單軸極限抗壓強(qiáng)度為53.40MPa，線路間距4.813m。3、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況3.1工程地質(zhì)根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，盾構(gòu)區(qū)間端頭地層自上而下依次為：人工填土層:不同地段揭示有種植土、雜填土、素填土等，欠壓實(shí)，濕稍濕，富水性弱；一2淤泥質(zhì)粉砂層:呈深灰色、淺灰色、灰黑色等，飽和，松散稍密，分選不均含中細(xì)砂，局部夾 薄層淤泥質(zhì)土及粉質(zhì)粘土，含少量有機(jī)質(zhì)及腐木碎片

4、；一2粉質(zhì)粘土：呈褐色、淺灰色等，呈可塑狀，局部軟塑，土質(zhì)較均勻，粘性較好，局部夾薄層狀 中細(xì)砂，無搖震反應(yīng)，光澤反應(yīng)稍光滑，干強(qiáng)度和韌性中等。進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)17次，實(shí)測擊數(shù)412 擊，平均7.4擊；一2殘積類硬塑狀粉質(zhì)粘土：為白堊系含礫粗砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖等風(fēng)化殘積形成， 呈棕紅色、暗紅色等，硬塑狀，無搖震反應(yīng)，光澤反應(yīng)稍光滑，干強(qiáng)度和韌性中等，遇水軟化；巖石強(qiáng)風(fēng)化帶：主要巖性為含礫粗砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖、礫巖等，呈棕紅、暗紅、 褐紅色等，原巖組織結(jié)構(gòu)大部分已破壞，結(jié)構(gòu)尚清晰，鈣質(zhì)或泥鈣質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖質(zhì)極軟， 巖芯呈半巖半土狀，局部碎塊角礫狀?yuàn)A礫巖，錘

5、擊易碎，遇水軟化。本工程盾構(gòu)穿越地層為巖石強(qiáng)風(fēng)化地層。3.2水文地質(zhì)根據(jù)區(qū)間地質(zhì)勘察報(bào)告，區(qū)間地下水按賦存方式主要分為第四系松散孔隙潛水、層狀基巖裂隙水（白 堊系碎屑巖）。1）第四系松散層和全風(fēng)化帶中的孔隙潛水第四系含水地層主要以海陸交互沉積砂層淤泥質(zhì)砂一2及沖洪積砂層一2為主，一般潛水較豐富， 屬弱中等透水地層；根據(jù)其賦存條件，一般為潛水特性，局部埋深較大、上覆土層較厚地段具微承壓性 特點(diǎn)。對(duì)于第四系人工填土層，由于其成分復(fù)雜，松散，滲透性相對(duì)較好；坡殘積及全風(fēng)化巖一般為弱透 水性；淤泥和淤泥質(zhì)土層及沖洪積土層透水性差，一般為相對(duì)隔水層。）層狀基巖裂隙水基巖裂隙水主要賦存于強(qiáng)、中風(fēng)化帶巖層的

6、基巖裂隙中，基巖裂隙水逕流條件受基巖的裂隙發(fā)育程度、 填充狀態(tài)及連通性制約，補(bǔ)給較為穩(wěn)定，具微承壓性質(zhì)。紅層基巖裂隙以風(fēng)化節(jié)理裂隙為主，多呈閉合一 微張狀，且裂隙多被泥質(zhì)填充。一般而言，地下水在基巖中的賦存量較小，逕流條件差，透水性弱。但基 巖的裂隙發(fā)育程度不一，其富水性和透水性存在明顯的差異，局部裂隙發(fā)育且連通性較好地段，仍有地下 水富集的可能。根據(jù)該出入段線詳細(xì)勘察階段巖土工程勘察報(bào)告對(duì)地下水的腐蝕性評(píng)價(jià)結(jié)果，勘區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)對(duì)混 凝土結(jié)構(gòu)均不具腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。4、加固方案設(shè)計(jì)根據(jù)各端頭地質(zhì)條件、地表環(huán)境和端頭地層受其他因素影響情況，參考同類

7、工程的施工經(jīng)驗(yàn)，本盾構(gòu) 區(qū)間位于典型的上軟下硬不利地層，需要對(duì)該段工程穩(wěn)定性較差的盾構(gòu)始發(fā)井端頭和到達(dá)井端頭地層進(jìn)行 加固。4.1加固原則1）洞門破除后能有效抵擋洞門處的水土壓力，保證地層穩(wěn)定和施工安全；2）能有效封堵洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)滲水，以防端頭地層發(fā)生坍塌或涌漏水；3）確保盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞安全和洞門破除的安全。4.2加固方法選擇端頭加固的施工方法很多，根據(jù)不同地質(zhì)情況，軟土地層多用攪拌樁（雙軸攪拌、三軸攪拌）、高壓 旋噴樁（單重管、雙重管或三重管）、SMW、注漿、凍結(jié)等2T工法。工法選擇不當(dāng)，會(huì)使加固效果達(dá)不 到設(shè)計(jì)要求，不僅會(huì)造成外部水土流失、坍塌等風(fēng)險(xiǎn)，還將導(dǎo)致工程造價(jià)成倍增加。靜壓注漿法要

8、達(dá)到較好的效果就必須采用化學(xué)漿液，但強(qiáng)度仍然較低，整體性差，成本較高；凍結(jié)法 對(duì)周邊環(huán)境影響較大，且工期較長，成本較高。根據(jù)本場地的特點(diǎn)及施工條件限制，由于加固范圍主要為 淤泥，淤泥富含水，采用旋噴樁施工效果相對(duì)較好。旋噴工藝采用成樁直徑較大的三重管旋噴法，以減少 孔數(shù)和旋噴工作量，降低成本。4.3加固設(shè)計(jì)樁徑1000mm，采用42.5R普通硅酸鹽水泥配漿，水泥摻入量為250kg/m3，粘土粉50kg/m3，漿液 水灰比為1.0，噴漿壓力大于25MPa，要求在巖面停留注漿1020s，以填滿接觸面縫隙，樁端進(jìn)入不透 水層1m。本場地端頭加固共配置2臺(tái)旋噴樁機(jī)進(jìn)行施工。5、三重管高壓旋噴樁施工5.

9、1施工原理旋噴法施工4 是利用鉆機(jī)把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至地層的預(yù)定位置后，用高壓脈沖泵，將水泥 漿液通過鉆桿下端的噴射裝置，向四周以高速水平噴入土體，借助流體的沖擊力切削土層，使噴流射程內(nèi) 的土體遭受破壞。與此同時(shí)，鉆桿一面以一定的速度（20r/min）旋轉(zhuǎn)，一面低速（1530cm/min）徐徐 提升，使土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌?，膠結(jié)硬化后即在地基中形成直徑比較均勻、具有一定強(qiáng)度（0.5 8.0MPa）的樁體，從而使地層得到加固。三重管是以三根互不相通的管子，按直徑大小在同一軸線上重合套在一起，用于向土體內(nèi)分別壓入水、 氣和漿液。其中內(nèi)管由泥漿泵壓送2MPa左右的漿液；中管由高壓泵壓送2

10、0MPa左右的高壓水；外管由空 壓機(jī)壓送0.5MPa以上的壓縮空氣；空氣噴嘴套在高壓水嘴外，在同一圓心上。三重管由回轉(zhuǎn)器、連接管 和噴頭三部分組成。I家動(dòng)悔-銅番管口-桃Hh4-三期骨；5-黑液族管】卜高壓永膠fLT-壓喝空氣膠管禪-曹噸樁加南味圖1三管旋曦法新工工芝流程圖5.2施工工藝1）旋噴法施工工藝流程如圖1所示。具體包括：振動(dòng)沉樁機(jī)就位，放樁靴，立套管，安振動(dòng)錘； 套管沉入設(shè)計(jì)深度；拔起一段套管，卸上段套管，使下段露出地面（使h大于要求的旋噴長度）； 套管中插入三重管，邊旋、邊噴、邊提升；自動(dòng)提升旋噴管；拔出旋噴管與套管，下部形成圓柱噴射 樁加固體。2）施工前先進(jìn)行場地平整，挖好排漿溝

11、，將鉆機(jī)定位。）預(yù)先用鉆機(jī)或振動(dòng)打樁機(jī)鉆成直徑150200mm的孔，然后將三重注漿管插入孔內(nèi)，按旋噴工藝 要求，由下而上噴射注漿，注漿管分段提升的搭接長度不得小于100mm。4）在插入旋噴管前先檢查高壓水與空氣噴射情況，各部位密封圈是否封閉；插入后先做高壓水射水試 驗(yàn)，合格后方可噴射漿液。如因塌孔插入困難時(shí)，可用低壓水（0.12MPa）沖孔，但須把高壓水噴嘴用 塑料布包裹，以免泥土堵塞。5 ）噴嘴直徑、提升速度、旋噴速度、噴射壓力、排量等旋噴參數(shù)見表15具體參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確 定。表1瓶唬施I:的上要機(jī)11和參數(shù)表一衣管數(shù)值參數(shù)中3噴晰個(gè)數(shù)2腐鈾速度t心）515提1 速推(r(l 1MCERE

12、 tl 50-150#1具性能席壓,親咐（皿125-3060320空壓機(jī)壓力皿& (J.7流械(L/min)E：(MPa3-5M (1 /itkHI 100-15()漿酒配仲比：水:水泥:粘土:堿1：1R：OH：LO（用6 ）開始時(shí)，先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣。一般情況下，壓縮空氣可晚送30s，然后再進(jìn)行邊 旋轉(zhuǎn)、邊提升、邊噴射作業(yè)。7）噴射時(shí)，應(yīng)先達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿量后再逐漸提升注漿管。中間發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)停止提升和 旋噴，以防柱體中斷，同時(shí)立即進(jìn)行檢查排除故障；如發(fā)現(xiàn)有漿液噴射不足，影響樁體的直徑時(shí)，應(yīng)進(jìn)行 復(fù)核。8 ）在旋噴過程中，冒漿量應(yīng)控制在10%25%之間。9）噴到樁高后

13、應(yīng)迅速拔出注漿管，用清水沖洗管路，防止凝固堵塞。相鄰兩樁之間的施工間隔時(shí)間應(yīng) 不小于48h，間距應(yīng)不大于46m。5.3機(jī)械設(shè)備旋噴法施工主要機(jī)具設(shè)備包括：高壓泵、XJ100型振動(dòng)鉆機(jī)、污水泵自循環(huán)式的攪拌罐、SA-5150W 空壓機(jī)（20m3/min）、旋噴管和高壓膠管等；輔助設(shè)備包括操縱控制系統(tǒng)、高壓管路系統(tǒng)、材料儲(chǔ)存系統(tǒng) 以及各種管材、閥門、接頭及安全設(shè)施等。5.4材料要求旋噴使用的水泥應(yīng)新鮮無結(jié)塊，漿液水灰比為1 ： 1。稠度要合適，水泥摻入量為250kg/m3,粘土粉 為50kg/m3；為消除離析，加入0.9%的純堿。漿液宜在旋噴前l(fā)h以內(nèi)配制，使用時(shí)濾去硬塊、砂石等， 以免堵塞管路和

14、噴嘴。5.5樁噴漿量計(jì)算樁噴漿量Q可按下式4計(jì)算：式中H旋噴長度（m）；v旋噴管提升速度（m/min）；q泵的排漿量（L/min）；B漿液損失系數(shù)，一般取0.10.2。6、施工質(zhì)量控制及技術(shù)要點(diǎn)6.1水泥用量控制在噴漿提升過程中，控制水泥用量是關(guān)鍵。水泥用量與噴漿壓力、噴嘴直徑、提升速度及水灰比等有 直接關(guān)系，具體控制方法如下：1）若水泥量剩余，措施包括：適當(dāng)增加噴漿壓力；加大噴嘴直徑；減慢提升速度。2）若水泥量不夠，措施包括：在保證樁徑的情況下適當(dāng)減少壓力；適當(dāng)減小噴嘴直徑；適當(dāng)加快提升 速度。6.2冒漿處理在旋噴過程中，往往有一定數(shù)量的土顆粒隨著一部分漿液沿著注漿管管壁冒出地面。通過對(duì)冒漿

15、的觀 察，可以及時(shí)了解土層狀況，判斷旋噴施工的大致效果和斷定參數(shù)合理性等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，冒漿（內(nèi)有土粒、 水及漿液）量超過25%或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因，并及時(shí)采取措施。1）流量不變而壓力突然下降時(shí)，應(yīng)檢查泄漏情況；必要時(shí)拔出注漿管，檢查其密封性能。2）出現(xiàn)不冒漿或斷續(xù)冒漿時(shí)，如為土質(zhì)松軟則視為正?，F(xiàn)象，可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行加強(qiáng)復(fù)噴；如為附近有空 洞、暗道，則應(yīng)不提升注漿管，繼續(xù)注漿直至冒漿為止；或拔出注漿管待漿液凝固后，重新注漿直至冒漿 為止；必要時(shí)采用速凝漿液，便于漿液在注漿管附近凝固。3）冒漿量過大的主要原因，一般是注漿機(jī)有效噴射半徑與成樁不匹配，注漿量大大超過旋噴固結(jié)所需 的漿量所致，宜采取的措

16、施為：提高旋噴壓力（噴漿量不變）；適當(dāng)縮小噴嘴直徑（旋噴壓力不變）；加 快提升和旋轉(zhuǎn)速度。6.3施工技術(shù)要點(diǎn)1）根據(jù)地層情況選擇合理的施工參數(shù)。2）噴射注漿時(shí)要注意設(shè)備的開動(dòng)順序。3）要求鉆機(jī)安放平穩(wěn)，鉆桿保持垂直，其傾斜度不得大于1.5%。）鉆孔前需復(fù)核孔位，誤差不得大于510cm，鉆孔的垂直度必須等于或小于設(shè)計(jì)要求。7、質(zhì)量檢測及評(píng)價(jià)1）抗?jié)B情況。高壓旋噴樁的樁體滲透系數(shù)通過室內(nèi)常水頭試驗(yàn)測定。通過試驗(yàn)，加固體的滲透系數(shù)達(dá) 到1.0 x10 -7Cm/s，符合設(shè)計(jì)要求。2）鉆取旋噴樁堅(jiān)固體的巖芯。在加固體中鉆取巖芯，以觀察判斷其固結(jié)整體性和均勻性。檢測結(jié)果表 明，取芯率相對(duì)較高、巖芯較完整、強(qiáng)度高，符合設(shè)計(jì)要求。3）旋噴深度、直徑、抗壓強(qiáng)度和透水性均符合要求。8、結(jié)語該工程采用三重管高壓旋噴樁加固洞門，使土體穩(wěn)定性得到了明顯提高，洞周塑性區(qū)范圍明顯減少， 取得了較好的加固效果，保證了施工安全。此外，三管旋噴法還可回