三重管旋喷桩止水帷幕在河道基坑工程中的应用--中国期刊网

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三重管旋喷桩止水帷幕在河道基坑工程中的应用

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：郭文东

[导读] 摘要：本文以某地铁车站区间河道的深基坑工程为实例，介绍三重管旋喷桩止水帷幕在河道基坑中的应用。

        中国铁建港航局集团有限公司第三工程分公司山东青岛 266000
        摘要：本文以某地铁车站区间河道的深基坑工程为实例，介绍三重管旋喷桩止水帷幕在河道基坑中的应用。根据该河道深基坑工程的特殊水文地质条件与工程特点，对不同工况和工艺的高压旋喷桩的成桩与止水效果进行对比分析，选择合理、可靠的三重管高压旋喷桩成桩工艺，基于实际情况对三重管高压旋喷桩施工工艺进行优化调整，提高了成桩效率及河道深基坑围护结构的整体质量与止水效果，缩短了工期、节约了施工成本。
        关键词：旋喷桩；河道基坑；止水帷幕；三重管
        1 工程概况
        1.1 工程结构形式
        某地铁工程采用单洞单线矩形断面型式，基坑长226m，宽19.9m~24.5m，基坑最深17.1m，最浅13.3m。为满足河道畅通、管迁调流和房屋拆迁需要，将明挖区间分四期施工。
        明挖区间穿越河槽底宽约72m，根据施工工期计划，基坑占用河道为非汛期（即全年除6~9月外），现场需要设置围堰。明挖区间一期基坑施工期间占路，因此采用倒边施工以满足两河路的交通调流。
        1.2 工程地质
        明挖段工程项目处于某地河道流域，根据《岩土工程勘察报告（详细勘察阶段）》，该工程区域地层主要由第四系全新统人工填土（Q4ml）和第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl），粗粒花岗岩构造岩组成。
        1.3 水文地质
        初步勘察期间，北侧河水最宽处18m左右，经过桥向南河道收窄，仅3m左右。2014年5月20日测得线路通过段水面高程为3.8m，水深为0.5m左右，局部为1m左右；详细勘察期间，桥正在拓宽改造，河水被截流，后河道局部被疏通，2014年12月8日测量线路通过段水面高程3.972m，水深为0.5m左右，局部为1m。河道在入海口上游设有拦水坝，桥距离拦水坝约500m，通过勘察期间对潮汐的观测，海水无法涨到线路通过段。
        2 高压旋喷桩成桩原理与施工工艺
        2.1 高压旋喷桩成桩原理
        高压旋喷桩是利用工程钻机钻孔至规范要求深度后，利用高压旋喷台车把安有水平喷嘴的注浆管下到设计标高，利用高压设备使喷嘴以一定的压力把浆液喷射出去，高压喷射流是通过高压设备获得巨大能量后，以很高的速度连续喷射出来，在高压高速的条件下，喷射流具有非常大的功率，即在单位时间内喷射流具有很大的能量。高压喷射流切割土体，浆液与土体搅拌混合固化，随着注浆管的旋转和提升最后形成以喷射的距离和渗透部分为半径的圆柱体加固区，凝固后便在土体中形成圆柱形状、有一定强度、相邻桩体相互咬合成一体的固结体，起到止水与土体加固的作用。
        2.2 高压旋喷桩施工工艺
        2.2.1 高压旋喷桩喷射注浆方案的比选
        根据喷射方法的不同，高压旋喷桩喷射注浆工艺可分为三种：单管法、二重管法和三重管法。
        三重管法是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m，可以在圆砾层内施工，水泥用量一般在400kg/m，正常施工速度一般在10~20cm/min。
        2.2.2 施工工艺参数的确定与优化
        该标段高压旋喷桩施工采用三重管法，该为保证施工质量，在展开大批量制桩前进行试桩，以校验施工工艺参数是否合理，从现场情况来看，试桩过程中，采用提升速度20cm/min造成水泥浆上涌量较大，造成浪费水泥，调整为13cm/min时，效果较好，在强风化岩层钻杆提升速度控制在10cm/min。1：1.3水泥浆效果较好。实际桩径能符合设计要求，旋喷桩形成咬合。

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        三重管法注浆方案的优化：采用浆液、水、气喷射法施工后，对高压旋喷桩试桩进行了钻芯取样根据所取芯样外观质量，桩身强度、桩长，喷粉（浆）是否均匀一级有无断粉现象，芯样的完整性，所取芯样的柱状取芯率等情况，判断高压旋喷桩完整性和质量情况。为了确保该工程质量及进度要求，组织所相关方对方案做了调整，将浆液、水、气喷射法调整为浆液、气喷射法注浆施工，以减少丰富地下水对浆液的稀释效应，取得了较好的效果。
        2.2.3 三重管高压旋喷桩施工工艺
        （1）桩位测设
        测量放线根据设计的施工图和坐标网点测量放出施工中心位置，放样其中心允许误差不大于2cm。在施工轴线上确定孔位，编上桩号、孔号、序号，依据基准点进行测量各孔口地面高程。桩位应严格按照图纸设计测设，偏差不得大于50mm。
        （2）钻机钻孔
        钻机主钻杆对准孔位，用水平尺测量机体水平、立轴垂直，钻机要垫平稳牢固。钻孔口径应大于喷射管外径20～50mm，以保证喷射时正常返浆、冒浆。施工场地勘察资料不详时，每间隔20m布置一先导孔，查看终孔时地层变化。
        （3）搅拌制浆
        搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应，并应能保证均匀、连续地拌制浆液。保证高压喷射注浆连续供浆需量。本标段高压旋喷桩施工采用三重管法，采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为1：1.3，对应水泥用量约为488Kg/m。在浆液使用前，检查输浆管路和压力表，保证浆液顺利通过输浆管路喷入地层。
        （4）喷射作业
        当喷射管下到设计深度后，在指挥人员的指挥下，送入合乎要求的水、气、浆，喷射1～3min，待注入浆液冒出后，按规定好的提升速度，自下而上边喷射边提升，直到设计高度，停送水、气、浆，提出喷射管。喷射灌浆开始时，值班人员必须时刻检查注浆的流量、气量、压力以及提升速度等施工参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。
        2.2.4 成桩质量控制
        （1）桩径控制
        施工过程中要按技术交底参数操作，对桩个别部位可进行复喷，以满足桩径要求。
        （2）桩长控制
        当钻至桩底深度以下0.2m时，将喷浆管插到桩底层位。在插管过程中，为了防止泥砂堵塞喷嘴，可边喷水边插管。
        （3）注浆控制
        影响高压旋喷桩注浆固结体的质量因素较多，其中注浆工艺是影响固结体的重要因素之一。高压旋喷注浆，均是自下而上，连续进行，若施工中出现了停机故障，待修理好后，需向下搭接不小于300mm的长度，以保证固结体的整体性。停机超过3h时，应对泵体输浆管中进行清洗后方可继续施工。
        （4）水泥用量的控制
        在喷浆提升过程中，控制水泥用量是关键。水泥的用量与喷浆压力、喷嘴直径、提升速度及水灰比等有直接关系。
        3 实践中的经验和教训
        在施工过程中，有许多技术创新与改进。本工程基坑位于河道内，穿过较厚的砂层，且地下水水量丰富，喷射的浆液易将砂粒冲散、拌合不均匀，直接影响加固效果与止水效果，对方案做了调整，将浆液、水、气喷射法调整为浆液、气喷射法注浆施工，以减少丰富地下水的不利影响，提高了成桩效率与质量。加快了施工进度，缩短了施工工期；避免了水泥的浪费，节约了成本。经过现场基坑开挖后检验证明，止水帷幕结合灌注桩的挡土和挡水效果较好，深基坑开挖后保持稳定状态，保证了基坑的安全开挖与主体结构的顺利施工。
        参考文献：
        [1]张晓，杨建国，王运周，田兵.水平旋喷桩预支护在软弱黄土隧道中的试验研究[J].现代隧道技术，2010，47（1）：36-40.
        [2]《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）
        [3]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002