河边承台高压旋喷桩封底施工

吴刚

（中铁大桥局集团第三工程有限公司，广东 广州 510388）

1 工程概况

跨环城高速特大桥是武广客运专线新广州站及相关工程的一座特大桥，其中跨东平水道主桥为此桥最重要的部分，也是技术含量最高、施工难度最大的部分。主桥采用连续钢桁拱结构，孔跨布置为（99+242+99）m，支座中心至梁端1m，主桥全长442m。该桥两主墩（296#及297#墩）位于东平水道两侧，承台尺寸分别为15.2m×41.4m×5m和15.4m×46.2m×5m。296#墩承台底标高-1.545m，承台顶标高+3.455m,地面标高+4.4，承台一个角伸入东平水道大堤内；297#墩承台底面标高-4.545，承台顶面标高+0.455，地面标高+3.0，最近处仅距东平水道大堤13m。两主墩承台底面较低，特别在6月份中旬东平水道处于主汛期内,主汛期内水面标高最高可达到+3.0m,与地面平齐，承台低于东平水道水位以下，为了河堤安全，承台施工时先插打长12米国产拉森IV型钢板桩进行围堰防护。

2 地质与地貌

根据地质钻孔资料及前期桩基施工情况显示，主墩承台范围地面以下3m左右范围内为杂填土及回填土，3m～12m之间多为淤泥质砂粉细砂及淤泥质粘土，透水性比较好。在前期深孔桩基施工过程中，泥浆池布置靠近大堤侧，致使此范围地表长期处于积水浸泡之下，地下水比较丰富，容易与透水性比较好的淤泥质砂粉细砂结合形成管涌，引起河堤向承台基坑侧滑移。

3 施工方案

在研究制定主墩基础施工方案时，充分考虑地质、水文等因素的影响，确保临近临近水道大堤安全。

3.1 施工方案研究

承台基础采用钢板桩围堰进行施工，在进行承台开挖之前，要确定如何保证承台基坑开挖过程中围堰钢板桩稳定及基底处不发生管涌现象造成施工安全及临近的东平水道大堤安全问题。施工前，准备水下混凝土封底及高压旋喷桩预封底两套施工方案进行主墩封底施工。水下混凝土封底采用钢板桩四周围避承台，然后再开挖承台基坑内侧土体，在开挖过程为保持内外压力平衡，一般在水中开挖基坑，并安装加固钢板桩内支撑，最后在清基础，安装封底灌注平台，再灌注水下封底混凝土，水下混凝土考虑1.5m深。这个过程297#主墩需要向下开挖9m深，基坑开挖深度大，开挖过程中基底下处于透水性比较好的淤泥质砂粉细砂及淤泥质粘土层，开挖深度加大时四周侧压力会使基底形成部分管涌，此时必须向基坑加水平衡压力才能继续开挖，开挖难度大，钢板桩内支撑安装比较困难，水下混凝土施工灌注量大，费工费时，且施工安全风险大，施工费用比较高。高压旋喷桩施工主要在地面以上进行，用高压旋喷水泥浆固化透水性比较好的淤泥质砂粉细砂及淤泥质粘土层，达到滞水效果，再通过四周施工通长旋喷桩形成一道滞水墙与底部形成一个整体，在承台基坑内外形成一个整体的滞水带，且处理过的承台基底承载力加大，在优化承台施工工艺，达到主墩施工目的。此方案只需在地面上操作，施工方法简便，施工质量控制容易操作，工期比较短，施工费用比较低，施工安全风险小。通过方案比选，考虑东平水道汛期大堤安全，最终选定高压旋喷桩预封底施工方案。

3.2 钢板桩围堰设计

钢板桩围堰大小根据承台尺寸而定，其内框尺寸在顺桥向方向比承台尺寸大3.4m，横桥向方向比承台尺寸大3.4m。本项目钢板桩在陆地上施工，没有流水的影响，采用国产拉森IV型钢板桩配2层双槽40b做内支撑即可满足刚度要求，同时由于此地层透水性比较好，施工钢板桩全长不得有焊瘤、钢板或其他突出物，应保持平滑，两端均应切割整齐，上端按拔桩需要开圆孔（千斤绳眼）并焊钢板加固圆孔（最好是新制钢板桩），板桩插打完成后，用挖机出土降低围堰内的地面至内支撑的安装标高，安装围堰圈梁及内支撑钢管，并可靠连接，圈梁底面焊接牛腿支承，个数由计算确定，确保焊缝质量。

3.3 高压旋喷桩设计

钢板桩施工完（内支撑系统未施工）场地平整好以后，在承台开挖基坑范围内纵横向等间距（0.5m）交叉布置旋喷孔，使用高压旋喷钻机钻孔至注浆层，打开安装在注浆管（单管）底部侧面的特殊喷咀(附在钻头上)，使用高压注浆泵以25MPa以上的压力把水泥浆从喷咀中喷射出切割破坏土体，然后将高压水泥浆边喷边提升，对软土层进行旋喷施工，反复两次，使旋喷段形成水泥混合体板块层达到滞水效果；在环主墩承台钢板桩防护外侧四周密布一排12m长Φ500mm@350mm密排高压旋喷桩形成滞水墙，同时为减少对旁边东平水道大堤影响，靠近小里程侧及线路左右侧令加强布设一排密排搅拌桩进行防水。

4 方案实施

4.1 前期工作

主墩桩基已完全施工完毕，立即着手进行承台钢板桩施工，钢板桩桩顶标高于地面平齐，或稍微高出地面10-20cm，用挖机将插打钢板桩范围内搅拌桩施工场地平整，做好临时截、排水设施、供水供电线路、机械设备施工线路、机械设备放置位置、运输通道等施工准备。

4.2 施工设备

4.2.1 成孔、旋喷两用钻机XY-1型4台

4.2.2 高压泥浆泵ZJB-30型4台

4.2.3 制浆设备 4套

4.2.4 旋喷管、高压管、喷射器4套

4.2.5 电力 20KW 4套

4.3 旋喷帷幕施工参数选择如下：

旋喷压力：23~25Mpa旋喷直径：600mm

旋转速度：18r/min 流量：60～80L/min

提升速度：20~25cm/min

水泥用量：250Kg/m

4.4 试桩

目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的正常施工。据此在离离防护钢板桩5m的距离先进性梅花形间距50cm布置4根旋喷浇板桩试桩的施工，试桩时，先进行钻孔施工，对每节钻杆进行标志，待钻到搅拌桩孔底位置时停钻，然后按设计配合比试拌水泥浆，并由实验室测试稠度，符合要求后，打开喷射压力机进行旋喷施工。施工时开始按每分钟提升18-24cm速度提升钻杆，此时压力表读数在20-25MPa之间，提升至2m（此时高程比承台底低10cm左右），然后在静压30s，在现场管理人员复核标高无误的情况下再进行2次搅拌旋喷，工法如上，最后提钻进行下一桩施工。成桩7天后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆面以下0.5米），目测检查搅拌的均匀性及桩之间混凝土咬合程度，量测成桩直径。必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。

4.5 分块测量放样、分片桩位定位

搅拌桩施工场地平整完毕后，测量放样出主墩承台四个角点（或承台“十”字线），并插线标记。放线前对各控制点进行复核后，按设计图纸放线，准确定出各搅拌桩的位置；搅拌桩桩位应采用竹片或板条进行现场定位，点白灰定位，移动钻机要准确对孔（对孔误差不得大于50mm），对孔正确后开钻钻进。

4.6 钻机就位、对位

分块测量放样、分片桩位定位放样完毕以后，移动钻机从大小里程侧靠近钢板桩最边一排开始就位，就位以后开始用方木或枕木抄垫钻机底座，保证钻机平台的稳定，然后移动钻机进行对孔，对孔时保证从钻架顶部引下的铅陀离钻杆位置都是一个数值，如钻杆倾斜度在允许的偏差范围内，即可进行悬喷桩施工；如钻杆的倾斜度过大，则需要调整钻机底座位置至符合要求方能开钻，此时才能保证钻孔不发生倾斜。

4.7 钻孔

待搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导架搅拌切土下沉，下沉的速度可由电机的电流监测表控制，工作电流不应大于40A。

4.8 浆液配制

注浆材料采用425#普通硅酸盐水泥与水搅拌作为基本浆液，水泥浆液的水灰比为1.0，水泥浆液符合设计要求后通过高压泥浆泵的压力进行注浆。旋喷用的水泥浆液在进入高压泥浆泵施喷前，进行严格过滤.防止水泥结块和杂物堵塞喷嘴和管路。

4.9 高压旋喷

高压旋喷钻机钻孔至注浆层后，喷射注浆参数达到规定值后，即可喷射注浆。水泥浆通过高压泥浆泵形成高压水泥浆，以>23MPa的压力，通过喷射管由喷嘴向土中喷射，钻杆一边旋转，一边向上提升，喷射的水泥浆一边切削四周土体，一边与土体搅拌混合，反复两次，形成圆柱状的水泥与土混合的加固体即旋喷桩。高压喷射注浆完毕，应迅速拔出喷射管，为防止浆液凝同收缩后产生的顶部空穴影响桩顶高程，在原孔位采用冒浆回灌。在钻进及旋喷阶段，应严格控制钻进深度及旋喷桩桩头标高，确保能够按设计图纸施工，保证滞水效果。

4.10 提钻、循环施工下一孔

悬喷施工完毕后，立即向上提钻，拆钻杆，钻头提出地面后，立即转移机具施工另一钻孔。

5 围堰内土体开挖及钢板桩围堰内支撑安装

高压选喷桩施工完毕，待强度达到设计要求时，立即进行钢板桩围堰内开挖，开挖采用分片推进，层层分解方式进行。开挖的泥土随时通过运输车运往指定的弃土场堆放，避免堆积在基坑外侧引起较大的土压力。开挖到内支撑安装高度处按设计要求安装内支撑。基坑开挖过程随时预备两台高压旋喷机械以防基底有渗水现象。

6 施工效果

基坑开挖完毕，未发现有基底有任何渗水现象，总工期只需要一个月既完成，东平水道大堤汛期安全得到保证，受到当地政府部门和业主的一致好评。

7 结语

综上所述，高压悬喷水泥搅拌桩的工序比较简单直观，悬喷水泥搅拌桩质量容易控制，用最低的材料投入取得理想的效果，从而达到加快施工进度，消除施工隐患，确保临近河堤安全。对于地质条件不好，又临近江河边上，受水压影响较大的承台施工，此方法值得借鉴。

[1]凌冶平,易经武.基础工程.人民交通出版社1996（9）.

[2]交通部第一公路工程总公司陆仁达.人民交通出版社.1999（10）.