高压旋喷桩加灌注桩做止水帷幕在深基坑施工中的应用

胡道平 罗太奎 毛国鹏

（北京天润建设工程有限公司，北京 100062）

高压旋喷桩加灌注桩止水帷幕，就是深基坑灌注桩外侧利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定的深度后，以20-40Mpa的压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度和脉动状的射流，其动压大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来。一部分细颗粒随浆液或水冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体。

由多个高压喷射注浆固结体与灌注桩形成帷幕，可以用来作为将地下水体隔离在一侧的一种止水施工方法。这种施工方法可以将水隔离在基坑以外，从而保证了原有建筑物基础下土体的稳定性，亦保证了基础的稳定。

1 工艺原理及机具性能和技术参数

1.1 工艺原理

高压旋喷桩是利用工程钻机钻孔至要求深度后（或引孔旋喷一体机），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，高压射流冲击切割土体，使一定范围内的土体结构破坏，浆液与土体搅拌混合固化，随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱形桩体，凝固后便在土体中形成圆柱形状、有一定强度、相邻灌注桩体相互咬合成一体的固结体，该工艺起到止水与土体加固的作用。

1.2 主要机具性能及技术参数

1.2.1 主要极具及性能

施工机具主要由钻机和高压发生设备两大部分组成，主要的机具包括XY-4 10kW旋喷钻杆、3D2-S2-85/45 75kW高压柱塞泵、6m337kW空压机、立式4kW浆液搅拌机、SGB6-10 22k灌浆泵和立式7.5kW排污泵。

1.2.2 技术参数（见表1）

2 应用实例

承德市富顺诚小区工程，地上24层，地下2层，高度68.6m，建筑面积为310000m2，钢筋混凝土框剪结构，采用钻孔灌注桩和高压旋喷桩作为基坑的止水帷幕。

2.1 工程地质条件

根据承德水文地质工程地质勘察院提供的岩土工程勘察报告，场区土层主要划分为以下几层，自上而下分为：第①层：杂填土，杂色，稍湿，稍密。主要由碎砖块、碎石块、建筑垃圾等组成。厚度0.50-4.50m。第②层：粉砂，黄褐色，稍湿，稍密，颗粒较均匀，主要由长石、石英等组成。局部含少量砾石，该层厚度0.50-3.20m，主要分布在圆砾层上部。第③层：圆砾，黄褐色，湿-饱水，中密，其粒径大于2mm的颗粒占60%左右，一般粒径2-8mm，最大可达130mm以上，多呈亚圆状，分选性较差。厚度在10m左右。局部夹厚度1.0m左右的细砂透镜体，黄褐色，湿，稍密，由长石、石英等组成。该层主要分布在圆砾层上部。该层厚度3.00-12.10m。第④层：砾岩，红褐色，砾粒结构，块状构造，多为硅质、泥质胶结。该层埋深约13.0m，其中上部为强风化层，因风化强烈，多呈土状及碎块状，厚度在0.40-2.00m。中风化层岩石较完整，岩芯多呈长柱状。

表1

2.2 水文条件

拟建场区位于武烈河Ⅰ级阶地。含水层主要为第③层圆砾，透水性好，富水性强。地下水类型属于松散堆积孔隙潜水，稳定水位埋深在2.30-6.40m，相应标高在319.72-324.16m。受橡胶坝的影响，水位年变幅2.00-4.00m。该场区含水层平均渗透系数K＝50-100m/d，单井涌水量178m3/h。

根据地质和水文条件得知，拟建场地水文地质条件较为复杂，场地地下水属松散堆积孔隙潜水，主要补给源为大气降水，地下水受季节性和胶坝的影响较大。场内地下水位在2.3-6.4m之间，水位很高，其含水层主要为第3层圆砾层，第2、4层为弱透水层，其渗透系数为50-100m/d。因圆砾层中渗透系数较大，疏干难度较大，故采用灌注桩加高压旋喷桩做止水帷幕的施工方法。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺

(1)灌注桩：桩径0.8m和1.0m，单桩承载力设计值1600KN，桩端嵌入中风化岩层深度4.5m，混凝土强度等级为C25，设计桩长14m，桩总数649根，其中0.8米桩609根，1.0米桩40根。(2)旋喷桩：采用双重管旋喷工艺，旋喷桩有效直径不小于800mm，桩端嵌入中风化岩层深度不小于3.0m。

3.2 施工顺序

结合本工程实际情况，先进行灌注桩施工，在灌注桩强度达到50%后进行旋喷桩施工，旋喷桩将地下水上部截流且桩体强度达到50%后进行基坑抽排水工作。

施工工艺流程详见图1

图1

3.3 施工要点

3.3.1 桩孔测量定位。(1)依据规划红线图，总平面图及桩位布置图等资料，测量放出控制点轴线，请业主及监理复测验收。(2)在不受施工影响的地方设置若干个永久性控制点及方向线，根据总平面布置图及桩位布置图建立测量控制网。(3)用经纬仪及水准仪测量定位，并经二次检测确认无误后方可确定旋喷孔位，并在孔位之上做上明显和稳定的标记。

3.3.2 钻孔施工

钻进成孔：先采用工程钻机引孔。钻孔直径和深度：钻孔时，其引孔口径为Φ110mm～Φ130mm，终孔直径不小于Φ91mm。终孔深度为设计要求深度以下500mm。引孔钻进时，原则上采用清水钻进，若出现垮孔，采用优质膨润土作为制浆用主要材料，新制泥浆配合比拟为：水750L，粘土 650kg，碳酸钠 6～8kg，如采用双重管引孔旋喷一体机，则引孔由旋喷台车自身完成。施工时，分别建立泥浆系统与高喷水泥浆系统，防止串浆、混浆。

3.3.3 水泥浆液制备

(1)浆液和水泥材料：高喷灌浆采用32.5普通硅酸盐水泥或复合水泥，浆液水灰比为1∶1～1.5∶1，水泥掺量为18%，采用高速搅拌机搅拌，纯拌合时间不少于1 min，且应连续制浆。(2)浆液搅拌及浆液质量控制：选用ZJ-400型高速搅拌机，进行浆液搅拌，由送浆工对浆液浓度、密度、温度和时间等进行检测和记录，据此控制浆液质量。

3.3.4 高压旋喷灌浆施工

(1)地面试喷：钻孔验收、高喷台车就位并对准孔口后，为了直观检查高压系统的完好性以及是否能够满足使用要求，首先应进行地面试喷。(2)开喷：喷管先至指定深度后，拌制水泥浆液，即可供浆、供风、供水开喷。待各压力参数和流量参数均达到要求，且孔口已返出浆液时，即可按既定的提升速度进行喷射灌浆。(3)高压旋喷灌浆保持全孔连续一次作业，作业中因拆卸喷射管而停顿后，重复高喷灌浆长度不小于0.3m。(4)在高压旋喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度和回浆量异常，甚至不返浆等情况时，查明原因后及时处理。(5)当孔内出现严重漏浆，拟采取以下措施进行处理：A.降低喷射管提升速度或停止提升；B.降低喷水压力、流量进行原地灌浆；C.喷射水流中掺加速凝剂；D.加大浆液密度或灌浆水泥砂浆、水泥粘土浆；E.向孔内冲填砂、土等堵漏材料。(6)在高喷灌浆过程中，水泥用量根据现场土层情况确定，保证180～250kg/m（180度摆喷）。(7)供浆正常情况下，孔口回浆密度变小、不能满足设计要求时，拟采取加大进浆密度或进浆量的措施予以处理。(8)装、卸喷射管时，采取措施密封、加快装卸动作以防止喷嘴堵塞。(9)高喷灌浆结束后，充分利用孔口回浆或水泥浆液对已完成孔进行及时回灌，直至浆液面不下降为止。(10)施工中如实记录高压旋喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常情况及处理等。

4 施工中的注意事项

在旋喷桩施工区最外围的一排桩采用1,5,9…，间隔跳打的方法进行施工，内部采用不跳桩按次序施工。钻机或旋喷机就位时机座要平稳，立轴或转盘要与孔位对正，倾角与设计误差一般不得大于0.5°。喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足设计要求，管路系统的密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物。喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，所以应及时用水灰比为0.6的水泥浆进行补灌，并要预防其它钻孔排出的泥上或杂物进入。为了加大固结体尺寸，或对深层硬上，为了避免固结体尺寸减小，可以采用提高喷射压力、泵量或降低回转与提升速度等措施，也可以采用复喷工艺：第一次喷射(初喷)时，不注水泥浆液，初喷完毕后，将注浆管边送水边下降至初喷开始的孔深，再抽送水泥浆，自下而上进行第一次喷射(复喷)。在喷射注浆过程中，应观察冒浆的情况，以及时了解土层情况，喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。采用单管或一重管喷射注浆时，冒浆量小于注浆量20%为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。若系地层中有较大空隙引起的不冒浆，可在浆液中掺加适量速凝剂或增大注浆量，如冒浆过大，可减少注浆量或加快提升和回转速度，也可缩小喷嘴直径，提高喷射压力。对冒浆应妥善处理，及时清除沉淀的泥渣。在砂层中用单管或二重管注浆旋喷时，可以利用冒浆进行补灌已施工过的桩孔。但在粘土层、淤泥层旋喷时，因冒浆中掺入粘上或清水，故不宜利用冒浆回灌在软弱地层旋喷时，固结体强度低。可以在旋喷后用砂浆泵注入M15砂浆来提高固结体的强度。在湿陷性地层进行高压喷射注浆成孔时，如用清水或普通泥浆作冲洗液，会加剧沉降，此时宜用空气洗孔。在砂层尤其是干砂层中旋喷时，喷头的外径不宜大于注浆管，否则易夹钻。在开钻前根据管线图摸清管线位置及走向，遇有不明管线应及时向上级汇报。

5 高压旋喷桩加灌注桩做止水帷幕在施工中的优点

结合本工程实际，在灌注桩和高压旋喷桩的施工过程中，对土体的扰动小，有效的将基坑外围水截止，保证了土方开挖施工的进度。在高压旋喷桩和灌注桩的成桩过程中以及基坑的开挖施工过程中，对整个基坑进行了全面、系统的沉降观测。据沉降观测资料汇总显示，基坑位移一般为1-4mm，累计最大位移18.8mm；沉降一般为0-±2mm，累计最大沉降为-27mm；表明基坑周围各建筑物没有受到基坑施工的影响。由此可见，高压旋喷桩加灌注桩做止水帷幕保证了工程进度和工程质量。

6 效益分析

6.1 经济效益

可最大限度地展开施工作业面，提高工程质量，加快工程进度。节省人工，保证了安全生产、文明施工，并根据工程需要，可同时开展多个钻机进行施工提高了基坑止水和降水质量及保证了基坑开挖的进度。高压旋喷桩加灌注桩成桩施工操作简单，采用了钻机成孔和泥浆护壁可以有效的保证施工过程中的安全。

6.2 社会效益

采用该项高压旋喷桩加灌注桩做止水帷幕技术，进行深基坑工程施工，可以大大提高止水效果。成孔和注浆过程采用钻机和高压发生设备，自动化程度高、操作人员少劳动强度低：确保施工安全、实现文明施工。采用该项技术对土体扰动小，确保了周围建筑物不会产生过大沉降，创造了良好的社会效益。

[1]赵明华.土力学与基础工程.武汉：武汉理工大学出版社，2003.

[2]阎明礼.地基处理技术.北京：中国环境科学出版社，1996.