高压旋喷桩在地下连续墙槽壁加固中的应用

俞菱庆　范振华　俞久康

【摘 要】 主要论述高压旋喷桩加固技术在苏州火车站改造工程地下连续墙槽壁加固中的设计、施工，分析阐述了该技术在地下连续墙槽壁加固工程中的工作机理。工程实践表明，高压旋喷桩是解决地下连续墙槽壁加固的很好方法，该技术具有施工速度快、加固效果好，对场地适应性强等特点，不仅保证了施工安全，而且降低了加固成本，取得了较好的整体效果，具有相当广泛的应用前景。

【关键词】 地下连续墙 槽壁加固 旋喷 引孔 回灌

1、前言

由于地下连续墙施工工艺对环境影响较小， 水平抗侧刚度大， 水平变形小， 止水效果好， 可有效地保护周围环境，近年来，随着城市建设发展的需要， 在地铁、房建等大型深基坑工程中越来越广泛地采用地下连续墙作为围护结构。从地下连续墙成槽过程来看，由于地质因素、地层土压力、孔隙水压力、地下水位及土体的蠕变等因素的影响，在成槽过程中或墙体浇筑之前，槽壁处于不稳定状态之中，随时会出现滑裂或坍塌的危险，尤其地下连续墙的异形墙幅阴阳角处及空口较大的位置塌槽现象尤为严重，造成成槽机抓斗埋入槽内，无法取出，造成上百万的经济损失，若事故是发生在钢筋笼安放之后，那么钢筋笼被埋，所造成的质量及经济损失是无法估量的。因此，在施工中，应事先且必须根据场区土层的物理力学性质、地下水位、泥浆质量和单元槽段长度等因素，对槽壁进行稳定性分析，并采取相应加固措施，保证槽壁的稳定。地下连续墙槽壁加固的方法很多，在苏州火车站改造工程施工中，由于工期紧，体量大，桩基施工和地下连续墙同时施工，场地拥挤，交叉影响，地质情况复杂，地下连续墙槽壁加固采用高压旋喷桩加固技术。该技术有轻便、场地占用小、效率高、加固效果好的特点，作为一支加固轻骑兵穿插在地下连续墙施工中，效果极佳，为地下连续墙槽壁在复杂地质条件下加固提供很好借鉴经验。

2、工程概況及地质情况

2.1工程概况

苏州火车站改造工程由普速站房、城际站房和跨线高架候车厅三部分组成，南侧普速站房长469m，宽30m，北侧城际站房长241m，宽60m，南北站房通过内部空间高达14m的高架候车厅连为整体。总建筑面积85717m2，其中地上建筑为54445 m2，地下空间部分为31272 m2，建筑总高度31.25 m，地下三层，地上二层，地下二、三层为地铁车站，地铁2#、4#线十字贯穿火车站。地铁车站主体围护结构及出入口、风井围护结构设计为地下连续墙，墙体厚度0.8m，深度33～57m。其中2#线基坑深度17m，连续墙入土（过基坑底）深度40m；4#线基坑深度23.4m，连续墙入土深度28m；2#、4#线连续墙墙顶距自然地面高度为11.5m，4#线与2#线相交的部分及4#线与其东西两侧风亭相交的部分，墙顶距自然地面高度为17.5m，墙顶空口高度属国内目前最深的工程之一。图2.1.1为地下结构分区示意图。

2.2 地质概况

苏州站场地位于太湖冲湖及泻湖沉积平原区，地势平坦，第四系覆盖层厚度较大。据勘察结果，60m以内土层为第四系全新世至早更新世沉积的疏松沉积物，以粘性土为主，间夹砂性土。按各土层的物理力学性质、沉积环境、成因类型，分述两个不利土层：

①-1、①-2层土质为淤泥层与填土层，处于自然地面下1m～3.8m左右。从现场施工情况发现，此两层土层局部夹杂有既有房屋基础、原河道堤坝、河道淤泥等不利土质；在抗拔桩施工时，部分区域自然地面下4.5m深处还存在既有建（构）物基础，采用了大开挖的方式挖除了地下障碍物，重新回填好的粘土得以顺利施工。

④-3层土质为稍～中密粉砂夹粉质粘土层，层厚1.3m～6.5m，层底标高-15.85m～-9.38m，透水性较强，土层水平向差异性较大，层理发育，凝聚力很小，另外地下水含量比较大，水位比较高（地下1m左右）。

3、槽壁加固稳定性分析和加固方案设计

3.1 稳定性分析

3.1.1 两个不利土层正好处于墙顶空口位置，而且成槽地段有既有房屋基础、原河道堤坝、河道淤泥等不利土质含砂量较大，透水性较强，形成了恶劣土层。在开挖槽孔时，抓斗上下带动槽内泥浆，对槽壁反复冲击，产生挤压力及吸附力，在槽壁泥浆护壁上吸附出孔隙，槽壁外围地下水被吸入槽内，同时带动砂层内的粉砂进入槽内，形成局部凹陷的滑动面，造成上面土体整体坍塌。尤其异形墙幅阴阳角处及空口较大的位置，塌槽更为严重。

3.1.2 地下连续墙钢筋笼最长达48.3m，最大重量60t，因此在吊装时增加也了很大的困难，同时也要花费很长时间进行吊装及安装钢筋笼；成槽深度最深达60m左右，增加了施工难度，每幅槽段施工时间也相应的加长，使开挖好的槽壁空放的时间加大（挖槽在50m以上的槽段槽壁开挖时间约36小时左右，单幅施工完成时间55小时左右），对槽壁的稳定性形成了很大的风险源。另外上部土层出现小范围的坍塌，二次清孔，施工时间更长，极大降低了弱质土层段的槽壁稳定性。

3.2 加固方案设计

根据土层的物理力学性质、地下水位及护壁泥浆等进行地下连续墙槽壁稳定性分析，导出槽壁稳定性数学模型公式，并提出相应的加固措施，防止槽壁的坍塌。高压旋喷桩加固技术是通过在地层中的钻孔内下入喷射管，用高压射流直接冲击、切割、破坏、剥蚀原地基材料，受到破坏好扰动后的土石料与同时灌注的水泥浆发生充分的掺拌混合、充填挤压、移动包裹，至凝结硬化，从而构成坚固的凝结体。该加固技术具有适用范围广，施工便捷，场地占用小，加固效果好的特点。由于该工程工期紧，基础工程体量大，桩基施工和地下连续墙同时施工，地铁2#、4#线十字贯穿火车站，施工场地拥挤，交叉影响，地质情况复杂，而且导墙大部分施工完毕，经过反复论证，地下连续墙成槽超过50m的墙体、异形墙幅阴阳角处及空口较大的位置均在槽壁两侧加固采用高压旋喷桩加固技术，保证上部两层不利土层不会坍塌。在地铁2#、4#线十字交叉处的连续墙槽壁两侧各设置1排Ф850@1000的高压旋喷桩进行加固处理，桩长23m；在4#线两端头井位置墙体及剩余部分连续墙体槽壁两侧各设置1排Ф850@1000的高压旋喷桩进行加固处理，桩长20m；在2#线异形槽幅段阴阳角位置设置Ф850高压旋喷桩进行加固处理，桩长20m。

4、槽壁加固的施工

4.1施工工艺（见图4.1.1）

4.2放样定位

放样时由现场测量人员根据连续墙槽壁加固桩位布置图，以地下连续墙为参照进行测量放样（导墙边至桩中心425mm），确定旋喷桩桩位，桩位放样误差小于5cm。

4.3钻机引孔

由于导墙、道路已施工完毕，旋喷桩施工时不能对其造成破坏，旋喷桩位放好并经复核合格后，用XM50型工程钻机引孔，钻头直径65mm，引孔至导墙底部，引孔时用水平尺检查钻机机架垂直度，桩机垫平垫稳。

4.4旋喷机就位

引孔成型后，用XPL200型双重管旋喷机注浆，就位时检查钻机机架垂直度，桩机垫平垫稳，钻进中不得发生倾斜和移动，垂直度偏差小于1/100（用水平尺检查钻机机架水平度来控制）。

4.5、旋喷注浆作业

由于本工程高压旋喷桩采取的二重管施工法，见图4.5.1，旋喷钻机就位好后，钻孔并同时插喷管，下喷管前先检查和调试水嘴，气嘴及喷浆口是否完好畅通。下喷管必须垂直对准孔心，保证喷管提升和旋转，当喷管下至设计桩底深度以下10cm左右开始拌送水泥浆，然后开启高压水及压缩空气，待送浆30秒后且孔口冒浆正常时方可旋喷提升。成桩结束后及时做好桩顶回灌和废浆处理。在钻进过程中，经检查发现孔斜过大，应及时调整桩机水平度及钻杆垂直度，终孔后校量钻具，孔深精度控制在±10cm以内。提升喷浆时，喷浆的压力控制在20～22MPa，提升速度：15cm/min；旋喷速度： 12r/min；水泥浆流量：65L/min；水泥用量：水泥掺入比20%，每米桩长水泥用量180㎏；气压力控制在0.7～0.8 Mpa。在不同地质层、不同幅段时，可适当调整施工参数，使其施工符合设计加固要求。在④-3粉砂夹粉质粘土层高压旋喷时，喷浆提升速度应控制在12cm/min，喷浆量控制在70L/min，其它施工参数同上述。

4.6回灌

因旋喷桩成桩后桩顶可能有一个收缩过程，喷射灌浆完毕后，应继续向孔内灌注浆液，直到液面不再下沉为止，保证桩体上部成桩质量。

5、工艺控制要点

5.1在正式施工前先进行试桩，现场实验性施工，确定最优的注浆量、气用量、配比，浆、气的工作压力和其他施工参数。

5.2钻机开钻前需复核孔位、孔距，检查钻机的水平、立轴的垂直度，钻进时应避免钻机的剧烈震动、跳动甚至水平移动以保证垂直度。浆液的拌制配比要严格控制，重量误差小于5%，浆液必须搅拌均匀，并在输送过程后进行再搅拌，以保证浆液的均匀性。

5.3对喷浆浆液配比严格控制，定时对浆液进行检查检测工作，严格按照操作程序施工，减少操作失误。

5.4严格控制双重管高压旋喷施工使用水泥的质量，加强水泥的防潮工作，浆液进入贮浆桶必须经过滤网。

5.5每次双重管高压旋喷施工作业前，检查喷浆嘴、检查高压旋喷钻杆旋转速度、提升速度及高压浆泵喷浆压力、气泵的压力、流量，保证双重管高压喷射设备的施工参数符合设计要求。

5.6采用分段控制、复核施工水泥用量的方式保证双重管高压旋喷施工工程中的水泥掺入量达到设计要求。

6、经济效益分析

高压旋喷桩加固技术适用于软弱土层，适用范围广，砂类土、粘性土、黄土和淤泥地层均能进行喷射加固，广泛应用于各种建筑物的地基加固工程中。该技术中设备体积小，可多台钻机同时展开施工，转移灵活，施工速度较快，工序间连续性较好，加固质量较好，和同类加固技术相比，成本明显降低，有效地确保了施工质量和工程进度。工程实践表明，高压旋喷桩是解决地下连续墙槽壁加固的很好方法，该技术具有施工速度快、加固效果好，对场地适应性强等特点，不仅保证了施工安全，而且降低了加固成本，杜绝了由于塌槽掩埋成槽机抓斗或钢筋笼的事件发生，避免了重大经济损失，取得了较好的整体效果，具有相当广泛的应用前景。

7、结束语

在苏州火车站改造工程地下连续墙施工中，经过高压旋喷桩加固的槽壁没有发现塌槽现象，共施工高压旋喷桩697根，从地下连续墙周边开挖土体观察，水泥混合凝结体质密，加固均匀，效果极佳。在场地拥挤，交叉影响，地质情况复杂的情况下，采用高压旋喷桩加固技术解决了地下连续墙槽壁坍塌的问题，为地下连续墙槽壁在复杂地质条件下加固提供很好借鉴经验。同时也发现高压旋喷桩加固能引起导墙局部变形和地面局部隆起，关键在最后出地面的2-3m处，控制好送浆压力，不宜太大。

参考文献

[1] 丛霭森编著，《地下连续墙的设计施工与应用》中国水利水电出版社，2001

[2] GB50299一1999地下铁道工程施工及验收规范[S].北京：中国计划出版社，2003

[3] 丁宪良，刘粤编著，《地基与基础工程施工》，中国地质大学出版社，2005

[4] 于志成，施文华编著，《深基坑支护设计与施工》，中国建筑工业出版社，1997