珠海横琴梧桐树大厦袖阀管双液注浆加固深层砂层防止冲孔桩塌孔的技术应用

梁仟名

摘 要：珠海横琴新区梧桐树大厦砾砂层埋藏较深，厚度较大，含水量丰富，透水性强，塔楼灌注桩开挖后需补桩，在补桩冲孔施工中由于开挖形成较大水头差，出现连续涌水、流砂、塌孔等现象。对成孔失败的原因进行了详细分析，经论证，选用袖阀管双液分层注浆法对桩位及周边深层砾砂层进行加固止水，对袖阀管双液注浆施工方案进行了详细介绍。经加固的砾砂层能满足冲孔施工要求，流砂、塌孔等现象得到控制，补桩施工得以顺利实施。

关键词：灌注桩；冲孔；补桩；塌孔；原因分析；袖阀管双液注浆；加固；深层砂层

1 工程概况

珠海横琴梧桐树大厦塔楼为树形建筑，总高188.8m，四层地下室，±0.000为绝对标高5.4m，桩顶标高为-16.2～-21.6m。该项目位于横琴口岸服务区，是服务区四项目之一，该区考虑地下车库联通，采取共用支护体系的形式开挖地下室土方，该项目施工进度较快，在开挖至-10.5m时，由于塔楼树形悬挑钢结构形式改变，上部荷载增加较大，需在原施工灌注桩外围进行补桩。

补桩初期，同时进行的3个桩位分别位于塔楼的北、西、南侧，由于深层砂层较厚，冲孔桩成孔过程中均出现流砂、涌水和塌孔的情况，现场紧急采取回填膨润土、加大泥浆比重等措施均无法防止塌孔，经锤尺丈量，塌孔位置在-35～-45m之间，孔口不断流出清水，无法成孔。

2 原因分析

该项目补桩与原施工灌注桩采用同一成孔工艺，口岸服务区另一项目也采用冲孔的形式成孔，并未出现连续塌孔的情况，即便个别桩有流砂、涌水发生，通过加大泥浆比重可避免塌孔。可见该项目补桩冲孔出现异常，并非该成孔工艺不适用与口岸服务区地质。

地质详勘报告反映：该项目位于海边，地下水埋深1.21～2.83m，平均1.93m，水量丰富。地下砾砂层埋深-26.34～-53.64m，渗透系数K′=11.1×10-2～18.8×10-2cm/s，平均15.0×10-2cm/s，为强透水层，为场地主要含水层。

经现场勘测发现，口岸服务区四项目共用一个大基坑，为桩锚支护体系，该项目已开挖至-10.5m，其余三个项目还处于-0.5m标高处施工灌注桩，二者高差达10m。同时发现该大基坑尚有局部止水帷幕未完成施工。

结合现场实际情况和场地地质条件进行分析，该项目冲孔过程中，由于场地存在将近10m水头差，而场地下方存在厚度较大、透水性强的砾砂层，在强大水头差的作用下，地下水在砾砂层中极易形成渗流通道，冲孔桩施工穿透砂层时，地下水极易突破泥浆护壁，通过桩孔向地表泄压，这意味着桩孔为地下水提供了泄压孔，塌孔是不可避免的。

初期实施的3个孔位均在砂层范围内出现流砂、涌水现象，最终因水压过大，无法通过加大泥浆比重和回填膨润土阻止塌孔。塌孔之后紧急回填土试图填实孔内空间，事后仍不断涌出清水。这些现象与上述原因分析极为吻合。

3 加固措施

根据上述原因分析，加固原理主要是阻止承压地下水流经桩边砂层，避免流动水带走砂粒，引起塌孔。为了达到固化砂层和防止产生涌水问题，彻底解决流砂塌孔问题，经多方论证后，项目部决定对砂层采取袖阀管双液注浆加固砂层方法进行处理。

砂层加固的目的是实现冲孔桩成孔至浇筑水下混凝土过程中保持孔体完整，避免塌孔导致成桩失败。

该项目采用1m直径冲孔灌注桩，在桩位及周边共设置5根袖阀管进行注浆加固，加固范围为1m直径的立方体，按袖阀管孔平面布置图分别进行1～5#管注浆施工。每个桩位按地质详勘报告估算砂层厚度，加固长度为砾砂层上下各2m的范围。

袖阀管注浆液的主要材料为水泥浆和水玻璃，浆液凝结速度快，初凝时间短，能起到瞬间加固砂层和防止地下水流动带走浆液，损失凝结材料的问题。浆液通过高压注浆方式能以劈裂挤压形式及时填充砂层中的空隙，进入砂层中的软弱部位，形成有一定强度的人工加固体，增强砂层的密实度和压缩模量，减少加固体的渗透系数。

4 施工方案

4.1 加固范围

该项目补桩共37根，每根桩注浆孔布置5个，加固范围共计185个。

4.2 加固注浆参數

袖阀管套壳料采用膨润土现场配置，采用42.5普通硅酸盐水泥和水玻璃混合液，水玻璃模数为3.0～3.3，水灰比为1：1，水玻璃掺量为3%，注浆压力控制在1～2MPa。

4.3 工 期

投入3台钻机施工，每台钻机每天钻孔3个，185个孔施工时间为21d。

4.4 劳动力配置

投入钻孔人员9人，注浆人员3人，杂工3人，安全员1人。

4.5 主要机械配置

采用XY-100型钻机3台、？准110mm钻头，采用泥浆护壁钻进，全孔取芯，钻进长度至砂层以下2m，同时做好记录。注浆泵BW-250型2台，浆液搅拌机2台。

4.6 袖阀管施工工艺流程

测放孔位→钻机就位→钻孔→制备套壳浆→注入套壳料→下袖阀管→制备注浆液→浆液注浆→第一次注水→第二次注浆→第三次注浆→第N次注浆→封孔口。

4.7 施工方法及技术要求

（1）定位：全站仪测放桩位的坐标点，采用拉线和卷尺量测的方法定出另外4点坐标，用木桩标注。

（2）钻机就位及钻孔：钻机进场就位，应使钻机底部平整稳固，在开钻前利用吊锤对钻头和钻孔的垂直度进行检测，并在钻进2m时及以后每加一节钻杆均需对钻机调平校正，要求钻孔的倾斜度≤1%。施工采用两序法，地质钻一次造孔泥浆护壁，灌浆自下而上施灌。钻机采用泥浆护壁造孔，孔深按设计要求进行。

（3）备、置换套壳料：套壳料采用膨润土现场配制。成孔后立即通过钻杆将套壳料置换孔内泥浆，方法是将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上，在注浆压力的作用下，通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料。套壳料在压力的作用下，通过钻杆进入钻孔底部，随着套壳料的进入，泥浆从地面孔口置换出来，置换出来的泥浆通过钻孔口的泥浆沟排到泥浆循环池。在发现排出的泥浆中含有套壳料时，停止置换。

（4）装袖阀管：在套壳料置换完成后要立即插入袖阀管。袖阀管插入前根据深度要进行連接，在插入时相邻两节袖阀管用长度为20cm的套管连接，采用胶合剂将袖阀管和连接套管粘牢。第一节袖阀管安装好堵头，再对管中注入清水，目的是减小袖阀管的弯曲度。袖阀管每节连接好后，依次下放到钻孔中，直到孔底，下放时尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。根据注浆要求，在注浆管部位下B型注浆管，非注浆部位下A型管。将注浆管下入注浆管孔中，要确保注浆管下到孔底，上部要高出地面20cm，利用注满水的注浆管的重力作用，使注浆管不会浮起，最后在注浆管上部盖上盖，以防止杂物进入注浆管，影响注浆作业质量。

（5）制浆：等到套壳料具有一定的强度后（时间不得少于24h），可进行注浆施工。制浆材料采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为1：1，水玻璃掺量为3%。

（6）注浆：注浆应先按1～5的序号分别进行，4～5#适当提高注浆压力，以达到设计要求的加固目的。注浆过程中主要通过听声音、看压力、看注浆量（由前面灌浆现场工艺试验取得参考数据）来判断注浆的实施效果。注浆中应密切注意注浆压力的变化。每段注浆时，压力表应出现两次峰值，在注浆刚开始，出现第一次峰值，持续的时间很短；随后压力逐渐下降在一定范围内相对平稳，持续时间在一分钟左右，压力表出现第二次峰值，当出现第二次峰值后，将注浆内管上提进行下一段注浆。压力表出现第一次峰值是由于套壳料引起的，当套壳料被挤碎，这个峰值很快下降；随着浆液的注入，砂层中间的空隙被填充，注浆压力也逐渐增大，达到第二次峰值。

（7）结束标准：保持注浆压力（1.0～2.0MPa）下，注入量<1～2L/min，并稳压20min，即可结束注浆。在注浆过程中，应观察相邻注浆孔的返水、排水、冒浆情况，若周围有浆液冒出，说明注浆效果好。做注浆记录，包括注浆压力、注浆量、水泥用量等。

（8）封孔：在压密注浆结束后，采用闷盖将孔口封闭并保护好，以便重复使用。

5 结 语

经过注浆加固的砂层能满足冲孔施工要求，补桩施工不再出现砂层坍塌现象，透水现象基本得到控制，不再出现涌水。采用袖阀管双液注浆定位准确、瞬时能起到强化和加固作用，比单液注浆更能控制砂层稳定。经过深层砂层加固处理后，冲孔桩施工不再出现涌水、塌孔现象，补桩得以顺利实施。