探析人工挖孔桩双液高压注浆加固施工技术

李　政， 丁　勇， 梁永胜， 崔　桔

(1.里伍铜业股份有限公司， 四川甘孜 626201； 2.四川川建建筑安装工程有限公司，四川成都 610000)



探析人工挖孔桩双液高压注浆加固施工技术

李政1， 丁勇1， 梁永胜1， 崔桔2

(1.里伍铜业股份有限公司， 四川甘孜 626201； 2.四川川建建筑安装工程有限公司，四川成都 610000)

【摘要】某场地平整及边坡支护工程施工过程中，人工挖孔桩周围土体出现流砂、孔内渗水，造成护壁成形困难、护壁坍塌现象严重。通过对多种地基加固方案的比选、实践后，采用了双液高压注浆加固施工方案，并采取了有效的质量、安全技术措施，从而确保了人工挖孔桩施工的顺利进行。为今后同类工程的设计和施工提供了技术参考。

【关键词】人工挖孔桩;护壁坍塌;双液高压注浆;固化处理

1工程概述

位于四川省甘孜州境内的某场地平整及边坡支护工程，2#～16#桩板墙设计采用人工挖孔桩，设计桩端持力层为砂性碎石及砂性块石土，桩径截面尺寸分别为1 400 mm×2 100 mm、1 600 mm×2 400 mm、1 800 mm×2 700 mm，桩身长度为17 m、30 m两种规格。在桩基开挖施工过程中，部分桩基开挖孔深2～15 m时(以操作平台锁扣标高为参考)，孔内渗水严重，护壁后砂石淘空，挖孔桩施工遇到一定的困难。勘察资料表明：该处砂性块石土层中均呈现大量渗水。根据现场桩基施工情况踏勘，桩底与桩侧土体含水层已沟通，桩孔内水位较高，若继续施工，桩孔内外将形成较高水头差，在动水压力作用下，周围土层形成了流砂，造成挖桩成孔极其困难和危险。

经技术、经济多方案对比论证，拟采用双液高压注浆工艺，对人工挖孔桩桩侧、桩端流砂层进行注浆固化处理后，继续开挖施工，直至设计桩底高程，即桩端持力层处。

2水文、地质条件

根据本工程水文、地质勘查报告及设计施工图可知，拟建场地原始地貌按形态特征分别归属岩崩堆积地貌、高山斜坡地形。该场地人工挖孔桩基础占地范围内由碎石粉质黏土、砂性碎石、砂性块石土组成。勘察期间，场地钻孔均遇见地下渗水。

3技术经济比较、确定优化方案

确定该处桩基施工、加固方案时，按照“安全可靠、经济合理、技术可行”的设计原则，进行多种方案的分析对比，采用现场试验确定承载力，并结合以往的工程经验，参考工程勘查报告中提供的地质参数，以满足安全性、经济性和适用性的整体统一。

3.1钢护筒方案

地层渗水丰富含大块石砂性层，层厚2～30 m。若采用钢护筒造价高昂，且块石砂性大，并且块石杂乱分布，因此挖孔桩钢护筒难以顺利打入，桩孔底部未能穿透，挖桩易半途而废，施工风险较大。并且桩侧土层含水较丰富，抽水过程易造成护壁后土层进一步淘空，增大了整个场地的施工风险。

3.2钻孔灌注桩方案

钻孔灌注桩的优点很多，它对各种地质条件有广泛的适应性，其在高层建筑、桥梁桩基中得到广泛应用[1]。但本次桩基工程地处甘孜州境内，施工场地狭小、地形复杂、交通不便，桩机进场困难且本工程设计为方型桩，故无法使用钻孔灌注桩。

3.3人工挖孔桩护壁外侧双液高压注浆固化止水方案

经多方案比较，本工程采用双液高压注浆对人工挖孔桩桩侧进行固化处理。对已开挖渗水桩孔外侧注浆前，首先采用钢模板自孔底开始装模，模板应安装至已做好的护壁位置。模板安装完成后，再对挖孔桩外侧块石土体进行双液高压注浆加固施工，从锁口至桩底标高深度。桩孔以内土层中的地下水采用明排方式及时排出孔外，以保持施工的顺利进行和桩孔的稳定。此设计方案能有效增强桩周围砂石层的强度和整体稳定性，彻底截断地下水通道，使桩基开挖和施工处在无水的条件下进行，极大地保证了后续的施工安全。

从工程投入的经济性、技术可靠性、施工难易程度等方面综合比较，最终选择了双液高压化学注浆对人工挖孔桩桩侧护壁进行固化处理的设计方案。

4双液高压化学注浆的作用机理

双液高压化学注浆对饱和性质的碎石粉质黏土、砂性碎石、砂性块石土的补强加固效应可视为由渗透、劈裂扩散、填充和挤密四部分组成，浆液在压力作用下向钻孔周围土体中发生渗透、劈裂扩散[2]。浆液包裹泥土团，而土体间的空隙、裂隙被水泥颗粒填充，水泥中的硅酸二鈣发生水解和水化反应，产生氢氧化钙，氢氧化钙与水玻璃发生反应，生成细分散状的凝胶体—水化硅酸钙，凝固后形成强度较高、水稳定性较好的水泥结石体，从而使地基挤密，固结强度增高。通过高压注浆，使护壁外侧周围岩石土体形成强度较高、整体稳定的结构层和持力层。

5注浆设计方案及工艺要求

5.1人工挖孔桩护壁外侧双液高压注浆固化止水设计方案

首先，在人工挖孔桩护壁外侧钻注浆孔，沿桩孔周围均匀设置，孔距1.15～1.5 m，孔径φ127 mm。孔深与人工挖孔桩桩身长度相对应，注浆孔距离护壁外侧300～600 mm。然后，在注浆孔内下放φ20 mm注浆管，采用中高压注浆，严格控制注浆扩散半径，注浆分两序跳跃注浆。单次注浆固结深度2.0～3.0 m，注浆24 h后可进行桩底开挖施工。 注浆孔布置详见人工挖孔桩及基底注浆孔固化布置施工图(本文已略)。

5.2施工工艺要求

5.2.1注浆施工工艺流程

注浆施工工艺流程为：放线定孔—钻孔—下管—注浆—提管—封孔—移孔—补孔注浆(图1)。

图1　高压双液注浆工艺流程

5.2.2钻孔

因砂石层成孔难度大，钻孔深度在10～30 m左右，所以采用哈迈70潜孔钻机直径127 mm跟管成孔，钻孔注浆应严格按分序跳跃成孔施工。

5.2.3浆液的配置

以普通硅酸盐水泥(P.O.32.5)和水玻璃(40°Be)为主要制浆材料，水玻璃作为添加剂调节注浆液的初凝时间。根据本地结构特性，采用水泥浆液和水玻璃液体体积比1∶0.08～1∶0.15， 注浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。帷幕注浆浆液水灰比可采用5∶1.3∶1.2∶1.1∶1.08∶1.06∶1.05∶1.00等七个比级。初始注浆水灰比可采用5∶1.00。

5.2.4固化注浆浆液变换

当注浆压力保持不变注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。当某一比级浆液的注入量已达300 L以上或灌注时间已达1 h,而注浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。当注入率大于30 L/min 时，可根据具体情况越级变浓。

5.2.5注浆顺序

在人工挖孔桩周边布设注浆孔，先注靠北方山体侧，再注东西侧，最后注南侧。先用高压风机对注浆管进行排冲至

管孔畅通后，然后采用2TG2-60/210双液注浆专用泵，及时进入注浆作业，根据注浆量和泵压间断性均匀地将注浆管往上提升，边注浆边提，直至孔壁。

5.2.6注浆扩散半径

注浆扩散半径是一个非常重要的参数，不仅影响注浆的工程质量，而且影响工程的造价。通过计算和类似工程的经验，确定注浆渗透直径为500～800 mm，水泥浆体将地基土体劈裂，充填入裂隙和孔隙中形成水泥土混合实体。

5.2.7注浆压力、注浆速度

注浆压力跟砂石的上覆厚度、浆液黏度、注浆速度和注浆量等因素有关，注浆中压力是变化的，压浆采用每1.50 m一次。上部1.50 m采用中高压渗透注浆，压力控制在0.2 MPa；1.50 m以下采用高压注浆，压力控制在0.2～0.3 MPa。

6特殊情况处理

(1)注浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备施工条件可同时进行注浆，应一泵一孔，否则应将串浆的注浆孔堵塞，待注浆结束后，对串浆孔再进行扫孔、冲洗后，继续注浆。

(2)冒浆、漏浆时应根据具体情况采用封堵、低压、浓浆、限流、限量、间隙性注浆等方法进行处理。

(3)注浆工作因故中断，按下述原则处理：

①及早恢复注浆，否则立即进行冲洗钻孔，然后恢复注浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，然后恢复注浆。

②恢复注浆后，如注入率与中断前相比减少很多且较短时间停止吸浆，则应及时采取相应调整措施。

③对吸浆量大、注浆难以结束的地段，应采取低压、浓浆、限流、限量、间歇性注浆或掺加速凝剂、回填等方式处理。

④如遇塌陷、淘空部位注浆量过大，应在浆液中掺加砂砾、石粉、细砂等掺合料。

⑤注浆过程中，注浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的技术处理措施。

7结束语

经过多方案比选，确定对本工程人工挖孔桩桩侧护壁出现的穿孔垮塌隐患事件，采取双液高压注浆固化处理技术措施，并且建立、健全了合理的安全、质量保证体系和措施，有效地控制了孔内地下涌水渗透、护壁穿孔垮塌现象的发生，达到了预期的设计效果。这种地基加固施工方式和工艺值得在类似工程中推广应用。

参考文献

[1]JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范[S].

[2]JGJ 79-2002、J 220-2002建筑地基处理技术规范[S].

[作者简介]李政(1968～)，男，本科，工程师，从事基本建设管理、投资管理等工作。

【中图分类号】TU473.1+4

【文献标志码】B

[定稿日期]2015-10-29