浅析高压旋喷桩试桩在透水层构造中的监理要点

杨建伟，尹晓兵（河南建达工程咨询有限公司， 河南 郑州 450002）

1 工程概况

郑东新区某地下空间综合利用工程，建筑占地面积约15 万 m2，地下 3 层、地上 1 层，现浇钢筋混凝土框架结构。工程采用顺作法施工，基坑开挖深度约为 17.40 m，土方开挖量约 180 万 m³；基坑支护形式为地下连续墙（两墙合一，墙深 32.65 m、厚 800 mm、2976 延长米）+混凝土钻孔灌注桩（桩长 15.15 m）+高压旋喷桩（地连墙接缝处、桩长 21.85 m）。

1.1 岩层地质条件

拟建场地地貌单元为黄河冲洪积平原，原为耕地、林地、堆积土。地形起伏较大，地面高程 84.3 m～85.5 m。拟建区内地层结构主要由人工堆填层（Q4M1）、压实填土（Q4M1）、全新统（Q4）冲洪积层以及上更新统（Q3）冲洪积层组成。揭露土层如下：①杂填土；②粉土、粉质黏土；③粉质黏土；④粉砂、细砂；⑤粉质黏土；⑥粉土；⑦细砂；⑧粉土；⑨粉质黏土；⑩细砂。

1.2 水文条件

施工现场地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水、第四系松散岩类孔隙承压水。根据前期勘察资料及周边资料，14.5 m 以上的 Q4-3、Q4-2 的粉土、粉质黏土地层中有潜水的存在，透水性弱，属弱透水层；孔隙承压水赋存于高程在 72.7 m～49.7 m 范围内的粉细砂地层中，该土层富水性好，透水性强，属强透水层，具有承压性，根据前期隧道勘察资料，承压水头高约 12 m～13 m，高程约 71.5 m ～ 72.5 m。

1.3 高压旋喷桩设计概要

为增加地连墙防渗效果，在相邻两幅地连墙接缝处外侧均设置 2 根直径 800 mm 的高压旋喷桩进行封堵止水。高压旋喷桩在地连墙施工结束且达到设计强度后方可施工。高压旋喷桩采用 P·O 42.5 普通硅酸盐水泥，掺量不小于 30%。桩体深度控制以满足覆盖接缝处为必要条件，即：常规地连墙接缝处桩底标高 55.60 m （即结构筏板下），桩顶标高 77.45 m （即地连墙冠梁顶），桩长 21.85 m；地铁 B、C 出站口抬升段地连墙接缝处桩底标高 55.60 m （即结构筏板下），桩顶标高 82.20 m （即地连墙冠梁顶），桩长 26.60 m。高喷桩中心距地连墙外侧 0.25 m，以地连墙分幅线为准，桩间距 400 mm，桩体搭接 400 mm。

2 试桩目的

高压旋喷桩主要作为基坑支护、止水工艺，常用于临时性工程。不同的地质条件、不同的施工机械和施工工艺对其成桩质量、止水效果影响明显。高压旋喷桩从施工工艺上可分为：单管法、双管法、三管法，从浆液喷射方式上可分为定喷和摆喷。实际施工中，需根据地质条件和试桩结果选择适宜的施工工艺和方式，并为规模施工时质量控制标准的制定提供依据。

（1） 确定施工工艺，即在单管法、双管法、三管法中选择最适宜的。

（2）高压旋喷机、注浆泵及配套设备（管路最大长度）。

（3） 确定浆液配合比及泥浆比重、下钻及提升速度、注浆量及注浆压力、水泥掺量、气压、水压。

（4） 依据试桩取芯结果，确定本工程高压旋喷桩质量评定标准（桩体直径、无侧限抗压强度）。

2.1 设计要求

2.1.1 设计参数

水泥掺入量应不小于 30%，经计算，水泥用量为297 kg/m³。

表 1 设计参数

2.1.2 设计施工工艺

本工程设计要求采用三重管法施工，具体的各项参数由试桩结果确定。 工艺流程如下：场地清整→桩位测设→钻机就位→引孔下管→浆液配制→喷射注浆→停浆拔管→设备清洗、移机。

2.2 现场建议

2.2.1 试桩工艺分析

根据施工现场地质构造条件、桩径、水泥掺量和周边已有类似工程施工工艺并结合作业班组施工经验，建议采用双重管方法成桩，即：下钻时开启水压、气压，关闭浆压；提钻时开启浆压、气压，关闭水压。其中在钻深 8 m～18 m 时，因该层段为透水层且主要由粉砂、粉细砂构成，为保证成桩质量，该段采用降低提钻速度且复钻的措施。报建设单位经设计院同意后，试桩定为 3 组，具体试桩参数如下表 2 所示。

表 2 试桩参数

其中：第 1 组采用设计提供建议参数，个别适当调整，采用三管法施工；第 2 组根据施工经验参数，采用双管法+局部复喷施工；第 3 组根据施工经验，对浆压、气压、水压及其注入量进行调整，采用双管法施工。

2.2.2 试桩机械

表 3 试桩机械

3 试桩的质量控制要点

影响高压旋喷桩质量的因素很多，诸如环境条件、人员、材料、设备、施工方法、成品保护等等，下面笔者着重阐述试桩阶段的监理要点。

3.1 试桩准备阶段质量预控

3.1.1 熟悉设计文件以及地勘报告

（1） 组织监理工程师详细阅读地勘报告，进行现场踏勘；根据地勘报告和现场勘察及以往类似工程监理经验，提出监理方意见。

（2） 组织监理工程师熟悉图纸，并与施工单位交换对图纸的审查意见，对高压旋喷桩试桩前所存在的技术问题充分讨论，在图审前形成共识。

（3） 参加业主组织的设计交底和图纸会审会议，了解设计意图，提出对试桩质量、安全、进度、投资等方面有益的建议。

3.1.2 审查专项施工（试桩）方案

首先对方案的程序性、符合性及针对性进行审查，重点审查方案是否符合设计及工程建设强制性标准的要求；而后审查方案的施工工艺、质量保证措施是否满足设计及规范标准，是否具有可操作性；最后审查施工方案中安全生产措施是否符合 JGJ 59—2011《建筑施工安全检查标准》的要求。

3.1.3 核查测量仪器等

核查测量仪器标定证书；复核加密控制网坐标及高程的准确性，确认是否进行有效保护。

3.1.4 人员、材料、设备的控制要点

（1） 审查作业人员上岗证件，监督施工单位按照试桩方案对参与试桩的作业人员做好质量、安全技术交底工作，完善书面交底记录的签字。

（2） 按照试桩方案核查进场设备规格、型号及性能是否满足工艺要求，并单机空车试运转；高、低注浆泵年度检验合格证是否有效，压力表标定是否在有效期内；输浆管路长度不得超过 50 m。

（3） 检查进场水泥是否与设计要求品种一致，并进行见证取样、送检，三天报告合格方准使用；不合格材料必须立即退场。

3.1.5 施工安全及环境的控制要点

（1） 制浆区搭设工棚，安装抑制扬尘设备。

（2） 试桩区域挖设溢流坑，防止翻浆随意流淌。

（3） 检查高压输浆管路是否完好，检查管路与空压机、管路与钻杆的接驳点是否紧固。

（4） 检查临时用电线路架设及开关箱，保护装置是否安全有效。

3.2 试桩过程的质量监控

（1） 按照试桩参数指标，检测成品水泥浆液配比（黏度）是否与既定的参数一致，抽查每（桶）次制浆量偏差及总批次，核算单根桩总用浆量。

（2） 试桩前联动试车，对制送浆设备、钻机、高压泥浆泵、喷头等做试机运行， 检查压力表、流量表的精度和灵敏度。

（3） 校核桩位坐标、高程，并与地连墙接缝位置实施量测；校验钻杆的垂直度及钻头定位，确保钻杆、钻头及喷头、导流器畅通无阻。

（4） 起始喷浆的控制。钻头置于桩底标高后（超过设计标高 20 cm）开启喷射注浆管路，在孔底原位静喷1 min～ 3 min；待浆液向上翻出孔口且情况正常后，方可开始提升旋喷。

（5） 喷浆过程的控制。水泥浆液配置、待用、使用时间不得超过 2 h，否则按照废浆处理；核对试桩参数，如钻杆进尺、提钻速度、旋转速度、喷浆（水、气）的压力、喷浆（水、气）量等重要参数是否与方案一致；记录成桩过程中各土层交界处喷浆压力变化及孔口翻浆量变化，出现过大、过小、甚至无翻浆现象时督促施工单位查找原因，及时采取正确的技术措施保持翻浆量平稳；钻杆换接过程迅速、准确、安全，减少喷浆停滞时间、降低喷头堵塞几率，促使喷浆连续进行；提钻中如遇停电、卡钻、机械故障等造成喷浆中断，应立即督促抢修，缩短中断时间；如无法在短时间内修复，应记录停喷处标高，及时将钻杆全部拔出、清洗管路；恢复喷浆时，喷头要超过停钻处 30 cm 起喷，保证桩体的连续性。

（6） 透水层（粉砂、粉细砂层）喷浆的控制要点。依据地质报告，本地区高程 76.5 m～66.3 m 区间主要由粉砂、粉细砂构成，且高程 72.7 m～49.7 m 范围内同时存在孔隙承压水（现状作业面高程约 78.2 m），属强透水层，渗透性好，喷浆时浆液流失严重，不易成桩。为此，在高程 72.0 m ～62.0 m 区间内，第二组高压旋喷桩采取提升喷浆→复钻→二次提升喷浆；第三组高压旋喷桩采取降低水压、提高浆压及注浆量、提高浆液比重等措施。

（7） 相邻桩施工间隔控制。本工程高压旋喷桩是在两幅地连墙接缝处外侧 25 cm 双根套打，中心距 40 cm，对地连墙接缝起封闭抗渗的作用。两根桩施打时间要保持一定的间隔，原则上不小于 48 h。

3.3 试桩成果分析、确认各项参数

本工程高压旋喷桩为永久性止水结构，设计要求水泥土抗压强度不小于 1.5 MPa，渗透能力小于 1×10-7cm/s。

3.3.1 试桩取芯

取芯机械：GK-200 履带式地质钻探机；取芯位置：桩心外侧桩径四分之一处；取芯时间：成桩后 7 d。

第一组：0～10 m 可取出固体样本，但不连续，10 m以下无桩体样本；

第二组：0～15 m 可取出连续固体样本，15 m～20 m可见块状桩体，但不连续，20 m 以下无桩体样本；

第三组：0～15.4 m 可取出连续固体样本，15 m 以下无桩体样本。

图 1 第一组芯（设计参数、三管法）

图 2 第二组芯（复喷、双管法1）

图 3 第三组芯（双管法）

试桩分析：抗渗性能试验第一组不满足设计要求指标，第二组、第三组桩体均满足设计要求；经检测，三组芯样 28 d 水泥土强度均大于设计要求。

3.3.2 确认高压旋喷桩工艺及参数

经核查，本工程结构底板底高程为 67.6 m，第二组高喷桩有效桩体高程 63.3 m，超出结构底板 4.3 m，满足墙体防渗要求。报建设单位、设计单位批准，决定选用第二组参数作为本工程高压旋喷桩施工技术参数，同时对其中个别参数进行微调，如表 4 所示。

表 4 调整后参数

3.3.3 质量检查标准

表 5 质量检查标准

4 监理对试桩成果的运用

（1） 审批施工单位试桩后修改的高压旋喷桩施工方案，重点审核施工部署、施工工艺、技术参数的准确性。督促施工单位现场技术负责人按照既定方案对技术、质检、作业队伍进行全面交底。

（2） 依据相关技术规范、标准及审批后的专项施工方案编制高压旋喷桩监理实施细则。组织专业监理工程师、监理员进行专项交底，明确监理工作流程，人员分工，工序质量控制点及验收程序、质量标准。

（3） 组织召开高压旋喷桩专项监理交底会，充分解读试桩成果，对高压旋喷桩工序进行细化、分解。确定检验批划分、停检点设置、验收项目、验收程序、质量标准；确定技术资料表格、填写格式及报审流程。

5 结 语

根据不同的岩土条件和水文条件，结合周边已有类似工程的施工经验，选择适宜的施工方法，科学、有序地调整技术参数。试桩中认真执行既定参数，如实记录指标的波动区间，分析试件检测数据，在满足设计及规范标准的前题下，统筹兼顾，合理确定施工参数。监理过程中，应加强对常见质量问题的事前控制措施的落实，有效降低高压旋喷桩的施工成本，促进施工质量的提高。