粘土固化剂灌浆在防止人工挖孔桩护壁坍塌中的应用

朱书胜 蒋 玮

（湖南建工集团有限公司 湖南长沙 410001）

1 工程概况

怀化恒大帝景首二期回填区抗滑桩桩截面为2×3m，护壁厚0.3m，开挖断面为2.6×3.6m，共6根桩，采用人工挖孔进行开挖成孔。

抗滑桩处表层为怀渝铁路的开挖洞渣，主要为砂岩碎块石，松散层最厚有16.1m，平均厚14.5m。

抗滑桩做好锁口混凝土并待凝7d后，开始第一节桩身（1.0m高）开挖，开挖时侧壁出现的小部分坍塌，立即采取了边挖边临时模板支撑，并及时进行了第一节的护壁混凝土浇筑。第二节桩身开挖时，出现侧壁第一和二节同时坍塌的情况，见图1。

图1

2 处理方案

2.1 方案选择

针对上述情况，护壁加固处理方案有以下几种见表1。

经对比，采用粘土固化剂灌浆对抗滑桩周边进行固化处理。

2.2 粘土固化剂灌浆

2.2.1 注浆材料

（1）粘土固化剂

特种粘土固化浆液的关键成分，由多种天然矿物材料经高温活化处理与研磨、拌合混配而成。粘土固化剂质量控制标准：灰白色，粉沫状固体，比表面积≥500m2/kg，细度0.08mm筛余≤8%，密度2.8～3.15g/cm3，含水率≤2%。

（2）水泥

表1 基础固化处理方案对比

采用32.5复合硅酸盐水泥。

（3）粘土

在60km外中方县取自然粘土，土干净、含砂量小、黏粘（即粒径小于0.055mm）含量应超过25%和塑性指数不小于15；由于粘土固化剂的高效作用，浆液的固化封堵与加固对粘土质量要求并不很高。

（4）水

自来水。

（5）浆液材料配比确定

由特种粘土固化剂、水泥、粘土、水配制而成。浆液材料配比：粘土80%，水泥16.7%，固化剂0.33%。

（6）浆液水料比确定

采用 0.8：1，0.5：1 二档，0.8：1 用于开灌，0.5：1 用于续灌、间隔灌注和封孔。

2.2.2 钻孔和灌浆设备

（1）钻孔设备

钻孔采用XU-100地质钻机；钻孔采用牙轮钻头钻进，遇钻进困难的大石头时，采用金钢钻头钻进。

（2）灌浆设备

灌浆泵采用SGB6-10型泥浆泵，浆液搅拌机采用400L双层立式GX-Ⅱ型拌浆机，选用配套的高压阀门、压力表、压力软管、供浆管路、用于灌浆的孔内栓塞等。

（3）粘土打浆机

将粘土打碎成粗浆放入泥浆池。

（4）高速搅拌机

采用搅拌转速应不小于400r/min的高速搅拌机打造浆液。作用为将粗浆已与干拌好了的水泥、粘土固化剂，与符合水料比的水一起高速搅拌。

2.2.3 工艺流程

平整场地→测量放样→钻机就位→钻探施工→清孔→安装灌浆管→打制粘土原浆→配制浆液→灌浆（由稀到浓）→停灌→卸灌浆管→封孔。

（1）制浆采用天然粘土造浆的制浆工艺流程：

①现场的锁口混凝土已经完成，且高于地面约400mm，钻机要从锁口混凝土上开孔，先要将场地填平锁口高程，并在灌浆实施现场开挖一个≥2m3粘土粗浆池。

②用粉碎机将粘土和适量的水打造粘土粗浆入池。

③粗浆在池中析出多余水以满足水料比不大于0.8：1的粗浆。

④将粘土粗浆泵送到第一个高速搅拌桶中高速搅拌1～2min，用量杯取一杯已搅拌均匀的粘土粗浆，测定粘土粗浆的含水量和含土量，然后按照灌浆段以及灌浆要求制定的水料比并向粘土粗浆中补加水，搅拌1～2min。

⑤将已干拌均匀的水泥和固化剂加入正在搅拌的原浆中，充分搅拌7～10min，粘土固化浆液就配制完成。

⑥将粘土固化浆液过筛导入第二个高速搅拌桶中继续高速搅拌7～10min，待灌。

（2）钻孔工艺

在锁口混凝土上，距桩边0.4m处定位钻孔，先钻灌1序孔，再钻灌2序孔。孔距中间为0.6m，两边为0.8m，抗滑桩3m方向为6个孔，2m方向为5个孔，每个桩共18个灌浆孔。

图2

（3）灌浆要求

为了确保灌注质量，在灌浆中必须严格执行如下技术措施和操作规程：

①为减少吸浆量，节省造价，采取自上而下分段灌浆，第一段带兼有压浆的作用，将栓塞栓在锁口混凝土内进行灌浆。

②土体下段的钻孔必须在前段灌注后2h以后进行。

③因松散体内空隙率有45%，为节省成本，浆液扩散半径为0.5m，灌浆压力不大于0.06MPa，每米需灌浆的体积有0.353m3，每米粘土固化剂灌浆用泥土：水泥：固化剂为778kg：162kg：32kg，在特殊情况下在未达到压力可停灌，确定是否间隙灌注或终止灌注。

（4）浆液浓度变换原则

施工中，根据灌注的实际情况需要适时改变浆液的浓度，浆液浓度的变换原则：首次采用0.8：1的浆液，然后改为0.5：1续灌，直到灌完。

（5）灌浆结束

灌浆结束条件：终灌时，利用粘土固化浆液基本无析水性等特点，当灌注达到设计压力后，吸浆量小于10L/min，可以结束灌浆。

2.2.4 施工要求

为减少吸浆量，节省造价，采用自上而下灌浆法，每段3m，下段的钻孔必须在前段灌注后2h以后进行；灌浆工作管下至距孔底≤50cm处；灌浆开始先用稀浆，经过3～5min后再加浓泥浆稠度，灌浆中应先对第一序孔灌，采用少灌多复的方法，一序孔灌浆结束后，再进行二序孔。

3 工程造价

工程量：6根桩×18个孔×平均深度14.5m=1556.0m。

表2 粘土固化剂灌浆材料用量表

粘土固化剂钻孔灌浆定额单价603.32元/m，造价为1556.0×603.32=94.5万元，而水泥灌浆单价为776.18元/m，造价为1556.0×776.18=121.5万元，节省27万。

4 机械人员配置

配置二台套钻灌设置，人员23人。

5 工期

24h作业，工期20d。

6 效果

图3

粘土固化剂灌浆后人工垂直开挖1m，图片是抗滑桩的一个角，可清楚可见，在有粘土无空隙的碎石层里浆液充填不明显，但是有孔隙的砂砾石层充满浆液，开挖无任何坍塌现象，能很好控制护壁的厚度，保证边坡稳定性，保障开挖的安全性，同时粘土固化剂强度比水泥强度低，易开挖成本节省30%以上，具有较好的操作性和经济性。

7 结语

对于无粘结性的砂砾石层人工挖孔桩，特别是大尺寸的方桩，开挖极易坍塌，为保证边坡稳定，保障安全性，粘土固化剂灌浆是个很好的解决方案。