高压旋喷注浆技术在人工挖孔桩施工中的应用

刘 虎 张明亮,2 江 波 黄 清

1. 湖南省第六工程有限公司 湖南 长沙 410015；2. 湖南建工集团有限公司 湖南 长沙 410004；3. 湖南长顺项目管理有限公司 湖南 长沙 410114

1 工程背景

1.1 工程介绍

湖南广电节目生产基地项目沿中央主轴南北两侧共布置了7个建筑单体（图1），下设整体地下室，地下室层数为1～4层。本工程采用人工挖孔桩，施工总桩数为955根，桩径在1.1～1.7 m之间，桩长设计为不小于6.5 m，且扩大头直径大于2 m时桩长不小于3倍扩大头直径。桩身及护壁混凝土强度等级为C35、C40，持力层为中风化泥质粉砂岩。实际桩长须依据施工勘察报告逐一确定，结合已有桩长数据，部分桩长超过16 m，个别桩长甚至长达28.91 m。

图1 工程单体布置

1.2 地质状况

根据施工勘察（超前钻）结果，工程场地内目前埋藏地层主要为白垩系神皇山组泥质粉砂岩和砾岩。基坑开挖至设计底标高后，面层可见有3条软弱夹层带分布（图2），场内存在较多软弱夹层（粉细砂、粉质黏土），其中有1根桩穿越夹层累计厚度达到19.1 m。

图2 软弱夹层范围分布及施工分区布置示意

2 桩基施工现状及处理措施

2.1 桩基施工现状

1）根据施工勘察（超前钻）结果，本工程大部分钻孔钻至持力层（中风化泥质粉砂岩⑨层）时遇到软弱夹层，软弱夹层厚度不一。同时在前期试桩和塔吊基础桩开挖过程中已发生涌砂（泥）及流砂（泥）情况，且人工挖孔桩施工处于春夏季，基坑内水位高，透水层位置地下水位已明显高于基坑底标高，地下水较丰富。

2）由于软弱夹层的存在，人工挖孔桩最长达28.91 m。

2.2 处理措施

为了保证人工挖孔桩施工作业中的人身安全及护壁质量，必须对软弱夹层的单根人工挖孔桩四周先行进行加固处理，经与设计院及技术专家人员多次论证后选择单桩二重管法高压旋喷注浆加固工艺。

3 施工场地布置

本工程地下室根据后浇带位置划分为16块相对独立的施工区域（见图2），高压旋喷注浆加固的场地布置除应满足施工的要求外，还应对以下几个方面着重考虑：

1）当车辆、设备通道跨过施工后浇带时（地下室底板后浇带已根据方案设置为基坑内临时排水并开挖完成）需要铺设钢质路基箱。

2）因高压旋喷桩施工工艺需要，钻机钻孔、喷射作业冒浆、清洗、机械移位等工序均不可避免地对基坑底土体造成破坏，因此在局部地基软弱致使车辆及设备无法通行处须铺钢质路基箱。

3）在水泥浆搅拌区域，需要设置专门的水泥堆放场地，并应有排水、防水、防潮等措施。

4）每个水泥搅拌区域附近均应设置沉淀池，用来收集泥浆制作及设备清洗过程中产生的污水。污水经沉淀后用污水泵将其抽至基坑内临时排水沟，最终通过基坑内集水井抽排至基坑外排水系统，水泥浆与泥浆的混合物终凝固化后转运至西侧场内土方堆场翻晒晾干后外运。

5）经计算，当人工挖孔桩和高压旋喷加固同时进行时，现场的用电会出现超负荷的情况，此时需要考虑在现场增设1台功率为500 kW的柴油发电机，供2套高压旋喷钻机机组使用。

4 高压旋喷注浆施工工艺

4.1 高压旋喷注浆设计

根据实际情况，对位于软弱夹层地质条件下的人工挖孔桩四周环形布置高压旋喷注浆孔，固化软弱夹层，降低涌砂、坍孔发生概率，确保人工挖孔桩施工作业安全与护壁质量[1-3]。需高压旋喷加固的软弱夹层有5类：面层厚度超过5 m的粉质黏土；面层厚度超过4 m的粉细砂；非面层夹层厚度超过2 m的粉质黏土；非面层厚度超过2 m的粉细砂；非面层粉质黏土与粉细砂连续厚度超过2 m。

考虑本工程软弱夹层以粉细砂为主，部分为粉质黏土（含砂量高）的特点，经设计院验算及多次专家论证后，本工程高压旋喷注浆孔直径设为600 mm，同一人工挖孔桩四周环形布置的各高压旋喷注浆孔中心距人工挖孔桩边100 mm，中心弧形间距371～398 mm，理论旋喷搭接长度205～234 mm。根据软弱夹层区域人工挖孔桩的4种桩径（1.7、1.4、1.3、1.1 m），分别设计4种布置形式（图3）。

4.2 高压旋喷注浆施工流程

图3 不同桩径高压旋喷注浆孔布置

高压旋喷注浆系利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分旋喷混合凝固，形成具有一定强度的圆柱固结体（即旋喷桩），从而使地基得到加固。其工艺流程为：钻机就位→调整钻架角度→钻孔→插管→试喷→喷射注浆作业→喷射结束→拔管→器械清洗。

经论证，本工程确定的高压旋喷注浆技术参数为：旋喷固结体直径为600 mm，旋喷提升速度为12～15 cm/min，回转速度为10～15 r/min，水泥浆液流压力为25～28 MPa，水泥浆液流量为60 L/min，空气压力≥0.7 MPa，水灰比为0.8。高压旋喷桩喷射成孔水泥用量约350 kg/m。此外，根据现场钻孔实际地质情况及类似工程施工经验，若施工过程中所遇地下水处于流动状态且水压过高，将导致旋喷桩不易成形，影响旋喷注浆成桩质量，这时可适时掺加2%～4%的水玻璃（模数为2.3～3.4，溶液浓度为20～30 °Be'），加快旋喷桩的凝结以保证注浆质量。

5 结语

高压旋喷注浆施工完成后，对应每根人工挖孔桩形成了单桩止水帷幕，通过人工挖孔桩施工，验证了高压旋喷注浆加固工艺的可行性。对复杂地质条件下的软弱夹层采用高压旋喷注浆加固处理，见效快、经济合理，不仅有效保证了人工挖孔桩工程的施工作业安全，也为今后类似工程的施工积累了宝贵的技术经验。