高压旋喷在深厚圆砾层旋挖围护桩施工中的应用

蒋仁贵，王彩莲，张 华

(1.四川省蜀利勘察设计有限公司，四川成都 610041；2.四川中恒建设工程有限公司，四川成都 610041)

1 工程概况

该项目位于绵阳市小浮桥街西北侧，由2幢31层的高层建筑与周边4层多层建筑(裙房)组成，2层地下室，基底标高约-10.8 m。

场地为一旧房拆迁地。地下室基坑开挖线距已建建(构)筑物很近：北侧3～4 m外分布有5～7层砖混结构建筑物(基础埋深4 m左右)，上部局部墙体为12 cm厚砖墙；西侧5 m左右为长虹大道，6 m左右分布有7层砖混结构建筑物(基础埋深5 m左右)；东侧3 m左右为小浮桥街；南侧区域为空地(图1)。

图1 基坑支护平面布置示意

本项目基坑开挖深度为10.5 m左右，基坑支护采用直径1.2 m旋挖桩，共布置94根。桩间距分别为2.5 m和2.7 m，单根桩长分别为为17.7 m和15.7 m，桩间设置一道锚索。基坑周边共设计15口降水井，降水井深22.5 m，间距17 m。施工场地极其狭窄，深基坑土石方开挖紧邻老旧居民住宅小区，基坑变形须严格控制。

2 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，场地覆盖地层由第四系新近人工填筑杂填土，全新统冲积粉土、圆砾、卵石和白垩系剑阁组泥岩组成。现将场内各岩土结构及特征从上到下分述(图2)。

图2 典型地质剖面

(1)杂填土①(Q4ml)：场地均有分布,层厚0.7～4.8 m。

(2)粉土②(Q4al)：场地均有分布,层厚1.6～3.1 m。

(3)圆砾③(Q4al)：场内均大部分地段有分布，呈层状、透镜体状分布于卵石层中。灰色，卵石含量10 %～15 %左右，砾石含量50 %～65 %左右，其主要成分为石英砂岩、石英岩，粒径一般0.5～3 cm，呈圆状、亚圆状；充填物少以中细砂为主，湿—饱和状；其N120动探试验击数多小于4击，松散状；层厚0.5～5.1 m。

(4)卵石④(Q4al)：场地均有分布；顶界埋深447.05～450.44 m。局部含漂石，湿—饱和状。按其密实程度可分为稍密卵石④1、中密卵石④2及密实卵石④3三个亚层：

稍密卵石④1：稍密状；层厚0.6～3.3 m。

中密卵石④2：呈层状，透镜体状分布，层厚0.5～5.7 m。

密实卵石④3：呈层状，似层状分布；层厚0.8～10.9 m。

(5)泥岩⑤(K1c)：强风化层⑤1，层厚0.4～5.2 m。中等风化层⑤2，揭示层厚5.6～7.2 m。

3 深厚圆砾层旋挖桩施工

本项目地处安昌河右岸。前期场地西南侧围护桩旋挖施工较顺利，无大面塌孔现象发生，仅进度稍受个别粒径较大卵石影响。1台280旋挖机+1台25 t吊车+1台350装载机每天能完成6～8根桩。但后期在场地东北侧施工时(该侧围护桩单根桩长17.7 m)遇到前所未有的困难，无论是采用高水位水压作业还是使用化学泥浆等固壁都不行，1整天连1根桩也完不成。有时刚穿到密实卵石层，上部地层就大面积坍塌，有时桩孔刚形成来不及下钢筋笼，孔中已出现大面积坍塌；有时是刚下完钢筋笼来不及浇筑混凝土，孔中又出现大面积坍塌，更有甚者，有时地面出现直径2～3 m的塌陷洞口，直接危及临边建筑物结构安全。

3.1 原因分析

上部杂填土、粉土，中部为厚的松散的圆砾层(基本无充填物)这种特殊地层结构是塌孔的根本原因，高水位水压、化学泥浆等常规固壁方法不能解决问题，而且后续工序作业(下钢筋笼、浇筑混凝土等)稍许扰动，极有可能造成二次大范围塌孔，只有从根本上解决圆砾层坍塌，才能一劳永逸，确保围护桩质量，确保既定工期。

3.2 方案比较

根据基坑支护设计方案和岩土工程勘察报告，结合现场实际情况，要确保不塌孔，处理范围必须贯穿整个圆砾层，深度在10～12 m。

主要对以下几种方案进行比较。

3.2.1 “振动锤+长护筒”施工工艺

该工艺可以有效解决圆砾层塌孔的技术难题，但对本项目来说，有两个明显缺点。

(1)由于钢护筒下、拔长度太长，又必须面对卵石层，须配备大功率振动锤，而大功率振动锤振动频率高，幅度大，影响范围广，周边老旧居民住宅小区砖混结构易受损，变形不可控。

(2)大功率振动锤下、拔长护筒，须配置大型履带吊，施工成本太大。

3.2.2 “人工挖孔+旋挖”施工工艺

通过人工挖孔至10～12 m(穿过圆砾层)，再实施旋挖成孔。该工艺经现场讨论，方案可行，但对本项目来说，亦有三个缺点。

(1)受工艺及地层影响，人工挖孔速度慢，每天进尺不足1 m，施工总体工期可能延长1个月。

(2)受工艺限制，须设置钢筋混凝土护圈，成本大大增加，而且人工费用也非常高。

(3)孔内运渣无论采用电动还是人工装置，人为因素太多，吊桶上下对孔内之人来说存在极大安全隐患。而且，圆砾层在人工开挖过程中也极易坍塌，存在极大安全风险。

3.2.3 冲击成孔施工工艺

经现场讨论，方案不可行。虽然冲击成孔工艺满足该地层条件要求，但因其振动极大，对周边砖混结构房屋影响极大，破坏性高，且施工速度慢。

3.2.4 “高压旋喷+旋挖”施工工艺

利用高压旋喷桩加固桩周圆砾层，再实施旋挖成孔方案。与前几个施工工艺比较，该施工工艺有以下几个优点：

(1)高压旋喷机械成孔150 mm，振动极小，旋喷时基本无振动，对周边房屋基本无影响。

(2)采用潜孔锤成孔及高压旋喷速度均快，1套设备每天可完成140 m左右，而且后续旋挖可紧跟作业，施工总体工期得到保障。

(3)与“振动锤+长护筒”、“人工挖孔+旋挖”施工工艺比较，成本优势明显。

(4)无论是前期潜孔锤成孔还是后期高压旋喷作业，安全风险均很小。

3.3 高压旋喷作业

3.3.1 设计方案

(1)每根高压旋喷桩设计桩径为600 mm，在每根围护桩桩周开挖线上均布四根高压旋喷桩，每根高压旋喷桩桩端均按地勘相应剖面图穿过圆砾层50 cm，个别需穿透下部极薄密实层及一定厚度圆砾层后进入最下部密实层，单根高压旋喷桩长度9～12 m(图3、图4)。

图3 高压旋喷桩布置平面示意(单位:mm)

图4 高压旋喷桩布置剖面示意

(2)选用42.5R普通硅酸盐水泥。浆液水灰比1∶1。成孔注浆压力达到30 MPa。

3.3.2 高压旋喷桩施工

高压旋喷桩施工工艺流程见图5。

图5 高压旋喷桩施工工艺流程

3.3.2.1 定位及成孔

根据设计图纸，测放出高压旋喷桩桩位，及时插入竹签等标志物。注意引出控制基线，并多次核对，保证桩位符合设计要求。每根桩施工前，都要从两个相互垂直的方向校正搅拌轴，确保桩身垂直度偏差不超过1 %。引孔采用90型潜孔锤钻机(需定位对中)。钻至设计桩长，做好成孔深度记录，放置PVC管在钻孔口，以保护孔口。旋喷器下至成孔深度，下旋喷器的过程中采取边旋转边加压方式，逐孔核实其是否到达锥尖位置。

3.3.2.2 制浆

选用42.5R普通硅酸盐水泥。浆液水灰比1∶1。灌入水泥浆液的相对体积质量1.5～1.6，返浆相对体积质量1.2～1.3。

制浆采用二级搅拌系统，即下料、搅拌在一个搅拌罐(箱)里(此为一级搅拌系统)，按既定配比配制出来的水泥浆需流放至另一储料罐(箱)，以保证水泥浆输送泵的连续泵送，不发生供料中断现象；储料罐(箱)内不间断进行搅拌(此为二级搅拌系统)，防止水泥浆离析。在配制浆液时，应先在搅拌桶内注入部分清水，然后倒入水泥搅拌均匀，搅拌后的浆液必须满足设计水灰比要求。

外加剂：根据需要可加入适量速凝、悬浮或早强等外加剂。所用外加剂的数量应根据具体工程条件，通过实验确定。浆液过筛后再送浆，保证正常输浆。

3.3.2.3 提升、旋喷注浆、复喷

当喷管到达设计持力层或设计要求长度后，由下而上进行喷射作业。由泵注入浆液填充，边旋转边徐徐提升至设计高度。严格控制提升速度在0.10～0.25 m/min，以利高压水泥浆充分切削、破碎及搅拌土体。注浆压力须达到30 MPa，以确保成桩直径。

当注浆管不能一次提升完成而需分数次卸管时，每次卸管后喷射的搭接长度不得小于500 mm，以保证固结体的整体性。

3.3.2.4 拔管

高压喷射注浆完毕，迅速拔出注浆管。及时清理顶面浮浆。

3.4 旋挖作业

(1)在单根围护桩桩周4根高压旋喷桩均注浆4～5 d后即可进行旋挖成孔作业，进而完成单根围护桩施工。

(2)后期旋挖成孔作业时再无塌孔现象发生，每套旋挖机械一天能成型5～6根旋挖桩。

(3)桩身完整性检测100 %合格。基坑开挖后3个月内，该区域基坑支护体系水平位移累计值仅8 mm，周边建(构)筑物未受基坑土石方开挖影响，基坑变形控制很成功(图6)。

图6 高压旋喷桩效果示意

4 结束语

与其它单个(或组合)施工工艺相比，对极易塌孔的深厚圆砾层预先采用高压旋喷局部加固，再进行旋挖桩(基坑围护桩或基础桩)施工，优势明显：安全；经济；高效。

由此可见，即使面临复杂周边环境条件、复杂地层条件，各类基础工程都可以利用多种工艺有机组合，因地制宜，实现安全、经济、高效目标。