高壓旋噴樁止水圍幕在橋梁基礎(chǔ)流砂地質(zhì)中的應(yīng)用

楊利林

（昆明鐵路局樞紐鐵路建設(shè)指揮部，云南 昆明 650000）

高壓噴射注漿技術(shù)于20世紀(jì)70年代初期產(chǎn)生于日本，并迅速引進(jìn)我國，在我國稱為“旋噴法”，是在靜壓注漿方法的基礎(chǔ)上，利用噴射流技術(shù)，即高壓水噴射流切割原理研制開發(fā)的地基加固技術(shù)。

1 高壓旋噴樁的基本原理及工藝

1.1 高壓噴射注漿通過對(duì)土體的切割，以及現(xiàn)場土與水泥漿的攪拌加固土體或者由于空氣—水的沖擊，在某種程度上使部分土體被漿液置換。高壓噴射注漿的基本工藝類型有單管法、二重管法和三重管法。單管法中高壓漿液兼作射流介質(zhì)；二重管法以高壓漿液和壓縮空氣作為射流介質(zhì)；三重管的射流介質(zhì)是高壓水、壓縮空氣、漿液［1］。

1.2 高壓噴射注漿形成固結(jié)體主要是下列作用的結(jié)果:

(1)切割土作用：噴射流在高壓或超高壓下，從直徑117mm～215mm的噴嘴射出，出口速度高達(dá)200m/s，使地基土承受極大的動(dòng)水壓力和沿空隙作用的水力劈裂力，在脈動(dòng)壓力和連續(xù)噴射等綜合作用下產(chǎn)生破壞。（2）攪拌升揚(yáng)作用：壓縮空氣在水束周圍形成氣幕后，減少水束摩擦力，使其能量不過早消失，有效地提高了3～6倍的噴射長度?？諝庾饔檬够旌弦貉劂@孔壁與噴射管路間冒出地面時(shí)呈沸騰狀，增加升揚(yáng)攪拌能力，改變地層的顆粒級(jí)配。（3）充填擠壓作用：連續(xù)灌注的漿液充填噴射切割的溝槽，槳柱的靜壓作用使?jié){液對(duì)原地層產(chǎn)生擠壓。（4）漿液固結(jié)作用：在靜壓和脈動(dòng)注漿作用下，漿液向孔周圍地層擴(kuò)散，提高了原地基的強(qiáng)度和防滲性能［2］。

2 工程實(shí)例—昆陽特大橋橋墩樁基礎(chǔ)高壓旋噴樁止水帷幕加固施工

2.1 工程概況

昆陽特大橋是昆明樞紐鐵路工程中的一座單線特大橋，位于中誼村車站至昆陽站區(qū)間內(nèi)，該橋中心里程為YD1K37+198.18（起訖里程為YD1K36+694.36 ～YD1K37+702.00）， 全 長1007.64 m，橋梁結(jié)構(gòu)形式為12×32m+1×16m+異型框架+1×16m+異型框架+1×24m+9×32m，簡支梁橋基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。該橋分別在YD1K36+870處跨越城市公路、YD1K37+215處跨越新建鐵路、YD1K37+330處跨越既有鐵路。0#～15#墩位于既有鐵路右側(cè)，16#～26#墩位于既有鐵路左側(cè)。橋墩基坑距離既有鐵路最近為6.4m，11#、12#墩位于城市公路人行道上。

該橋離既有公路、鐵路較近、工程地質(zhì)條件復(fù)雜、樁基較深。

2.2 工程地質(zhì)、水文條件

橋址位于昆明滇池南側(cè)，地形平坦、開闊。場地表層為人工堆積層，其下為沖積、湖相沉積結(jié)合地質(zhì)。根據(jù)設(shè)計(jì)院地勘查報(bào)告，橋址區(qū)地質(zhì)、水文描述如下：

①該地區(qū)第四系全新統(tǒng)沖積淤泥質(zhì)黏土、松軟土、泥炭、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂和細(xì)圓礫土呈斷續(xù)多層分布，存在多層不穩(wěn)定流砂層。②粉質(zhì)黏土、粉土層厚度約為1～3m，粉細(xì)砂和細(xì)圓礫土層厚度約為1～4.2m，各地質(zhì)結(jié)構(gòu)層分布不均。③地下水與滇池流域相連通，埋藏淺，存在承壓水和沼氣。

2.3 施工方案

該橋由于粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂和細(xì)圓礫土呈斷續(xù)多層分布，且承壓水較大，形成多層較厚不穩(wěn)定流砂層。12#、13#、21#、22# 墩樁基先后采用旋挖鉆、循環(huán)鉆、沖擊鉆等成孔方法，采取增加泥漿比重、加高護(hù)筒高度、填充黃泥及片石沖擊加固等技術(shù)措施，均不能成孔。

為確保既有公路、鐵路運(yùn)營安全和鉆孔樁有效成孔，經(jīng)過對(duì)13#、22#墩樁基采用高壓旋噴樁止水固砂方案進(jìn)行試驗(yàn)及論證，確定選擇二重管高壓旋噴樁止水帷幕固砂方案。旋噴樁樁徑0.6m，樁長延伸至橋墩樁基以下2m，旋噴樁與鉆孔樁中心距1m，旋噴樁咬合0.2m，每根樁基布置16根旋噴樁，旋噴樁平面布置如圖1，

圖1 旋噴樁布置示意圖

2.4 高壓旋噴樁施工

2.4.1 施工設(shè)備

工程施工設(shè)備配置如下：

主要施工設(shè)備配置表

圖2 高壓旋噴樁施工工藝流程圖

2.4.2 施工工藝參數(shù)

噴漿壓力20～25Mpa，提升速度22～25cm/min，旋轉(zhuǎn)速度 22～24r/min，水泥漿水灰比：0.8:1，樁體水泥用量為180kg/m。

2.4.3 施工工藝流程

高壓旋噴樁的施工工藝流程［3］，如圖2所示。

2.4.4 施工過程控制

(1)施工時(shí)應(yīng)根據(jù)樁位平面布置圖設(shè)計(jì)的孔位進(jìn)行施工，確保旋噴樁間咬合20cm。(2)施工時(shí)應(yīng)保證鉆孔的垂直偏差不超過1.5%，樁位偏差不大于50mm。(3)采用雙管復(fù)噴工藝，用噴水泥漿下管的方式代替原噴水下管工藝。(4)噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于50m，實(shí)際孔位、孔深和每個(gè)鉆孔內(nèi)的地下障礙物、洞穴、涌水及漏水等情況均應(yīng)詳細(xì)記錄。(5)當(dāng)噴射注漿管貫入土中，噴嘴達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，即可噴射注漿。在噴射注漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定值后，隨即按設(shè)計(jì)要求，提升噴射管，由下而上噴射注漿。(6)高壓旋噴注漿應(yīng)自下而上進(jìn)行，當(dāng)注漿管不能一次提升完成時(shí)需分?jǐn)?shù)次卸管時(shí)，卸管后的搭接長度不得小于100mm，以保證固結(jié)體的整體性。(7)對(duì)被加固樁基基底需要局部擴(kuò)大的2米加固范圍采用復(fù)噴措施。(8)旋噴樁應(yīng)采用跳開法施工，單樁完成24小時(shí)后跳開進(jìn)行下—樁的施工，保證固結(jié)體的整體性。(9)高壓噴射注漿過程中，攪拌時(shí)間超過4小時(shí)的水泥漿液，不宜使用；(10)高壓噴射注漿完畢，應(yīng)迅速拔出噴射管。(11)施工中應(yīng)嚴(yán)格按照施工參數(shù)和材料用量施工，并如實(shí)做好各項(xiàng)記錄。(12)當(dāng)高壓噴射注漿完畢后，若噴射注漿過程因故中斷，短時(shí)間(小于或等于漿液初凝時(shí)間)內(nèi)不能繼續(xù)噴漿時(shí)，均應(yīng)拔出注漿管清洗備用，以防漿液凝固后拔不出管或噴嘴堵塞。

2.4.5 施工效果

橋梁鉆孔樁施工期間，孔樁成孔效果良好，既有公路、鐵路路基無沉降和位移，說明高壓旋噴樁在不穩(wěn)定流砂地質(zhì)中止水圍幕是成功的，達(dá)到了預(yù)期目的。

結(jié)束語

高壓旋噴樁止水帷幕技術(shù)以其施工機(jī)具簡單、施工簡便、迅速等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、建筑的軟土地基處理中，特別是在靠近既有公路、鐵路的流沙層地質(zhì)中進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工時(shí)，高壓旋噴樁止水帷幕技術(shù)能有效地控制既有鐵路、公路的路基沉降和位移，確保施工期間既有鐵路、公路的行車安全。

[1]冶金工業(yè)部建筑研究總院.地基處理技術(shù)第二冊噴射注漿法與深層攪拌法［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1991.1-31.

[2]朱美花.高壓旋噴樁在止水帷幕中的應(yīng)用［J］.太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，30（6）：640-642.

[3]劉靜,胡煥校.旋噴樁在橋梁基礎(chǔ)中的新應(yīng)用[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，31(3)：l99—201.