不良地层条件下高压旋喷桩施工试验应用分析

不良地层条件下高压旋喷桩施工试验应用分析

薛翼腾

广东省基础工程集团有限公司广东广州510620

摘要：高压旋喷桩是目前地基处理中较常用的一种形式，其具有施工操作简单，加固体均匀且强度高，对于不同地质可以通过相对不同的参数配合比进行施工。不过，需对高压旋喷桩的施工工艺进行谨慎试验研究，确定最佳参数设置，保证桩基工程质量。在此，本文结合工程实例对不良地质条件下高压旋喷桩的施工试验进行详细论述，旨在提高桩基质量，确保工程顺利完成。

关键词：高压旋喷桩；试桩；工艺参数；取芯检测；应用方法

前言

高压旋喷桩施工试验是一门系统工程，必须经过多个部门和多项工种联合参与，以及密切配合，并通过对施工试验检测数据进行严格的分析对比，最终确定可靠的工艺参数和指导性施工，以满足成桩质量要求。

1工程实例

本工程为城市主干道临江大道东延线（一期）工程，全长约2.5km，规划为双向六车道，西起车陂路，沿线上跨车陂涌，下穿东圃大桥，经过东圃泵站，东至深涌路。工程建设内容包括道路、排水、照明、交通、绿化工程。

本工程选用顶管进行开挖，顶管段分为K0+970~K1+110过河涌、K1+500~K1+597过东圃泵站两段，顶管管径为φ3000，顶管采用泥水平衡机械顶管施工工艺，管道采用F形柔性接口钢筋混凝土管材。工程共设置2个工作井（顶管工作井1#、顶管工作井2#），2个接收井（顶管接收井1#、顶管接收井2#）。工作井和接收井均采用钻（冲）孔灌注桩排桩支护结构，高压旋喷桩作为止水帷幕措施。

1.1工程地质状况及水质情况

1.1.1地质状况

据区域地质资料，场区位于天河向斜扬起端，南侧约2.3km为广三断裂，北侧约3.0km为廋狗岭断裂，东侧约4.0m为化龙-黄阁断裂。场区离这些断裂都比较远，地质构造稳定。

（1）K1+500~K1+597顶管段，顶管掘进范围地层（上部）强风化粉砂岩：按紫红色，岩石风化强烈，岩芯多呈10-20cm扁柱状，岩质软，轻击易碎。（下部）中风化泥质粉砂岩：暗紫红色，岩石裂隙较发育，岩芯多呈10-20cm短柱状，岩质较坚硬，据地勘资料显示，Q3zk3孔显示（-6.31m~-7.61m）属微风化。

（2）K0+970~K1+110过河涌顶管段，顶管掘进地层（上部）粉砂：深灰色，饱和松软，粒径均匀，含少量淤泥质。淤泥质粉质粘土：深灰色，饱和，流塑，含少量有机质，具臭味。（下部）粉质粘土：紫红色，硬塑，为粉砂岩风化残积土，遇水易软化崩解。强风化粉砂岩：暗紫红色，岩石风化强烈，岩芯多呈坚硬土状，手捏易散，遇水易软化崩解。

1.1.2水质情况

场区地下水主要为赋存于第四系填土层中的上层滞水、第四系砂土中的孔隙潜水、承压水和下伏基岩孔隙裂隙承压水。

（1）上层滞水：人工填土层结构较疏松，含上层滞水，但含水量不大，其动态受季节性控制。上层滞水主要接受大气降水和生活用水的渗入补给。

（2）孔隙潜水、承压水：第四系全新统冲积层（Q4mc）中、粗砂层（②2）、细砂、淤泥质粉细砂（②3）及第四系上更新统冲积层（Q3al）的中砂层（③2），透水性良好，含孔隙水。场区砂层分布广泛，厚度大，含丰富的地下水。孔隙水主要为承压水，局部为潜水。孔隙水主要接受大气降水的渗入补给和上游地下水以及附近江、涌水的侧向补给。

（3）基岩孔隙裂隙承压水：主要赋存于场地强风化和中风化基岩孔隙裂隙中，含水量一般不大。地下水主要接受上覆砂层地下水和河涌水的越流补给。

1.2施工特点

（1）顶管段分为K0+970~K1+110过车陂涌132米、K1+500~K1+597过东圃泵站82米两段。顶进方向自东向西，施工顺序为：①2#工作井→②2#接收井→③1#工作井→④1#接收井→⑤顶管顶进。工作井和接收井采用钻孔灌注桩排桩支护结构，外侧及端头后靠背采用高压旋喷桩作为止水帷幕。2#工作井（泵站）深约17米，顶管中心埋深约14米；1#工作井（车陂涌）深约14米，顶管中心埋深约11米。

（2）地勘显示，2#工作井及2#接收井地面以下0-8米范围存在大量建筑废料组成的杂填土，2#接收井顶管顶进范围存在微风化地层，深度为地面以下14米至16米，与1#工作井及1#接收井四个井位同处珠江边，地下水丰富，地下水位为地面以下2.2米。根据钻孔终孔24小时后观测，场地地下水位随地形变化而变化，地下水混合稳定水位埋深一般为0.35～2.70m（对应高程5.33～7.11）。车陂涌堤岸标高为7.83m，河涌常水位标高5.7m。河道潮汐一般呈周期性变化。广州河道的潮型属不规则半日混合潮，每天基本上有两涨两落的潮流期。

2高压旋喷桩施工试验

为保证工程质量，进行高压旋喷桩试验，以确保该复杂地层下的成桩效果达到最佳。

2.1第一次高压旋喷桩试验

第一次选取的试验地点定于2#工作井位，试验设备选用MGJ-50A，试验桩数量为3根（S1-S3），抽芯检测时间在10天后（氯化钙早强剂）。

2.1.1试验桩参数（见表1）

表1试验桩参数表

2.1.2试验过程

（1）S1旋喷桩的施工流量在26.7L/min时，压力无法达到20MPa；为保证旋喷桩有足够切割土体的压力及满足设计要求，将压力调至设计压力20MPa，流量因此而达到32L/min；在喷至地下11.5m时，流量达到36.5L/min，至此逐步减小至33.5L/min。S1用时3小时30分，喷浆量9801.9kg，按水灰比1：1，比重1.5kg/L计算，水泥用量4.9T，平均每米水泥用量260kg，比原设定参数大了60kg。

（2）S2的旋喷施工，喷浆压力按流量≥39.7L/min，调整喷浆压力为22MPa。桩旋喷施工顺利，S2用时3小时40分，喷浆量11988kg，按水灰比1：1，比重1.5kg/L计算，水泥用量5.994T，平均每米水泥用量324kg，略大于300kg/m的设定参数。。

（3）S3旋喷桩引孔用时6.5小时；旋喷用时3小时35分钟，注浆量13734.6kg，按水灰比1：1，比重1.5kg/L计算，水泥用量6.867T，平均每米水泥用量363kg，也略大于350kg/m的原设定参数。

2.1.3抽芯验证

（1）S1抽芯芯样显示：0-2.0m部分水泥包裹块石，其余为2-8cm碎石；2.0-6.5m为碎石、卵石、20cm左右长木桩、部分块状水泥；6.5m-8.5m为部分柱状水泥、部分散状水泥块；8.5m-11.5m为淤泥质砂掺少量水泥（散状）；11.5m-18.0m为粉质粘土；18.0m-22.0m为粉质砂岩。

（2）S2抽芯芯样显示：0-6.3m为部分柱状水泥包裹块石、短柱状水泥土块、碎石、卵石；6.3m-11m为完整柱状水泥块、少量散状水泥块；11.0m至13.1m为粉质粘土；13.1m至15.5m未能取出芯样

（3）S3抽芯芯样显示：0-7.0m为部分柱状水泥包裹块石、短柱状水泥土块、碎石、卵石、木桩；7.0-11.8m为短柱状水泥块、碎石水泥块、散状水泥渣；11.8m至18m为粉质粘土；18m至22m为粉质砂岩、部分微风化石块。

从上述试验结果表明：S1-S2试验桩在此地层中均未能达到理想效果，芯样质量随每米水泥含量增加而提高。其中水泥含量最高的S3（每米水泥含量363kg）桩体芯样效果相对最好（见图1）。

图3S9试验桩芯样

2.3第三次高压旋喷桩试验桩

根据相邻施工段使用不同设备在类似地层施工成功的经验，第三次试验桩过程中变换了高压旋喷桩机设备，该设备成孔直径17cm，大于原有设备钻杆10cm，垂直度易于控制。调整了施工参数为氯化钙掺量增加至2%，并延长抽芯时间。第三次选取的试验地点定于2#工作井位，试验设备选用JYGY-55，试验桩数量为3根（S7-S9），现场试验过程及参数也与第一次试验桩基本相同，这次抽芯检测时间增加到21天后（氯化钙早强剂）。

抽芯结果显示：S7-S9根试验桩成桩效果在地下7至12米优于之前两次试验桩，但在3-7米芯样散碎（见图3）。

3试验过程及三次试验桩对比分析

3.1试验过程分析

（1）地勘及开挖、抽芯显示地面以下0-8米存在大量建筑回填废料，该地质情况影响高压旋喷桩切割土体的效果。

（2）不规则碎石在被高速旋转的套筒切割后，极易将已成型的水泥浆块打碎并随水流冲走，所以地下3-7米成桩芯样散碎。

（3）试验桩地处珠江边，每日两次潮汐造成地下水形成流动水网，对成桩质量会产生较大影响。

（4）氯化钙不同的掺量会对成桩质量造成较大影响。

（5）水泥掺量多少也是影响成桩效果的因素。

（6）延长抽芯时间抽芯结果较为理想。

3.2试验桩对比分析

（1）第一次与第二次试验桩抽芯对比：第一、二次试验桩均在受潮汐影响的珠江边进行，在相同试验机械设备、相同技术参数、不同地层（第二次试验桩地下并无太多建筑废料）下均未能形成连续完整的芯样。据此分析：珠江每日两次潮汐为影响试验桩未能成桩的主要原因。

（2）第二次与第三次试验桩抽芯对比：不同机型、不同地层（第三次试验桩地下存在大量建筑废料），8-12米成桩效果较为接近。据此分析：地面以下0-8米存在大量建筑废料为影响试验桩未能成桩的次要原因。

4总结

根据本工程地质复杂条件，在珠江边进行高压旋喷桩施工，潮汐问题会极大干扰成桩效果，施工应考虑动水对其的质量影响，在施工过程中可掺入相应比例的早强剂缩短水泥在地下的终凝时间，掺加比例应参照产品说明书及现场试验确定。在富含大量碎石的地层中施工高压旋喷桩可以辅以开挖检测成桩效果，或延长抽芯时间。总之，根据地现场工区地质变化，制定相应的工艺参数和施工预案，保障旋喷桩成桩质量，达到加固的良好效果。

参考文献：

[1]JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]JGJ/T233-2011.水泥土配合比设计规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.