刍议水平旋喷桩施工技术要点及注意事项

刍议水平旋喷桩施工技术要点及注意事项

何塑烽

何塑烽

中铁三局集团广东建设工程有限公司；

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摘要：东莞至惠州城际轨道交通项目GZH-7标8#施工竖井（GDK44+050）至常平站（GDK44+577）区间采用水平旋喷桩堵水、超前加固围岩，达到较好的预期效果，本文结合工程实例，通过水平旋喷桩的施工工艺流程及技术要点选择，结合自身多年工作经验，进一步阐述了施工中应注意的问题。

关键字：水平旋喷桩；支护；施工工艺；技术要点

一、工程概况

东莞至惠州城际轨道交通项目GZH-7标8#施工竖井（GDK44+050）至常平站（GDK44+577）区间为矿山法隧道，隧道位于地势平坦的常平大道下，地面交通繁忙，地下管线密集，种类繁多。据管线资料及现场勘探，场区内地下主要有电力、电信、煤气、给排水、雨水等管线，埋深在0.12m～1.52m之间。拟建暗挖区间范围内上覆地层主要为：第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、第四系全新统冲积层（Q4al）、第四系残积层（Qel），下伏基岩为：（Pz1）混合片麻岩；本隧道在里程GDK42+300穿越寒溪河，地表水主要为寒溪河水；地下水主要有孔隙水、基岩裂隙水。基岩裂隙水主要赋存于强风化、弱风化混合片麻岩节理、裂隙中，地下水位埋深为0.0～6.2m，水位高程为-0.31～20.89m。由于地处繁华闹市区，地面人流集中，交通繁忙，且隧道过砂层地质条件较差，为了保证隧道过砂层施工安全，经各方讨论决定隧道内采用水平旋喷桩对地层进行超前加固处理。

二、水平旋喷桩的施工工艺

1、工艺原理

在钻孔设备的钻杆上安装搅拌齿（钻头），钻进过程中利用搅拌齿（钻头）对土体进行搅拌，同时利用钻杆中心的空腔向土中压注水泥浆液，在搅拌齿（钻头）的搅拌作用下，水泥浆液和土颗粒均匀混合形成一种水泥---土颗粒浆液，这种浆液凝固后便形成了一种具有一定强度的"水泥土"，这就是水平旋喷桩的工艺原理。

2、工艺流程

水平旋喷桩施工时按照“先两边、后中间”顺序进行旋喷施工，环向每次间隔1个，孔位从下到上，左右交替进行，跳跃式成桩，保证两边强度平衡。钻机定位调整角度、方位，对准孔位，孔位偏差控制在+50mm以内。开孔时慢进，钻至1m后，按正常速度钻至设计深度；当浆液从喷嘴喷出并达设计压力后开始旋喷，桩前端原地旋喷不少于30s，采用复喷工艺，即退1次，进1次，再退1次，共计3次旋喷，以保证桩径和桩间咬合。

隧道拱部180°范围设置单排水平旋喷桩，桩径600mm，桩间距400mm，开孔环向相邻桩咬合200mm，标准单循环每根桩长18m，其中含相邻循环旋喷桩纵向搭接长度3.0m;隧道掌子面上半断面及开挖轮廓线外1m范围内采用水泥-水玻璃双液浆超前预注浆加固，注浆孔间距1.5m，浆液扩散半径1.5m，梅花形布置，每循环加固长度为15m。

三、水平旋喷桩特点及技术要点

1、特点

(1)可控性。水平旋喷桩的浆液局限在土体破坏范围内，浆液注入部位和范围可以控制，可通过调节注入参数(切削土体压力、固化材料注入速度与配比、注入量等)获得满足设计要求的固结体。

(2)均匀性。喷射流在能量衰减前交汇，切削能量在碰撞点相互抵消，在比桩心到碰撞点距离大的地方，射流无能力切削土体，加固体均匀程度好。

(3)成本低、效率高。由于限定注入范围，注入量大幅减少，水泥用量仅为100～150kg/m，施工速度比大管棚或深孔注浆提高2～3倍。

2、技术要点

（1）桩长、桩径的选择

桩长和桩径的选取应根据钻机的能力，即钻机的扭矩和钻杆的刚度而定，钻机的扭矩和钻杆的刚度大则桩长和桩径可以选择大一些；反之，则应小一些。对于普通锚杆钻机，其所配最大直径钻杆为D=80mm的钻杆，桩长不宜超过20m，桩径宜选择300～500mm。如果桩太长，由于钻杆的刚度不够，桩的底部在钻杆的自重作用下会逐渐向下方偏移最终会侵入开挖轮廓线以内而失去作用；如果桩径过大，由于钻杆的扭矩不够，则会使钻进速度降低，或根本钻不进去。

（2）水平旋喷桩咬合厚度的选择

相邻桩间咬合厚度的大小应根据桩径和桩长来进行选择，如果桩较长，桩径较大，则咬合厚度可以大一些；反之则应小一些。一般水平搅拌桩的咬合厚度以5cm为宜。

（3）水平旋喷桩外插角的选择

由于前后环桩之间存在一个搭接问题，故水平搅拌桩不能沿隧道轴线方向钻进，必须向外偏移一个角度，这就是常说的外插角。水平搅拌桩的外插角应根据桩长、桩径及两环桩之间的搭接长度和搭接间隙大小经计算而选定。

对于侧墙部位的桩，其外插角直接采用计算值就可以；对于拱部的桩考虑到钻杆自重的作用可能桩底会向下偏移，其外插角可以在计算值的基础上再增加0.5度。

（4）水泥浆液的配比，送浆压力和水泥掺量

采用P.O42.5R水泥，水灰比为：1:1；水泥用量为：350kg/m；注浆压力不小于35Mpa。搭接长度不小于200mm。供浆正常的情况下，孔口回浆密度变小、且不能满足设计要求时，应加大进浆密度。

四、施工注意事项

1、基于经济效益的考虑，每循环设计桩长为30m。施工时应注意水平旋喷桩的空间分布。预导孔施工采用水平定向钻进打设，利用导向定位系统跟踪监测预导孔打设角度和方位变化，发现钻进角度偏差应及时进行纠偏。

2、在含水量较大的粘土层钻进时，喷咀易发生赤地千里塞现象，当堵塞时，因没有冲洗清水故阻力大，扭矩剧增转速也会下降，这时应停止给进，调整速度，查明原因，待扭矩下降后再正常给进。在后退旋喷作业时，若喷咀堵塞，泥浆泵压力表指示压力将急剧升高，这时应停止送浆。迅速退出钻杆和喷头，换上新的喷头并钻进到原先喷射处，再正常送浆，继续后退旋喷作业。卸下的喷头、喷咀应立即清除堵塞物，分析堵塞原因，防止再次出现。

3、孔口溢流是水平旋喷桩施工控制的关键部分，与垂直旋喷桩不同，水平旋喷桩施工时往往具有一定上倾角度，如果控制不好孔口的返浆溢流则会造成无法成桩或成桩失败等情况。孔口返浆溢流不易过大，溢流过大，孔内浆液无法充分填充旋喷加固区，造成桩体空洞；孔口返浆溢流不易过小，溢流过小，则又会使孔内压力过大，造成周边土体变形，地面隆起的不良现象。因此施工时应结合现场的参数，采用合理的止浆方式。根据实际情况处理止浆。

结语

城市地铁暗挖隧道工程是在岩土体内部进行的，无论其埋深大小，隧道的开挖施工将不可避免地扰动地下岩土体，破坏原有的平衡状态，而向新的平衡状态转化。水平旋喷桩具有梁效应和土体改良效应，能够起到防流沙、抗滑移、防渗透的作用，保证隧道掘进的安全。同时水平旋喷桩在旋喷过程中，水泥浆液能沿着地层的缝隙渗透扩散，尤其在涌水量较大的地层中，水泥浆液扩散填充缝隙后起到止水效果。