基于现场试验的特殊高压喷射注浆施工

基于现场试验的特殊高压喷射注浆施工

张帆

张帆

（上海隧道地基基础工程有限公司，上海，200333）

【摘要】特殊土层和特殊工程中采用现场试验的方式，应用开挖暴露检测、钻孔取芯、听管法等方法确认高压喷射注浆的成桩效果，成功解决工程难题，为今后的类似工程提供参考和借鉴。

【关键词】高压喷射注浆；现场试验；特殊施工

1、前言

高压喷射注浆法，又称旋喷法，是通过高压喷射流来切割土体，并使水泥浆液与土搅拌混合，形成水泥土加固体的施工方法。

高压喷射注浆法是一种实践性很强的施工工艺，其施工参数的设计和成桩效果的判断往往需要建立在丰富的施工经验基础上。由于高压喷射注浆法是采用水力喷射成桩，其桩径与喷射流压力和流量、喷射流作用时间（在施工参数中体现为钻杆的提升速度和转速）、辅助高压空气的参数、施工深度、土体的性质和强度等多方面因素相关，因此在没有足够施工经验的土层施工，或是对桩径有特殊需求又缺乏实践经验时，在施工参数的设计和桩径的判断方面更是显得困难。

在实际工程中，桩径是最基础、最关键的设计参数，直接关系到施工的成败。最为直接和可靠的桩径判断方法是在施工现场进行成桩试验，通过开挖暴露测量、钻孔取芯或“听管法”等方法确认成桩直径。在施工中采用的技术路线如图1所示。

2、硬黏土层施工

无锡地铁某车站出入口基坑围护采用SMW工法施工，围护深度20~23m，因一根Ф1200信息光缆横穿基坑，导致基坑围护结构无法封闭。鉴于信息光缆无法搬迁，决定采用高压喷射注浆法封闭基坑围护结构，考虑到管线安全，施工工艺选用MJS工法。基坑围护涉及的土层情况如表1。

表1土层情况和物理力学性质

从表1中可以看到，需要加固的土层大部分是比较硬的可塑~硬塑粘土，直剪固快试验粘聚力达到56~76kPa。与常规软土层相比，在这种土层中高压喷射注浆成桩直径会大幅度减小，类似土层的施工经验比较少，在其他工程的实践中有根本不成桩的情况。而本工程需要封闭直径达1.2m的管线造成的围护缺口，必须要有较大的成桩直径。

施工前根据以往施工经验制定了初步方案，紧贴管线两侧布桩，设计桩径2m，采用二次喷射工艺，即先喷射高压水初步扩径，再喷射高压水泥浆完成施工。为确认施工方案的可靠，根据现场条件和工期的要求，我们进行了现场原位成桩试验。现场试验选取了相对风险较小的后排桩位，按照初步方案进行试验施工，初步方案和现场试验如图2所示。

在试验施工完成7天后，分别在距离桩中心0.9m、1m、1.1m处钻孔取芯，在0.9m和1m处均取到完整水泥土芯样，1.1m处芯样呈断续状态，由此判断有效成桩直径为2m。

现场试验验证了初步方案的有效，后续施工按初步方案开展。基坑开挖过程中可明显看到原围护缺口被加固桩体完全封闭，基坑施工顺利完成。

3、超大桩径施工

上海地铁某车站出入口基坑为钻孔灌注桩围护，防水帷幕采用高压喷射注浆法施工。原基坑位置的地下管线在围护施工时临时改线，由于种种原因基坑未能及时开挖施工，改线的地下管线又搬回原位。到该基坑准备开挖时，通过降水发现原防水帷幕施工存在缺陷，为保证施工安全，决定在原防水帷幕外侧再补做防水帷幕，由于施工现场狭小，同时为了保证地下管线安全，施工采用MJS工法。施工深度约18m，涉及地层情况如表2所示

表2土层情况和物理力学性质

由于原地下管线全部搬回，形成了众多需要封闭的缺口，宽度达到2.5m~3.6m，对桩径的需求最大达到4m以上，这在国内尚无先例。我们根据土层情况，并参考国外施工经验，确定采用增加喷射流破坏能力的方法，即通过增加喷射流流量和喷射时间，增大施工桩径。

在正式施工前，选取宽度较小的缺口进行现场原位试验，试验包括2根采用不同参数的桩，喷射流破坏能量提高率分别为170%和300%，试验完成后采用钻孔取芯的方法对桩径进行了检验

表3现场试验结果

根据现场试验结果进行了桩位设计，满足了防水帷幕封闭的需求，在宽度为3.6m的最大缺口处，增加了斜桩施工，以确保安全。经后续降水和基坑开挖验证，本次施工的防水帷幕安全有效，保证了基坑的顺利施工。

4、无辅助高压空气大桩径施工

某公路隧道设计为双向4车道，在穿越公路的区段采用超前管棚和小导管联合超前支护，周边预注浆加固和堵水，CRD工法施工。该区段隧道为双孔，单孔开挖断面高度约9.7m，跨度约为12.8m，覆土高度8~13m，开挖断面全部位于淤泥质粉质粘土中，土体呈灰色、流塑、饱和，厚层状为主，属软土类，具有低强度、高触变性和高压缩性的特点，物理力学性质如表4所示。

表4土层物理力学性质

该区段隧道首先进行30m试验段施工，现场试验示意图如图3所示。因为土层情况较差，有可能在后续施工中会采用水平高压喷射注浆进行土体加固，在试验段隧道开挖断面区域进行了水平成桩试验。考虑到加固施工需要面对复杂的周边环境和薄弱的隧道初衬结构，试验施工工艺采用无辅助高压空气的MJS工法。

试验桩长30m，按不同钻杆回抽速度分段成桩，同时进行地面沉降监测。试验验证水平MJS工法对地表影响很小，在隧道试验段开挖的同时对成桩效果进行了暴露检验，桩体均匀、完整，单轴无侧限抗压强度超过5MPa，但桩径与预期相差甚远，仅有0.7~1.0m，不同钻杆回抽速度下的成桩直径并无明显区别，分析原因认为是采用的喷射流破坏力不足。

隧道试验段在开挖上部洞室时发生了较大地面沉降，决定采用MJS工法对试验段进行补加固。由于已开挖洞室仅有初衬结构支护，在最靠近初衬结构的施工采用无辅助高压空气的MJS工法，为避让已施工的小导管注浆等障碍物，要求桩径达到1.3m。补加固方案如图4所示。

根据前期试验的结果和分析，决定采用增大喷射流流量的方法增加破坏力，为确定施工参数、确保施工效果，在现场再一次进行成桩试验。鉴于现场条件和工期要求，已无法采用开挖暴露或钻孔取芯等方法，我们采用了能快速判断桩径的“听管法”。所谓“听管法”就是在与试验桩中心距离为设计桩体半径处钻孔，并埋入钢管，然后进行成桩试验，通过能否听到喷射流喷到钢管的声音判断是否达到设计桩径。“听管法”原理如图5所示

通过“听管法”试验，快速确定了桩径达到设计要求的施工参数，并将之应用到工程施工。在加固施工过程中，隧道初衬结构保持稳定。加固完成后，隧道试验段继续开挖，地表变形量与之前相比大幅度减小，满足了设计要求，暴露出来的无辅助高压空气MJS工法加固桩体的桩径达到1.3~1.4m，与“听管法”判断结果一致。

5、结语

在高压喷射注浆施工前，进行适量的现场成桩试验，能较为准确地判断成桩直径，同时可以对整体成桩效果进行预判，这对高压喷射注浆法这种相对复杂的施工工艺，特别是在特殊情况下的施工，具有非常重要的意义。

高压喷射注浆现场试验可分为单独的现场成桩试验和加固区原位试验，检验方法有开挖暴露量测、钻孔取芯、“听管法”等多种形式，应按工程需求和现场实际情况合理选取。

随着建筑市场的发展和逐步的规范化，对高压喷射注浆施工的要求会越来越高，现场试验必将成为高压喷射注浆施工的必要步骤。