浅谈三重管高压旋喷桩止水帷幕在软弱地层中沉井支护施工技术

浅谈三重管高压旋喷桩止水帷幕在软弱地层中沉井支护施工技术

费益滨

浙江省隧道工程集团有限公司 浙江 杭州 310000

摘要：本文介绍了软弱地层且富含地下水的施工条件下，采用三重管高压旋喷桩止水帷幕为沉井施工创造良好的施工条件。本文主要介绍了三重管高压旋喷桩在软弱地层中的主要施工工艺、流程及应用效果，结果表明支护效果好，为类似工程提供经验。

关键词：软弱地层；止水帷幕；三重管高压旋喷桩

1.工程概况

杭州市取水口上移工程（二期）设计采购施工（EPC）工程位于杭州市西湖区、富阳区，取水口位于富春江石门沙江段近南岸位置。输水管道起止里程为K0+000～K4+530，采用顶管法施工，沿线设置5个工作（接收）井，外径约为22m，工作井采用沉井法施工。工作井埋深约16.3～33m。沉井外径为15~22m，结构高度为13.7m~33m。为确保沉井下沉过程中不发生下沉不均匀、下沉困难或突沉等现象，沉井尺寸大、深度深，场地有深厚的承压水分布，为强透水层，承压水水量较丰富，且与旁边的富春江联通，水力补给充沛，且地质条件相对复杂。

2.场地地质情况

场地自上而下分别为杂填土、素填土、淤泥质填土、淤泥质粉质黏土夹粉土、砂质粉土、砂质粉土夹粉砂、粉砂、砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、抛石、黏质粉土夹淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土、粉砂、淤泥质粉质黏土、圆砾、粉砂、卵石、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩、强风化砂砾岩、中风化砂砾岩，地貌类型属于冲海积平原。

3.水文地质情况

场地孔隙性潜水主要赋存于表层即：①层填土、②层及③层粉土、粉砂层中，由大气降水径流补给以及江水的侧向补给，潜水水量较大，地下水位随季节变化。勘探期间测得水位埋深一般为 0.00～4.00m，相应高程 3.06～7.47m，浅层地下水水位年变幅为 1.0～2.0m。承压水主要分布于中部的⑥3 层粉砂，深部的⑿2 层粉砂、⑿4 层圆砾、⒁2 层粉砂、⒁4 层卵石、中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和黏性土层。

4.施工方案

4.1施工工艺

三重管高压旋喷桩就是利用三重管高压旋喷桩机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液)，同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。

三重管高压旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形，地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。

（1）施工工艺流程图

图4-2  高压旋喷桩施工工艺流程图

4.2技术参数

(1)水泥采用强度等级不低于42.5级新鲜普通硅酸盐水泥，水泥掺入量不小于25%;浆液水灰比为0.7~1.0 ,水泥土加固体的28天龄期无侧限抗压强度qu不低于1.OMPa。

(2)高压旋喷桩采用三管法，施工前必须进行现场试验，注浆压力、浆液配比、水泥掺量等施工参数根据现场试验后确定。

(3)黏性土处理后渗透系数不大于1x10-6cm/s ,砂性土处理后渗透系数不大于1x10-5cm/s.

(4)工程桩施工前，应在附近选择合适的场地打设试验桩，以确定施工参数及工艺，试验桩根数不少于2根。

4.3施工步骤

①施工准备

清理施工现场的地下、地面障碍物，场地平整度基本要求±100mm，对地下障碍物尽量清除，以免影响施工效率，场地平整标高应比设计确定的桩头标高再高出不少于1000mm。依据施工总平面图、设计图纸编制施工方案，确定施工工艺，安排好打桩施工流水。

②参数确定

采用三重管高压旋喷桩，设计桩径800Mm，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，施工主要技术参数如下：空气压力0.7Mpa；高压清水压力25Mpa；水泥浆压力2.0Mpa；水灰比1.0；提升速度20cm/min。

施工时根据设计要求，结合地层情况，会同设计、监理一起根据试桩情况选择合适的施工参数，确保成桩质量达到设计要求。

③测量定位

由专业测量员承担测量定位工作，使用全站仪和水准仪，钢卷尺定位，桩位用钢筋标出，施工定位时要重新复测桩位，保证桩位误差不大于50mm。

④钻机就位

钻机就位机座应平整、稳固，立轴与孔位对正,确保成孔质量、成孔深度。

⑤施工前准备

检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足设计要求，注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，注浆接头密封完好。

⑥高压旋喷

1）旋喷注浆时要注意设备启动顺序，应先空载启动空压机，待运转正常后再空载启动高压泵，同时向孔内送风和水，使风量和泵压逐渐升高至规定值，风、水畅通后，才开动注浆泵，待泵量泵压正常后开始注浆，待水泥浆流出喷头后，提升注浆管，自下而上喷射注浆。

2）深层旋喷时，应先喷浆后旋转和提升，在桩端有坐喷时间，以保证桩端质量。喷射注浆中需拆除注浆管时，应停止提升和回转，同时停止送浆，逐渐减少风量和水量，最后停机。拆卸完毕继续喷射注浆时喷射注浆的孔段与前段搭接，防止固结体脱节。

3）旋喷时要做好压力、流量和冒浆等各项参数的测量工作，并按要求逐项记录。如冒浆量大于注浆量20%或完全不冒浆时，应查明原因和采取相应措施后，再继续旋喷。

4）在旋喷过程中，注意喷嘴局部或全部被堵，否则要拔管清洗后重新进行旋喷。

5）补浆。喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。

⑦水泥浆搅拌

水泥浆搅拌时水灰比按设计要求配制在旋喷过程中应防止水泥浆沉淀、离析，造成浓度降低。施工完毕后，立即得出注浆管，彻底清洗注浆和注浆泵，泵内不得有残存水泥浆

图1 隔离桩施工平面图

5.施工要点

①旋喷施工应间隔2～3孔跳孔施工。

②施工过程中应对附近地面、地下管线的标高进行监测，当标高的变化值大于±10mm 时，应暂停施工，根据实际情况调整压力参数后，再行施工。

③制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀，浓度降低。不得使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。

④开始时，先送高压水，再送水泥浆和压缩空气，在一般情况下，压缩空气可晚送30s。在桩底部边旋转边喷射1min后，再进行边旋转、边提升、边喷射。

⑤喷射时，先应达到预定的喷射压力，喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩柱中断，同时立即进行检查，排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复核。

⑥旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。对需要扩大加固范围或提高强度的工程可采取复喷措施，即先喷一遍清水，再喷一遍或两遍水泥浆。

⑦钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10～20cm的搭接长度，避免出现断桩。

⑧在旋喷过程中，如因机械出现故障中断旋喷，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。施工时，严格控制桩的垂直度，垂直度偏差不应大于1%。

⑨喷到桩高后应迅速拔出浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞。相邻两桩施工间隔时间应不小于48h，间距应不小于4～6m。

⑩旋喷深度、直径、抗压强度和透水性应符合设计要求。

质量检验：旋喷桩施工完成28天后，通过钻心取样，检查工程的施工质量。

6.结语

目前，项目已完成多段穿江及长距离顶管的始发与接收工作，洞门处均无渗漏水情况，反映出地基经三重管法处理后所起到的加固和防渗效果十分明显。其技术优势在于加固效果好、速度快、工期短、成本低、占地少等特点,因而得到了广泛的应用。本项目通过三重管法施工，在经济指标上可以显著提高施工过程的效率和质量，优化资源利用，提高工程施工效率20%，经济成本缩减5%。

参考文献：

[1]喻俊祥.三重管高压旋喷桩施工技术在基坑止水帷幕施工中的应用[J].福建建设科技,2011(2):20-22.