高压旋喷桩配合双壁钢围堰施工深水承台的实践

高压旋喷桩配合双壁钢围堰施工深水承台的实践高压旋喷桩配合双壁钢围堰施工深水承台的实践 王传鹏1，梁德礼2,于华1，潘向军3 （1口蚌埠朝阳淮河公路大桥建设指挥部，安徽蚌埠233000； 2贵州省交通建设咨 询监理公司，贵州贵阳550004； 3口安徽省公路技工学校，安徽合肥230011）摘要：介绍了蚌埠朝阳淮河公路大桥利用高压旋喷桩竖直帷幕止水技术加固地基， 减少大型双壁钢围堰入土深度进行水中承台施工的技术及工艺。关键词：高压旋喷；帷幕止水；钢围堰下沉；加快进度；蚌埠市朝阳淮河公路大桥全长1 724 m，主桥为88+140+88（m）箱形连续刚构， 主墩为轻型薄壁墩，棱形承台（18口6 mx14D1 mx4D5 m）两主墩27#、28#设计 为四排14根2D5 m钻孔灌注桩群桩基础。全桥自主跨跨中分为南、北两个施工 合同段，两个施工单位独立进行施工。1采用高压旋喷桩考虑到27#墩双臂钢围堰壁簿（双壁部分厚0口8 m）克服壁侧硬塑状的粘土层摩 阻力困难，虽采取刃脚、下部两节双壁围堰内灌混凝土、上部两节单壁撑架上堆放 砂袋等加重措施，但自重偏轻，且粘土层摩阻力大，常规吸泥入土1口5 m左右后， 下沉速度非常慢，要下到设计标高将十分困难。根据现时水位较低的有利条件，采 取钢围堰结合高压旋喷技术进行地基加固、截水、固壁、防渗，并有效地减小钢围 堰下沉深度，加快承台施工进度。方法是沿围堰壁外周作双排（交错）高压旋喷申 竖直帷幕止水、防渗、加固围堰刃脚地基，形成一个包括钢围堰在内的圆形加固土 综合围堰。2高压旋喷桩原理cm，cm。高压旋喷浆属于深层搅拌法中的一种，原理是利用工程钻机钻孔至设计深度后，用 高压旋喷机把安有水平喷咀的注浆管下到孔底，利用高压设备使喷咀以20 MPa 的压力把浆液喷射出去，高压射流冲击切割土体，使一定范围内的土体结构破坏， 并与土体搅拌混合并强制与固化浆液混合，随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱形 桩体，凝固后便在土体中形成圆柱形状、有一定强度、相邻桩体相互咬合成一体的 固结体。喷射方式分为：旋喷、定喷和摆喷。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。按喷射介质及其管路多少可分为单管法、二管法、三管法等，单管 喷射法在砂性土中作用半径为40 cm50 cm，在粘性土中作用半径为35 cm40 浆液通常采用水泥浆，一般采用普通硅酸盐水泥（对仅抗渗而无抗冻要求时可使用 火山灰水泥）。水灰比一般为0口8 ：11口2：1，固结体的抗压强度（28 d）最大可 达20 MPa。当地下水位较高或要求早强时，可加入氯化钙、三乙醇胺等速凝早强 剂。防渗时可掺入1%3%的水玻璃。3旋喷桩设计要求3.1 27#承台处地质情况27#承台处地质、地层情况及原钢围堰下沉方案，如图1所示。3.2旋喷桩设计布置及要求承台底面位于砂层与亚砂土层顶部（见图1）。因此，围堰成功与否、承台施工的 工期、费用主要取决于该砂土层的隔水、防水处理。现钢围堰只入土 1D5 m的情 况下，进行承台施工，一是要解决钢围堰本身的稳定性问题，二是要解决好围堰刃 脚底口向下挖深3 m范围内井壁的稳定、堵水、防渗问题。因此，采用高压旋喷桩 技术加固围堰、地基并有效解决防渗应是一个较好的方案。上游厚砂层区域，外侧增加一排桩，内排桩距 内圈共156根，外圈共242根（包括堰外西南 全长2 985 m，要求桩体抗压强度3 MPa,高压旋喷桩的主要目的是形成竖直帷幕，固结双壁外侧土体，加固围堰刃脚下地基、 保证钢围堰（浅埋）的稳定性，形成良好的阻水层。本工程采用单管高压旋喷注9 法，桩径为40 cm50 cm左右，桩长7D5 m （穿过厚砂层）。采用425#普通硅酸盐 水泥，每米桩长水泥用量：砂或细砂层125 kg/m，亚粘土与粘土互层V125 kg/m， 水灰比1口11口2。为有效解决防渗、早强问题，桩下部3/4段添加水玻璃1口5%， 围堰内、外侧第一排桩下部3/4段水泥浆添加氯化钠1D5%，三乙醇胺0口03%。桩 位沿钢围堰外周布设双排（图2）， 围堰壁10 cm，桩中心间距0D5 m， 面增加的第三排58根），共398根 渗透系数 KM1X10-7 cm/s。华东公路2002年第4期2002年第4期王传鹏等:高压旋喷桩配合双壁钢围堰施工 深水承台的实践图127#承台处地质地层情况及原钢围堰下沉方案示意单位:m图2 旋喷桩桩体平面布置示意单位：m围堰内土方开挖时旋喷桩内侧（帷幕内壁）必 须保留大于1口5 m泥土保护层，挖土设备不得破坏高压旋喷桩帷幕。引孔孔位误差不得大于5 cm，垂直度偏差不大于1%。旋喷压力要求20 MPa左右， 喷射过程中严防喷咀堵塞。当拆卸注浆管后继续旋喷作业时，该处桩体要有10 cm 的搭接长度。施工顺序：先打内排桩，从内到外。为防止相互扰动，采用打一跳一法施工，间隔 时间应大于36 h。4高压旋喷桩施工工艺4.1旋喷桩施工准备围堰顶端沿外壁设置1口5 m宽的钻机工作平台及安全护栏。准备固化浆液材料如 水泥，氯化钠，三乙醇胺等。放样定桩位、进场设备的试运行。试桩，确定施工参 数。4.2施工工艺流程钻机就位一一引孔（扩孔）到设计深度封堵垂向喷咀搅浆由下而上旋 喷作业到设计桩顶冲洗移位。图3旋喷桩布置立面示意单位：m4D3施工设备及参数 施工设备及参数如表1、表2所示。4.4施工方案调整在试桩实施过程中，因该处地质构造十分复杂，各种土层在围堰范围内分布不均， 为确保此方案一次成功，将原设计的高压旋喷桩长7D5 m提高到9 m，加深1口5 m， 这样桩穿透承台底部砂层进入硬塑状的亚粘土层约2口0 m,增大了施工安全系数。4.5施工操作程序表1施工设备设备单位数SXPZD50高压旋喷机台1BWT100/30高压泥浆泵 台1立式搅拌机配：搅浆桶 贮浆桶 盛水桶清水桶注浆管个 个 个 台 m1 11 140材料：普硅425#水泥t350水玻璃t4氯化钠t0口66 乙醇胺kg40表2施工参数参数技术要求泵压20 MPa喷咀直径、数量2D3 mmxl2口4 mmxl流 量37 L/min40 L/min升速砂性土： 15 cm/min 粘性土： 30 cm/min转速砂性土： 15 cm/min粘性土： 30 cm/min添加剂水玻璃、氯化钠、三乙醇胺水灰比1口11口2日 进度12根高压旋喷桩施工时，旋喷压力20 MPa，浆液为普通硅酸盐425#水泥 浆，水灰比1口1：1。除墩西南侧增加的第三排桩部位内排桩添加氯化钠0口5%、 三乙醇胺0口03%外，其余旋喷桩均加入1口5%的水玻璃作添加剂，单桩注浆量平 均1口5 m3。施工顺序：先内后外，打一跳一，先施工南面的部分，逆时针方向逐 段施工，最后施工西南侧增加的第三排桩。日（昼夜）平均进度9根11根，最多 的14根，单桩完成时间在80 min120 min。由于高压旋喷桩与主墩桩基施工、堰 内吸泥、水上钻孔平台拆除、桩基检测、取芯等多工序同时进行，应合理组织，避 免干扰。4.6旋喷桩质量检查旋喷桩的质量检测方法主要有：钻芯取样试验、开挖检验、标准贯入试验、载荷试 验、围井试验等。本工程主要以防渗为目的，对加固土的强度要求一般小于5 MPa， 对旋喷桩施工质量的检验也主要以围堰内排水开挖时能否按有效堵水、防渗以及堰 内挖土结束后，钢围堰刃脚以下井壁是否稳定来衡量。围堰取土工作完成后，经检 查，除有3个局部点处因旋喷施工时，喷咀堵塞或泵机故障，柱体上、下段间隔时 间过长出现零星的渗水外，其余的侧面、底面均没有漏水、渗水现象，在整个旋喷 桩加固围成的700 m2的土面上，渗水量V20 m3/h，从承台开挖露出的逐段旋喷桩 表面上看，桩体密实，竖直，排列整齐，桩距符合要求，桩体强度5 MPa，井壁 稳定（从堰内土方开挖到主桥上构块件施工，未见井壁塌陷或出现其它意外情况）， 保证了承台施工的顺利进行。5高压旋喷桩结合钢围堰施工承台的特点5.1施工简便，止水效果好、加固地基稳定，一次成形，未出现涌砂、穿底、漏水 等意外问题，避免了为解决围堰下沉困难而采取的其它措施。从上述4D3中可以 看出，旋喷桩施工机械简单，除旋喷钻机外，其它的如泥浆泵、空压机等机械通常 桩基施工中已具备。施工方便，4人配合即可操作，24 h作业，而且桩体、围堰有 效堵水后，省去了水下混凝土封底，排水后干处挖土，工效高，速度快，井壁不用 支撑。同时，施工对环境不产生污染，无噪音。5.2进度快，多工序平行作业，有效缩短施工工期。原方案钢围堰需下沉入土6 m， 围堰下沉占用工期时间90 d，而旋喷桩方案围堰仅下沉入土 1D5 m，旋喷桩施工同 主墩桩基施工同步，缩短工期60 d。5.3成本低，效益明显。旋喷桩方案，减少一节4口4 m高钢围堰下沉（入土）及水 下混凝土封底的费用，可节约成本70万元，高压旋喷成本30万元，两项相抵，还 节省40万元，同时还节约了原钢围堰下沉过程中处理涌砂、漏水等问题产生的费 用。因而无论从工期、费用还是施工复杂性方面等比较都优于原方案。6建议6.1为有效地降低钢围堰成本，宜在施工组织设计阶段提前进行钢围堰、旋喷桩设 计、加工制作，避免产生浪费。6.2对粘性土层，由于本身的阻水性能好，粘滞力大，作一般的加固，可减少水泥 用量，同时也可根据土质情况减小桩长。6.3钢围堰入土深度应考虑围堰的稳定性。防止大的物件或船只撞击钢围堰，避免 因此而破坏旋喷桩体，特别是破坏旋喷桩同钢围堰的结合而漏水。参考文献1JTJ 0412000公路桥涵施工技术规范北京：人民交通出版社，2000交通部第一公路工程总公司编口公路施工手册桥涵北京：人民交通出 版社，2000，10口3 屈庆余口二期围堰高压喷射灌浆生产性试验中国三峡建设，1999，11口4 董哲仁主编口堤防除险加固实用技术北京：水利电力出版社，1988