高压旋喷桩施工技术总结

李新

摘要：本文结合佛山高明西江新城文化中心大剧院深基坑施工特点，对基坑封底高压旋喷施工工艺进行了详细的阐述，对流动性承压水条件下，中粗砂层提出采用“三轴水泥搅拌桩+高压旋喷注浆”解决了流动性承压水条件下中粗砂层注浆成桩困难的施工难题，达到了安全、经济和快速施工的目的。

关键词：高压旋喷桩砂层施工技术

1概况

1.1工程概况

佛山市高明区文化中心-大剧院基坑工程，位于高明区规划建设的西江新城内，西侧约70m为荷富路，东侧约600m为西江。

本工程±0.00为绝对标高4.75m，场地平整后原地面标高为3.85m，整个大基坑长135m，宽92m，开挖至坑底标高-7.60m，开挖深度约7m，采用桩锚（灌注桩+锚索）支护型式进行支护。小基坑位于整个大基坑中部，近似呈矩形，基坑尺寸为35m*35m，开挖至标高-14.00m，开挖深度约15m，采用灌注桩+内支撑的型式进行支护，灌注桩长度11.5m，数量123根，内支撑强度等级C30。

1.2地质及水文概况

1.2.1地质条件

场地原地貌为鱼塘和农田，经人工填平，场地地势较为平坦，平整后场地地面高程+3.85m，根据地勘钻探编录，结合原位测试及室内试验资料，开挖区域岩土性划分，场区地层上部自上而下地质情况为：

（1）杂填土：杂色，松散，为碎石、粉质粘土等，层厚约3.5m，深度0~3.5m；

（2）粉质粘土/淤泥：呈灰黑色，流塑，饱和，含腐木及粉细砂，层厚约7m，深度3.5~10.5m；

（3）中砂：呈灰黄色，松散，饱和，含少量粉细砂，层厚约2.5m，深度10.5~13m；

（4）粗砂：呈灰白色，稍密~中密，饱和，含中细砂及少量砾碎石，层厚约15m，深度13~28m。

1.2.2气候条件

高明地区地处南亚热带，全年降水丰沛，雨季明显，年平均降雨量1702mm，雨量多集中于5~8月；日照充足，年平均气温21.4℃，降水量大于蒸发量，大气降水量是地下水的主要补给来源，地下水补给期在4~9月，消耗或排泄期是10月至次年3月，场地地下水的水量取决于地层的渗透性。

1.2.3工程水文条件

经钻探揭露，场地主要含水层为填土层、砂层及基岩裂隙水；填土中的孔隙水为上层滞水，水位随季节的变化而起伏，主要受大气降雨补给，侧向径流及蒸发是其主要的排泄形式；砂层孔隙水主要储存于中~粗砂层中，砂层透水性较强，有较近的水源（西江）补给，汛期西江水位达到标高+7.00m，水量相对较丰富。根据详细勘察钻探期间实测，各钻孔静止水位0.2~2.3m，标高-1.00~-3.96m。

2工程重难点

（1）基坑开挖深度大

地面现已平整至绝对标高+3.85m，基坑开挖深度约14m，基坑开挖深度较大。

（2）地质条件复杂

整个基坑区域稳定微风化岩层埋深差别较大，溶洞发育无规律可循，基坑开挖面处于粉质粘土和砂层地带，地质情况较为复杂。

（3）动水环境下封底难度大

本工程处于岩溶发育地带，毗邻西江，水文地质条件非常复杂，基底没有合适的隔水层，承压水头高，抗管涌、抗渗透稳定性较困难。且动水条件下水泥浆扩散快，不易凝结，基坑封底难度大。

（4）基坑帷幕质量控制要求高

本基坑地质条件较差，特别是小基坑开挖层在中粗砂层，为强透水层，止水帷幕的施工质量、精度控制是保证基坑不渗漏水的关键，也是土方开挖和主体结构施工安全的关键。

（5）施工环境差

高明地处南方沿海地带，降暴雨的概率及雨量都较大，暴雨、台风、汛期对深基坑各工序施工的影响较大，在施工过程中需采取有效的措施确保基坑及其围护结构的施工安全。

3方案的选用

如果直接在深砂层流动承压水条件下基坑高压旋喷注浆施工，高压旋喷喷头处由于压力较大，破坏土体的同时也增加了砂层水的流动性，将会导致高压注浆浆液随动水流失，无法成桩。

经过咨询相关专家、同设计沟通后，根据水泥搅拌桩喷头压力小，对土体干扰较小，在砂层成桩效果好，但由于基坑帷幕深度最大达到35m左右，单轴水泥搅拌桩无法满足现场施工，需采用能达到35m左右的三轴水泥搅拌桩进行施工，小基坑采用外围止水帷幕为双排三轴搅拌桩（Φ850@600），搅拌桩施工至基岩面，小基坑坑底加固采用三轴搅拌桩分隔成25个小区域后采用三管高压旋喷注浆进行封底，即三轴水泥搅拌桩成桩效果好，便可将深基坑内高渗透性、流动性水变为相对静止状态，再采用三管高压注浆，即可达到整个深基坑止水帷幕的形成。

图1小基坑封底平面图（单位：mm）

4三管高压旋喷注浆施工

三管高压旋喷注浆是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m。

4.1工艺流程

三管高压旋喷注浆施工工艺流程图见图2。

图2三管高压旋喷注浆施工工艺流程图

（1）钻机定位

根据三轴水泥搅拌桩在小基坑分隔出的25个区域内，由设计桩径及间距定好桩位，移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%~1.5%。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

（2）制备水泥浆

桩机移位时，即开始按设计（试桩）确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌15分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网，第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。

（3）钻孔

采用地质钻机进行钻孔，钻头在预定桩位钻孔至设计标高（预钻孔径为15cm）。

（4）插管

钻机钻孔后，拔出钻杆，插入旋喷管。在插管过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，用较小压力边下管边射水。

（5）提升喷浆管、搅拌

喷浆管下沉达到设计深度后，停止钻进，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，达到预定数值时开始提升、旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。

（6）桩头部分处理

当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢慢提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。关闭高压泥浆泵、清水泵、空压机，停止水泥浆、水、风的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。

（7）清洗

向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。

（8）移位

移动桩机进行下一根桩的施工。

（9）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，及时用水灰比为1.0的水泥浆补罐。

4.2三管高压旋喷注浆试桩施工

深基坑底部根据设计要求，采用三管高压旋喷注浆封底，其试桩严格按照施工工艺、注浆材料、参数施工，注浆材料和参数表见表1。

表1三管高压旋喷注浆试桩技术参数表

施工中严格按照设计参数进行了3组试桩，抽芯结果显示，三组高压注浆均能成桩。高压注浆一周后抽芯照片见图3。

图3三重管高压旋喷注浆试桩抽芯照片

根据三组试桩，最终确定施工参数为：注浆间距150cm，排距为150cm，浆液扩散半径为90cm，水泥掺入量为1200kg/m。

5设备配置

由于三管高压注浆抽芯效果好，完全可以保证基坑底部帷幕止水工作。深基坑封底即采用外围止水帷幕为双排三轴搅拌桩（Φ850@600），搅拌桩施工至基岩面，深基坑坑底加固采用三轴搅拌桩分隔成25个小区域后再用三管高压旋喷注浆进行封底的施工工作。

按三管高压旋喷注浆施工工艺的施工方法，为需进场的锚杆钻机、泥浆泵等机械设备做好进场准备工作，并进行相应的保养和试运转等工作，以保证施工机械设备能够正常运转。高压注浆机械设备投入计划见表2。

表2三管高压注浆主要施工机具配备表

6劳动组织

根据工程数量要求，确定劳动力，在注浆施工中，施工人员要听从现场施工组的统一安排，服从指挥，严格施工纪律。施工劳动组织安排如表3所示。

表3注浆施工劳动组织表

7施工成本

由于在静水条件下，高压旋喷注浆成桩效果都较好，下面主要从双管高压旋喷注浆与三管高压旋转注浆成本及工期进行对比分析。

大剧院深基坑面积约为1200m2，旋喷桩封底厚度为4m。采用双管高压旋喷桩封底时，桩径750mm，桩心间距650mm，需布设1755根旋喷桩，水泥掺入量按土体重度的25%及地质条件估算，约为265kg/m。若采用三管高压旋喷桩封底，桩径1800mm，由于坑底分隔成25个小区域后，只需布设296根旋喷桩，水泥掺入量按土体重度的25%，约为1200kg/m。

表4施工成本分析表

根据以上施工成本分析表可以看出，三管高压旋喷注浆水泥总用量1420.8t，小于双管高压旋喷注浆的1860t；施工工期上，三管注浆为16天，小于双管注浆的35天。因此，在深砂层静水条件下的基坑封底施工采用三管高压注浆较好。

8施工效果及经验教训

（1）南方雨季时间长，需从防水（基坑侧壁防水、基坑底部防水）、抽排水（集水井、排水沟、市政管网）两方面的措施中保障基坑及围护结构的安全。

（2）基坑开挖前需仔细分析详勘报告中地质条件对基坑开挖的影响，尤其是本工程基坑开挖深度达14m，处于砂层和承压水环境下，应选择先控水再止水。

（3）针对流动性承压水条件下止水帷幕的施工，通过三轴水泥搅拌桩施工将动水变为静水后，再在静水环境下进行高压注浆的止水帷幕封底有很好的成桩效果。

（4）三管高压注浆试验桩抽芯效果较好，且比双管高压注浆工期短，也达到了基坑施工做为止水帷幕的目的。开挖后观察到基坑坑底不渗水，保证了施工安全。