高压旋喷桩在沉井施工中的应用

【摘 要】 长江沿岸地下地质条件差，水位高，压差大，在污水管道沉井施工中，易形成地下深层粉砂土横向流动，导致周围地面塌陷。本案例采用高压旋喷桩技术，通过设置合理的桩间距和桩长，使沉井周围形成封闭的止水帷幕结构，有效地解决了沉井下沉施工导致的周围地面塌陷问题。

【关键词】 高压；旋喷；沉井；帷幕

【中图分类号】 TU753.64 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2012）06-004-02

1 工程概况

南京市桥北污水处理系统浦珠路段工程位于南京市浦口区主要干道——浦珠路沿线，靠近长江北岸，为南京市桥北污水处理厂污水收集系统的主干管。本工程铺设的大部分污水管道位于浦珠路北侧绿化分隔带及慢车道下。

据拟建场地《岩土工程勘察报告》揭示，本工程地下地质较差，依次为：杂填土层；素填土层；粉质粘土层；淤泥质粉质粘土层；粉砂。

根据勘探揭示的地层结构，场地地下水类型为潜水，地层透水性总体表现为随深度增加而逐渐趋好的特征。其水平向渗透系数远大于垂直向渗透系数，透水性表现为明显的各向异性。本工程管道铺设较深，沉井深度可达13米以上，深入到了粉砂层内部。

2 方案选择

浦珠路为国家高等级公路，车流量很大，车速较快。浦珠路临近长江北岸，地下水量丰富、水压大，地下土层情况复杂，存在大量的流砂，沉井下沉中必然产生大量的涌砂，对周围土层的扰动范围约为5～10m。本工程大部分沉井位于浦珠路北侧绿化带中，沉井施工尤其是下沉过程中必然会对周围土体产生扰动，无法满足道路等管理部门的要求。

针对此种情况，经详细对比分析，决定在沉井周围采用高压旋喷桩制作止水帷幕。高压旋喷桩布置于沉井外侧4m处的圆周上，桩长度比沉井深度增加5米以上，各旋喷桩桩之间搭接20cm，以形成完成的密闭空间，阻断因沉井下沉过程中井内外压差导致的流砂现象，形成止水帷幕，达到止水止砂效果，解决因沉井下沉导致周围地面塌陷问题。

高压旋喷桩是以高压旋喷灌注水泥浆的方法旋喷成桩，水泥浆液采用425#普通硅酸盐水泥。工程地质条件复杂，施工时必须按顺序依次成桩，严格按照施工要求施工，注意观察，做好施工记录。

3 施工工艺

高压旋喷桩是把注浆管插入预定土层中，由下而上进行喷射作业。旋喷桩施工基本工序主要为：

3.1 布孔。根据施工图纸要求及项目部下达技术交底要求，确定维护桩深度、维护桩管径尺寸及维护桩所处位置的地质条件。使用全站仪进行放线，定出各孔位中心，并作出醒目标记，以便于施钻过程中寻找。

3.2 钻机就位。根据布孔时所做标记，把钻机移到位，距孔中心最大不超过5cm。就位时机座要平稳，调平机架，立轴或转盘要与桩心对正，施工中通过观察重锤的垂直度来判断钻机是否安放水平，垂直度控制在1.5%H（H为钻孔深度，单位为mm）以内。

3.3 钻孔。钻孔严格按照规范施工，做好施工记录。钻孔时用清水做冲洗液，钻孔必须达到设计孔深。

3.4 注浆。专人负责浆液配比，水灰比为0.8∶1。搅拌好的水泥浆泵送前应不停搅拌防止浆液离析。钻孔达到设计深度后，即可用高压泵将制好的水泥浆泵送到钻杆底部的特制喷嘴处，通过20r/min转速和不大于20cm/min的提升速度边旋转边提升的方法，使土体被切割挤压置换，最后形成一个比较完整的桩体。待水泥浆从孔口返出后，即可停止注浆。喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，所以应及时用水灰比为0.6的水泥浆进行补灌。并要预防其他钻孔排出的泥土或杂物混入。

在喷射注浆过程中，应观察冒浆的情况，以及时了解土层情况、喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。一般采用单管法喷射注浆时，冒浆量小于注浆量20%为正常现象；超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应措施。若系地层中有较大空隙引起的不冒浆，可在浆液中掺加适量速凝剂或增大注浆量；如冒浆过大，可减少注浆量或加快提升和回转速度，也可缩小喷嘴直径，提高喷射压力。

4 处理效果

4.1 施工质量保证措施。①开工前放出桩位轴线，经监理复测后作好标记。②喷射注浆前必须检查高压设备和管路系统，设备的压力和排放量必须满足设计要求。管路系统密封良好，通道和喷嘴内不得有杂物，以防堵塞喷嘴。③喷射注浆时注意设备开动顺序，即先把注浆泵的吸浆管移至储浆池，再开动高压注浆泵，待泵压逐渐升高至规定值后，估计水泥浆的前峰已流出喷头后，才可开始以20cm/min的提升速度旋转注浆，自下而上喷射注浆。④根据施工设计控制喷射技术参数，注意冒浆情况观察，并做好纪录。⑤喷射注浆中需拆卸注浆管时，先停止提升和旋转，同时停止送浆，最后停机。拆卸完毕继续喷射注浆时，要与前段搭接0.5m以上，防止固结体脱节。⑥喷射注浆达到设计深度后，继续注浆待水泥浆从孔口返出后停止注浆，然后将注浆泵的吸水管移至清水箱，抽吸清水将注浆泵和注浆管路中的水泥浆顶出后停泵。⑦为确保加大旋喷桩固结体的尺寸，避免使深层硬土固结体尺寸减少，采用提高喷射压力、喷浆量和降低回转或提升速度等措施。⑧原始纪录准确、及时，每天对完成工作量和水泥用量进行核实，发现超量或少量，及时采取补救措施，并做好鉴证工作，完善施工资料。

各项质量标准指标见下表：

4.2 处理效果检测。为了保证高压旋喷桩构成的止水帷幕达到必要的强度要求，在旋喷桩施工完成后，必须保养满7天才可以开始沉井下沉工作。

沉井下沉采用带水下沉方式，以保证井内外的压力平衡。下沉时采用伸缩臂挖掘机进行井内取土下沉，取土时必须沿着井内环形顺序依次取土，使井整体平稳缓慢下沉，切不可集中单侧挖掘下沉的做法。

在沉井进行过程中，严密观测止水帷幕外侧地面的塌陷情况，以及附近建筑物及桥墩桥台横向水平位移情况。为此，我们分别在止水帷幕外侧设定了十字交叉4个方向上的距离止水帷幕2米、5米处的8个点进行了沉降观测。自沉井下沉开始，每天对观测点观测一次，直至沉井结束后5天，观测完毕，记录对比地面沉降情况。

在沉井施工时，止水帷幕内侧由于地下水压及流砂的存在，导致了井壁至止水帷幕内侧地面的大幅塌陷，塌陷严重处可达半米以上。

而相对于止水帷幕内侧的大幅塌陷，止水帷幕外侧地面沉降量很小，经对观测记录进行计算，沉降量控制在1cm范围以内（分析认为，导致沉降的原因应该是地下水位变化造成的沉降，而非地下砂体流动造成），附近建筑物及桥墩桥台未发生横向水平位移情况。因此说明高压旋喷桩形成了完整的止水帷幕，达到了理想的处理效果，本工程的止水方案是成功的。

5 经验总结

高压旋喷桩法在设计和施工中应结合现场情况，合理布设孔位，安排打设次序，避免对结构物或桥台产生较大的侧向挤压。严格控制高压旋喷桩的施工质量，保证桩的完整性和均匀性。

高压旋喷桩施工简便，施工周期短，施工质量易于控制。在本工程实际应用中，利用本技术制作的止水帷幕达到了理想的止水止砂效果，避免了沉井施工对交通道路路面下沉的风险，保障了道路交通安全，并加快了沉井施工进度，保证的施工质量，达到了较理想的经济及社会效果。

参考文献

1 地基处理手册编写委员会.地基处理手册[M].北京：中国建筑工程出版社，2000

2 叶观宝.地基加固新技术[M].2版.北京：机械工业出版社，2002

3 权可进.高压旋喷桩处理软土路基方法探讨[J].山西交通科技，2003，2：61～62