單管高壓旋噴加固樁基礎在軟土中的應用

1雙索面5跨連續鋼箱梁斜拉橋杭州海大橋北航道大橋是一座帶形的傾斜橋，有五個連接體鋼框架。半徑為70m160m和4mg/160m，全長908m。1.1北航道橋主墩下至樁基鋼護筒底口高程和土體結構杭州灣屬強潮河口灣,潮汐類型為不規則半日淺海潮,并有明顯的日、夜潮不等現象,橋位處實測最高潮位+5.54m,最大潮差7.57m,最大流速2.81m/s。北航道橋主墩處海床面高程約為-10.0m,表層為亞砂土,其下至樁基鋼護筒底口(-40m標高)范圍主要由淤泥質亞粘土、淤泥質粘土、亞粘土、粘性土、亞砂土、粉砂層組成,其中淤泥質土層呈飽和流塑狀,其余土層為飽和軟塑狀,鋼護筒底口上下的土層含貝殼類物質,具有強透水性。海底表層亞砂土分布有潛水,標高在-40m左右的亞砂土、粉砂土層分布有微承壓水。1.2樁基鋼護筒變形卡鉆杭州灣跨海大橋北航道橋主墩為26根鉆孔灌注樁群樁基礎,樁徑為280cm,樁長125m,設計樁底標高-125.8m;樁基鋼護筒壁厚為18mm,直徑為310cm,長48.5m,鋼護筒底口要求振至標高-40m,入土約30m。B11號主墩在樁基施工過程中累計發現有11根樁基鋼護筒底部約3～5m范圍內發生不同程度的變形,導致直徑為2.8m的鉆頭無法穿過鋼護筒底口繼續鉆進。對變形的鋼護筒采用潛水員水下切割的方法將底部變形部分予以割除。經實踐證明水下切割解決鋼護筒變形卡鉆是可行的,但同時卻帶來了鉆孔漏漿、串孔以及塌孔等一系列的問題。B11號主墩樁基施工平面見圖1所示,圖中有斜線陰影的樁位表示該樁鋼護簡底口有變形。2上分層開采影響樁基成孔施工發生變形的樁基鋼護筒,經水下切割處理后在鉆進過程中又出現漏漿現象,甚至造成串孔、塌孔等災難性后果,嚴重影響了鉆孔施工。主要原因是由于鋼護筒底口上下土層巖性介于濕陷性和膨脹性土之間,在鋼護筒變形處理過程中經海水浸泡后整個土體結構受到擾動破壞,加之受分布于在標高-40m左右承壓水作用而形成薄弱的徑流通道,從而造成樁基成孔施工過程中出現漏漿、串孔,進而引起大方量塌孔,甚至有可能影響樁基承載能力。建議進行地基加固后,再進行樁基成孔施工。為確保杭州灣跨海大橋北航道橋主墩樁基的施工質量,解決施工過程中出現的諸如漏漿、串孔、塌孔等一系列問題,采用單管高壓旋噴進行地質加固的施工方案。2.1高粘度低標記漿體材料護孔的配制為防止高壓旋噴施工過程中水泥漿液進入鋼護筒而影響成孔施工,采取了用高粘性低標號漿體材料的護孔措施。鑒于鋼護筒基底是“泡”軟的,為減少基底浸泡時間,通過試驗配制了一種以膨潤土、水泥、外摻劑為主要原料的高粘性低標號漿體材料護孔。實踐表明以上回填輔助措施是有效的。2.2旋噴高度控制根據主墩樁基具體土層地質情況,考慮單管高壓旋噴體的有效作用半徑為40cm,旋噴高度控制在標高-45～-10m,共計約35m范圍。高壓旋噴有關參數見表1,考慮地層擾動,局部土層位置注漿量可能還要增加。2.3單管高壓噴射施工高噴鉆孔采用XY300鉆機鉆進成孔,GB-90灌漿泵進行注漿。2.3.1旋噴管的布置由于主墩墩位處水深流急,若在鋼護筒外圍進行高壓旋噴施工,必須事先下放套管,才能將高壓旋噴鉆頭經過套管的保護和導向作用下放到準確位置。根據設計的旋噴體有效作用半徑(40cm)沿鋼護筒外側30cm、60cm、90cm的圓周上交錯呈梅花狀布置3圈3×23根旋噴用鋼套管。套管采用ue001φ100×6的無縫鋼管,每根套管長度考慮從平臺面至河床面以下3.5m,共計26m。套管下放安裝必須嚴格控制平面位置(不超過10cm)和垂直度(不大于1/200)。套管安裝完畢后方可逐根進行單管高壓旋噴施工。2.3.2注漿作業方法單管高壓旋噴加固地基的施工工藝流程為:布孔定位→鉆孔→下噴漿管→制漿→噴漿→質量控制→噴漿結束。高壓旋噴時應注意以下問題:(1)采用一次性注漿。為保證旋噴質量,將孔位進行編號,分為Ⅰ序孔和Ⅱ序孔,交叉進行旋噴作業。(2)鉆機應按設計樁位準確定位,并必須做水平校正,控制成孔偏斜不大于0.5%。當鉆至設計深度時,及時按設計配合比制備好水泥漿液,按以下步驟進行操作:原地旋轉噴管——輸入水泥漿液待泵壓力升至設計規定值——按設計的提升速度提升旋噴管,進行由下往上的旋噴作業。(3)旋噴作業過程中,若發生機械故障,拆卸注漿管后重新進行旋噴作業的搭接長度不應小于0.30m。如進行補灌或重復注漿,一定要在漿液初凝時間內進行。(4)在旋噴作業過程中,應經常測試水泥漿液比重。根據地層情況,可以適當調整水泥添加劑用量來調整漿液性能,以適應注漿需要。當漿液比重比設計規定值超過0.10時,應重新調整漿液水灰比。(5)旋噴注漿過程中,專人負責調整、檢查高壓泥漿泵壓力、漿液流量、噴機旋轉和提升速度及實際的漿液耗用量。(6)接近鋼護筒切割縫上面2.0m范圍,應慢速提升旋噴管,提升速度為5～10cm/min。2.4高壓旋噴樁基成孔試驗為檢驗單管高壓旋噴體的成樁效果,特對26號樁進行了現場取芯。取芯孔位離鋼護筒邊緣距離約45cm,取芯標高為-11.3～-44.3m。其中在標高-11.3～-19.5m以及-29.2～-44.3m范圍所取芯樣完整,為水泥漿體,而標高在-19.5～-29.2m范圍芯樣略顯松散,為水泥漿體與土體混合物。將所取芯樣做壓力試驗,所得結果見表2。從試壓強度結果分析,單管高壓旋噴施工達到了設計效果。于是高壓旋噴施工完成后,對26號樁進行了樁基成孔施工。施工過程中未出現漏漿、串孔以及塌孔現象。終孔后用超聲波檢孔儀進行成孔檢測,垂直度為1/1200,孔徑為2.82～2.83m。各項指標均符合設計要求之后順利完成了樁基混凝土的灌注施工單管高壓旋噴地基加固處理方案,有效地解決了剩余樁基施工中漏漿、串孔或塌孔等問題,確保了主墩樁基的順利完成。3單管高壓旋噴施工技術的特點