搅拌桩+旋喷桩在盾构端头加固中的应用研究_刘德新.pdf

专题研究SPECIAL RESEARCH88 建筑机械搅拌桩+旋喷桩在盾构端头加固中的应用研究刘德新，庄值政，王文清，胡平平，刘 鹏（中交一公局第九工程有限公司，广东 广州 511300）摘要盾构进洞端头土体加固为盾构始发前一项重点分项工程。本文结合广州地铁12号线某区间盾构始发端头加固，针对该地层特性，经过筛选多种加固工艺，选择三轴搅拌桩+三重管高压旋喷桩的组合方式施工。通过研究及实践表明该工艺成功应用，确保了盾构始发进洞时的安全性及稳定性。关键词盾构端头；三轴搅拌桩；高压旋喷桩中图分类号U455.43 文献标识码B 文章编号1001-554X（2023）02-0088-04Application of mixing pile and jet grouting pile in shield end reinforcementLIU De-xin，ZHUANG Zhi-zheng，WANG Wen-qing，HU Ping-ping，LIU Peng广州地铁12号线某区间盾构始发端头土体加固因受场地条件限制及外界因素制约，结合水文地质条件，采取三轴搅拌桩+高压旋喷桩组合工法施工，合理优化工期，确保加固质量，盾构顺利完成始发。1 盾构始发端头加固工程概况该区间盾构始发端头土体加固以三轴水泥搅拌桩为主、车站地连墙与搅拌桩之间的间隙使用三重管高压旋喷桩为辅相结合的方式进行。该工法既能固结土体又能起到很好的止水效果。设计加固区域为：隧道左右边线两侧各延伸3m、隧道底部、顶部各延伸3m范围内为土体强加固区域，隧道顶部以上3m到地表为土体弱加固区域，加固长度为9.0m，宽度为12.9m。三轴搅拌桩强加固区加固体积约2910m3，水泥掺量取20%；弱加固区加固体积约1600m3，水泥掺量取8%；高压旋喷桩加固体积约320m3，水泥掺量取35%。始发端头加固平面图如图1所示，加固区自上而下地层如图2 所示。始发端地层中分布有孔隙承压水层，分为第一含水层和第二孔隙承压水层。第一孔隙承压含水层为3黏质粉土、3砂质粉土、3粉砂；第二孔隙承压含水层主要为1粉细砂、3砾砂、4圆砾、1粉细砂、2中砂、3砾砂、4 圆砾。维护结构旋喷桩包角真空降水井主体结构左线线路中心左、右线间采用一排搅拌桩封闭30.1m6.9m6.9m3m3m3m3m1m0.35m4.3m29.4m0.35m2m1m右线线路中心A三重管旋喷桩加固盾构始发井BBA16.2m旋喷桩包角三轴搅拌桩加固三轴搅拌桩加固2.5m0.5m3m3m3m2.6m2.15m0.85m0.4m3m3m 0.5m2.5m图1 始发端头加固平面图2 三轴搅拌桩+高压旋喷桩结合加固工法适用性（1）适用范围。三轴搅拌桩+高压旋喷桩加固工法适用于流塑、软塑或可塑状粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉 DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.02.011收稿日期2022-09-30通讯地址刘德新，广东省广州市增城区永宁街道创新大道16号CONSTRUCTION MACHINERY 892023/02总第564期砂层、富水砂层、圆砾等多种地层的加固。维护结构推进方向地面标高3.880三重管旋喷桩加固盾构始发井三轴搅拌桩弱加固三轴搅拌桩强加固-11.580-16.030-3.1308600400300069003000129003.8802.7700.180-3.220-5.620-14.920-15.00-10.00-5.000.005.00高程/m（1985国家高程基准）1 杂填土2 素填土1 淤泥质粘土2 淤泥质粉质粘土3 粘质粉土Kv=0.31，Kh=0.50Kv=0.18，Kh=0.26Kv=46.3，Kh=63.7Kv=0.28，Kh=0.33图2 加固区地层剖面图/mm（2）工法特点。施工工艺简单、机械化程度高、施工噪声低、加固范围可控、成本低，两者相结合，取长补短，使土体加固整体效果好，大大提高土体的抗剪强度，同时确保土体加固的均匀性、密封性，起到防渗挡墙的作用。该加固区域软土层富含地下水，以三轴搅拌桩为主、高压旋喷为辅的组合工法进行加固。三轴搅拌桩加固后与连续墙间的空隙采用三重管高压旋喷桩施工，两者组合以此作为止水帷幕。加固体范围为：隧道左右边线两侧各延伸3m，隧道底部、顶部各延伸3m范围内为土体强加固区域，隧道顶部以上3m到地表为土体弱加固区域，沿线路推进方向9m。要求加固区土体整体性强、止水性好。同时要求加固区域28天无侧限抗压强度检测值0.8MPa，渗透系数10-7cm/s。由图2可知，该加固端头隧道范围内及隧道顶部3m均属于强加固区，且处于第二孔隙承压水层：1层淤泥质粘土、3层黏质粉土、2层淤泥质粉质黏土，施工时机械扰动土体，存在承压水沿地层间隙渗出地面的风险。3 三轴搅拌桩+高压旋喷桩结合工法技术应用3.1 施工设备选型为保证端头加固体质量，采用直径850mm、桩中心间距600mm三轴搅拌桩加固，搅拌桩与车站地连墙之间400mm空隙采用直径为800mm、桩中心间距550mm的三重管高压旋喷桩加固。两者施工中所用机械设备如表1、表2所示。表1 三轴搅拌桩施工机具使用表序号机具名称单位数量功率/kW1三轴搅拌桩机台1902制浆系统套1403注浆机台213.54空气压缩机台1355存浆罐个26挖掘机台1765t水泥罐个3表2 三重管高压旋喷桩施工机具使用表序号机具名称单位数量功率/kW1高压旋喷钻机台1112清洗泵台1453泥浆泵台118.54污水泵台15.55压力控制柜台16拌浆桶个27空气压缩机台1358存浆罐个2965t水泥罐个33.2 施工工艺3.2.1 三轴搅拌桩加固（1）参数设定。选择合理的施工参数如表3所示，保证三轴搅拌桩的加固质量。（2）场地平整和放点。先将施工场地杂物清理掉，场地找平处理，然后由测量人员进行桩位放点标记，按照设计图给出的坐标在实际场地将每根桩位的中心点标记出来，并放出开挖沟槽具体尺寸，在图纸上对桩位进行排序处理，桩径中心点误差15mm。（3）沟槽开挖。专题研究SPECIAL RESEARCH90 建筑机械表3 三轴搅拌桩施工参数序号技术参数参数指标1水泥掺入比/%实桩：20/82浆液流量L/min901653水灰比1.32.14压浆压力/MPa0.350.85下杆速度/（m/min）0.40.96提杆速度/（m/min）0.81.77桩体28d无侧限抗压强度/MPa0.88浆液比重/（g/cm3）1.251.339桩体每沿米水泥用量（土的重度按1900kg/m3计）/（kg/m）20%掺量：215.528%掺量：86.2确定好同一断面上的三轴搅拌桩中心位置后，用挖掘机开挖出一条槽沟。该沟槽深度约0.91.3m，宽1.3m。若因开挖造成土体塌落至槽内时，应及时捞取出来，清除槽内一切障碍物，以保证打桩机工作时水平稳定，减小成桩误差。（4）打桩机站位。在打桩机履带下铺垫钢板，行走时操作人员应主动环顾四周的场地状况。若发现有障碍物影响行走、旋转时应及时将其清理；行走至指定桩位后，检查钻孔位置是否有偏差及时纠偏，桩位偏差应该不大于15mm。打桩机站位应平整、稳定，用水平仪或全站仪进行测量，确保钻杆的垂直度符合设计要求，成桩后的垂直度偏差应小于1/200。（5）浆液制作。在场地运用1套计算机系统按照预先设定好的参数自动计算并加入水泥量及惨水量后搅拌，制作成浆液，保证了浆液的质量。该水泥浆液的水灰比为1.32.1。强加固区桩体28天无侧限抗压强度qu1.0MPa，弱加固区的强度不低于0.5MPa，渗透系数110-7cm/s。（6）钻孔搅拌。三轴水泥搅拌桩在钻孔成桩时，必须保证水泥浆液和地下土层同步、匀速进行。同时，保证在钻进下杆和提杆过程中匀速的搅拌土体与浆液压注，并时刻把控下杆和提杆时的压力和速度变化，谨防堵管现象发生。下杆速度控制在0.40.9m/min，提杆速度控制在0.81.7m/min。钻孔喷浆。启动注浆泵，水泥浆液从钻头上的喷嘴喷出，当达到指定压力后开始下杆钻入土体，同时进行搅拌，并根据打试桩时的参数反馈情况调节注浆泵挡位及压力，以保证喷射的浆液方量符合设计要求。在钻孔搅拌过程中应保持浆液喷射的连续性。若存在较小部位喷浆量不足时（浆液喷射期间可以测取泥浆的比重，然后根据注浆泵上的流量计读数从而得知注浆量），应在最后的提杆阶段进行重复补浆。提杆喷浆。钻孔达到设计桩深后，钻头原地旋转并喷射泥浆，停留1530s后，将钻杆从搅拌桩底部开始匀速反转向上提杆搅拌，喷射水泥浆液，直到喷射至沟槽底部位置。为保证各桩的成孔质量，采用后退跳孔式衔接，如图3所示。施工顺序一施工顺序三施工顺序二施工顺序五施工顺序四图3 跳孔式衔接成桩示意图3.2.2 三重管高压旋喷桩加固（1）选择合理的施工参数，保证三重管高压旋喷桩的加固质量，如表4所示。（2）为了保证成桩后的质量，正式施工之前应该先打试桩。试桩打设需遵循钻机、注浆泵设备性能等相关参数进行确定。根据钻孔及喷浆压力、下杆、提杆速度、旋喷速度、水灰比、水泥掺量等参数，各打1根试验桩，桩深尺寸控制在15m。试验桩施工完成后7天检测桩体质量，检测指标包括旋喷桩体直径、成桩后整体性以及桩身土体的强度等。最终参考设计给出的标准值进行优化，选取合理、科学的施工参数，方可正式施工。（3）桩位放点。由测量人员进行桩位放点标记，按照设计图给出的坐标在实际场地将每根桩位的中心点标记出来，并按照图纸对桩位进行排序处理，放样后的桩径中心点误差15mm。CONSTRUCTION MACHINERY 912023/02总第564期表4 三轴搅拌桩施工参数项目技术参数压缩空气气压/MPa0.7供气量/（m3/min）0.62.2水喷浆压力/MPa2032浆液流量/（L/min）75130喷嘴直径/mm1.53.0水泥浆注浆压力/MPa2530流量/（L/min）30L/min水灰比0.71.0旋喷提升速度/（cm/min）1525钻孔提升钻速/（r/min）1520桩 体 每 延 米 水 泥 用 量（土 的 密 度 按1900kg/m3计）35%掺量：316.51kg/m（4）钻机站位。桩位放点完成后，移动钻机到指定点位，需将钻机钻杆对准桩位中心，保证钻机的水平及垂直度，中心偏差30mm。（5）下杆钻孔。喷射水泥浆之前先喷水进行旋转钻孔，钻头直径108mm，每个桩成桩长度偏差应控制在50mm。钻孔时应保持钻机底部支撑架水平，钻杆与地面垂直。（6）喷浆。旋喷桩施工应采取“隔一跳一”的成孔方式进行，即先施工第一顺序编号为相邻奇数号桩位（例如：1、3、5），再施工第二顺序编号为相邻偶数号桩位（例如：2、4、6）。相邻桩位施工时间应间隔24h，最大限度的保证先施工的桩体终凝。喷射水泥浆之前先喷水检查管路、钻头、喷嘴是否有堵塞现象。钻杆底部的钻头下钻至设计桩深以下50mm后，在原地喷射浆液，观察注浆压力及浆液流量正常后，从下往上逐渐旋转钻杆、喷射泥浆直到提杆至沟槽底部。喷浆期间严格控制钻杆提杆速度，时刻关注注浆压力、浆液流量、浆液比重等重要参数，确保成桩 质量。3.3 质量检查（1）垂直取芯检查。采用钻取桩芯的方法检验桩长和桩身强度，钻取桩芯采用110钻头，搅拌桩钻芯数量不少于总数的1%，且不应少于5点，钻孔取芯完成后的空隙应及时注浆填充。（2）洞门水平探孔检查。探孔沿洞门布置9孔，主要分布在洞门四周及中心区域，探孔深度3m。如探孔存在涌水及流砂现象，需及时采取封堵加固等措施，确保始发时的安全。4 结束语综上所述，本工程采取三轴搅拌桩+三重管高压旋喷桩的组合加固工法，规避了破除洞门连续墙时涌砂、涌水、坍塌等风险。结合施工场地受限、外界因素制约，该工法的成功应用缩短了工期1.5个月，保证了盾构始发节点。同时，改善了周边土体质量，为后期洞门密封防水施做及运营安全奠定了基础，减少了洞门渗漏水风险。该工法的成功应用为后续类似该地层地铁施工端头土体加固提供了借鉴经验。参考文献1何帅.浅谈搅拌桩+旋喷桩盾构端头加固技术应用A.中国铁道学会工程分会.中国铁道学会工程分会第七