水中深厚抛石层下的高压旋喷桩施工技术

第19卷 第12期 中 国 水 运 Vol.19 No.12 2019年 12月 China Water Transport December 2019 水中深厚抛石层下的高压旋喷桩施工技术 李富春，李洪斌，吕松青 （1.中交四航局广州南沙工程有限公司，广东 广州 510230；2.中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510230） 摘 要：为防止宁德核电厂北防波堤地基沉降，影响核电正常发电，采用高压旋喷桩的方式，对北防波堤深厚人工填石层下的粉细砂及淤泥质土进行加固。本文主要对水中深厚抛石层下旋喷桩施工难点、钢平台、旋喷桩施工方法、质量控制等方面进行阐述，解决北防波堤地基沉降问题，为以后类似工程施工积累宝贵经验。 关键词：厚抛石层；钢平台；高压旋喷桩；质量控制 中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）12-0195-02 一、引言 高压旋喷桩所用的材料为水泥浆，其利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，借以加固地基和防渗的目的。高压旋喷桩施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等优点，在房建、防波堤、高速公路等地基处理方面应用较为广泛。 二、北防波堤工程简介 宁德核电站取水渠北防波堤总长282m，上部采用斜坡堤型式，坡脚采用控制加载爆炸挤淤置换的地基处理方法。北防波堤施工完成后，在胸墙顶部设置沉降观测点，经测量其沉降较大。钻孔地质检测发现，北防波堤0+190~0+282里程及圆弧堤头段落底高程不符合设计要求，基底粉细砂层仍较厚，控制加载爆炸挤淤未完全落底；且北防波堤堤脚坐落在粉细砂层上，非稳定基层，北防波堤存在粉细砂液化失稳的可能。鉴于宁德核电1号机组已投入使用，北防波堤上部结构已基本完成的情况下，为防止北防波堤失稳，经专家论证决定采用高压旋喷桩方式对堤身以下粉细砂和淤泥质土进行加固处理，确保北防波堤满足抗震整体稳定性要求。 三、旋喷桩设计参数 高压旋喷桩处理深度及设计布置要求：旋喷桩的位置布置在-1.5m/-2.3m平台上，采用4排格栅式布置，单桩有效直径为0.7m，桩间距为0.5m，排距2.0m，如图1所示。桩顶进入人工填石层3.0m，桩底进入粉质粘土层3.0m，加固的地层为粉细砂层和淤泥质土层。 图1 旋喷桩布置图 收稿日期：2019-04-19 作者简介：李富春（1979-），男，中交四航局广州南沙工程有限公司，高级工程师。 四、关键施工技术及控制要点 1．抛石层上的钢平台 （1）钢平台设计构想 1）高压旋喷桩处于-1.5m/-2.3m平台位置，最高水位为+3.97m，陆地高程+5m，设计钢平台表面高程为+5m。 2）高压旋喷桩机宽度为11m，高24m，重量18t，钢平台搭设方式采用25t汽车吊+振动锤，其中振动锤重4.6t，钢管桩（12m）整根桩重1.4t。高压旋喷桩施工过程中水泥浆夹杂粉细砂不断冒出地面，形成水泥砂浆，将抛石层与钢管桩固结在一起，钢管桩很难拔出或采用大型设备才能施工，从钢平台承载能力及施工成本考虑，不拔出钢管桩的经济效益更好[1]，故本工程不考虑钢管桩的拔出工序。以搭设钢平台机械荷载为基准，设计钢平台承载设计值为350kN；以桩机宽度为基准，设计钢平台面宽12m。 3）考虑旋喷桩间距为0.5m，设计钢平台横梁之间的间距与旋喷桩桩间距同为0.5m。 4）沿着北防波堤堤脚平台位置进行旋喷桩加固，旋喷桩位于钢平台中间部位，钢平台设置为两段直线一个半圆形曲线。 （2）设计方案 钢平台基础采用ф630×8mm的钢管桩，横向桩间距4.5m，纵向桩间距6.0m，设计56排钢管桩，每排3根，共计168根，其中包括8个固定墩。桩顶横梁为I22工字钢，56根，桩顶纵梁采用2I40a工字钢连接，每排3根。I40工字钢顶面采用2×10m盖板覆盖，每块盖板由5根I22工字钢组成，间距0.5m，然后在上面铺设2×10×0.01m钢板，共计135片，钢管桩之间用[12槽钢剪刀撑连接。旋喷桩开始前，将钢板切割一个φ15cm的孔洞，以便钻杆下放，旋喷桩完成后，再焊接回去将其覆盖。钢平台较宽，设计三排纵梁，其中间一排钢管桩位于旋喷桩“口”型区域中间。 （3）钢管桩沉桩施工方法 1）钢管桩的沉放采用汽车吊+振动锤的施工方法。振动锤型号DZ60，功率60kW，由25t汽车吊吊着振动锤进行122 196 中 国 水 运 第19卷 钢管桩沉桩施工。 2）钢平台与陆地相接处的钢管桩采用混凝土浇筑，将钢管桩固定在陆上。 3）钢管桩沉桩直至不再下沉为止。 4）钢管桩施工工程中，必须使用导向架定位施打，确保钢管桩的位置准确与垂直度。本工程制作了简易导向架，制作安装方便，效果显著，十分实用。 导向架制作：导向架长7.5m，主梁由2根I22工字钢组成；端头为“口”型结构，前后两侧由16#槽钢焊接而成，“口”型尺寸为70×70cm，钢管桩直径为63cm，钢管桩四周各有3.5cm空隙；导向架主梁之间每隔1m设置一道16#槽钢横梁，主梁上表面由Φ12mm钢筋平铺（间距2cm）焊接，导向架两侧设置1.2m高Φ20mm钢筋护栏，设置18cm高的踢脚板。 导向架安装：首先在CAD图上量取下一排钢管桩与端头钢管桩之间的距离l与角度θ，再用GPS定位端头钢管桩中心位置，计算导向架固定位置，固定时确保距离与角度准确，圆弧段重点注意角度问题。导向架固定后再用GPS复测“口”型区域中心（钢管桩中心位置），若误差较大，则重新调整导向架的角度及距离，直至钢管桩位置误差在允许范围内[2]。导向架采用楔形钢板焊接固定，其固定位置有6个，两侧各有2个，端头由2个，确保沉桩时震动，导向架依然稳定。 （5）钢管桩沉桩完成后，及时进行横向与纵向剪刀撑的连接施工，剪刀撑由[12组成。 2．旋喷桩施工工艺 （1）旋喷桩施工参数 根据试验桩结果，召开专家评审会，综合试验桩效果与经济成本，专家进行讨论，确定主体旋喷桩施工参数见表1。 表1 旋喷桩参数表 提升速度旋转速度浆液压力浆液流量空气压力浆液水灰比 备注 （mm/min）（r/min） （MPa） （L/min） （MPa） 130~150 10~20 25~26 70~85 0.6~0.7 24h，以免对新制成的桩体造成扰动破坏。 2）用GPS测量桩位，将套管机移到现场随机指定的桩位处钻孔，钻孔孔径为Φ110mm，下放定位钢管，取芯完成后，割除定位钢管。定位钢管的底高程与桩顶高程一致，需引穿人工填石层后，将定位钢管上拔3m。 3）下放旋喷钻杆，旋喷桩施工采用冲击式高压旋喷机，将机械移至孔位，钻杆端头安装钻头，直接钻穿抛石层，下放钻杆至桩底。每根导管的长度分别为9.8、9.8、14.6m，根据先导孔的结果确定所下导管入土深度。同时，搅浆系统按照参数配比搅拌水泥浆，浆搅拌好后用比重计检测水泥浆是否合格，合格后方能使用，在旋喷过程中定时对输送的水泥浆进行检测，严格控制水灰比。 4）钻杆到位后进行高压旋喷。旋喷桩机旋转自传为定值，其大小为18r/min，按照参数要求确定提升速度，记录旋喷所用时间，严格控制提升速度。旋喷水泥浆流量采用流量计进行检测，流量控制在70~85L/min。 （3）旋喷桩桩检结果 施工质量检验宜在高压喷射注浆结束28d后进行，检查桩身水泥结石体取芯率及抗压强度。要求桩体取芯28d抗压强度：淤泥质粉质粘土层旋喷体≥1.2MPa、粉细砂层旋喷体≥1.8MPa[3]。 由监理工程师对下有定位钢管的138根旋喷桩选出69根进行取芯，在14个区中，每个区选取4~6根桩。取芯时，从桩顶处开始取芯，检测旋喷桩的抗压强度及完整性。根据现场取芯与试验结果，69根桩的芯样桩强及完整性均满足设计要求。 五、结束语 综上所述，本工程采用高压旋喷桩进行地基加固，施工区域地处海边，穿透深厚的抛石层、土层，施工过程未扰动原有结构，最终顺利完成施工，且北防波堤沉降收敛较快，有效减少了沉降量，效果可观。 参考文献 [1] JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008. [2] GB 50202-2018，建筑地基基础工程施工质量验收标准[S].北京：中国计划出版社，2018. [3] JGJ 79-2012，建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.[1] 沈照理，朱宛华，钟佐焱木.水文地球化学基础[M].北京：地质出版社，1993. [2] GB/T 14848-2017，地下水质量标准[S].2017. [3] 严明疆.地下水脆弱评价的必要性[J].新疆地质，2005，（3）. [4] 梁维敏，梁潇，王缇.浅谈农村水污染的成因与防治对策[J].天津农业科学，2011，17（03）：142-144. [5] 杨艺，王瑞卿，宋晓维.农村地下水污染现状、危害及防治对策[J].环境保护，2014，42（15）：34-36.1.2：1 水泥使用42.5硅酸盐水泥（2）施工方法 1）采用两管法高压旋喷灌浆方法施工，同一排按照3道分序施工，5孔孔序依次为Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅰ序孔，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。距离相近的孔或相邻近的同序孔钻孔和灌浆施工前后间隔时间应≥ （上接第176页）保护密切相关，因此，必须提高公众的环境保护意识，工业上加大对三废的治理力度，农业上尽量减少农药化肥的使用，降低或避免对地下水环境的影响。文章结合相关资料和工作实践经验，本文以德州市为例，通过调查分析该区域污染途径和地下水资源近年来的污染状况，从不同角度提出了一些防治措施，可为地下水环境保护和水资源可持续利用提供一定参考依据。 参考文献