淤泥質(zhì)地層高壓旋噴樁施工中常見問題分析及處理

1、淤泥質(zhì)地層高壓旋噴樁施工中常見問題分析及處理摘要：由于實際地質(zhì)、土層條件等因素的影響，即使通過成樁試驗確定了相關 參數(shù)，高壓旋噴樁在施工中也會因?qū)嶋H條件而產(chǎn)生成樁質(zhì)量的差異。針對成樁質(zhì) 量問題，需結(jié)合實際條件分析原因并采取有針對性的措施，保證成樁質(zhì)量。關鍵詞：文海水庫；高壓旋噴樁；成樁質(zhì)量高壓旋噴樁是以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿、壓縮空氣、高壓水等噴入土層， 沖擊破壞土體，隨著鉆桿提升，將漿液與土粒強制拌和，形成柱狀固體，與原土 體形成復合地基共同承擔荷載的地基加固方法。目前，在水利工程中，高壓旋噴 樁廣泛運用于大壩基礎加固。其施工過程復雜，對參數(shù)控制要求較高，針對不同 特性的土層，施工參數(shù)及方法

2、也不盡相同。因此，施工前的試驗、施工中的質(zhì)量 控制尤為重要。加上基礎不穩(wěn)定性的影響，有時即便通過成樁試驗確定了較為合 適的參數(shù)，在施工中也會因?qū)嶋H條件而產(chǎn)生成樁質(zhì)量的差異。針對施工中成樁質(zhì) 量問題，需結(jié)合實際情況，分析原因并采取有針對性的措施，保證高壓旋噴樁在 不同的地質(zhì)情況下均能成樁良好并發(fā)揮其強度。1、工程概況文海水庫位于云南省麗江市玉龍縣城白沙鄉(xiāng)文海行政村境內(nèi)，是一座以農(nóng)業(yè) 灌溉為主的水利樞紐工程，水庫設計總庫容1217.0萬m，大壩為均質(zhì)土壩，壩 頂高程3086.50m，壩頂長973.877m，寬5.0m，最大壩高14.5m （含截水槽）， 壩體上、下游壩坡均為1:3.0。大壩0+10

3、0.0430+924.002m里程段壩基主要為軟流塑狀洪湖積淤泥質(zhì)黏 土層（Qpl+1），厚度1097.3m （中部大于97.3m，鉆孔未擊穿）；壩基淤泥質(zhì) 黏土抗滑穩(wěn)定性差、基礎承載力低。針對該情況，繼基礎開挖后，在0+100.43 0+924.002m段大壩上下游采用懸浮式振沖碎石樁進行滿堂加固處理，同時在 0+221.3310+891.582段開挖截水槽并采用深攪樁，結(jié)合0-089.4360+231.331、 0+891.5821+006.544段軸線帷幕灌漿進行防滲。為穩(wěn)定地基，防止基土被擠出 造成大壩滑坡，在大壩上下游增設了反壓平臺，反壓平臺上游頂部高程為 3081.00m，頂寬27

4、m；下游頂部高程為3082.00m，頂寬48.8m，最大高度為 5.5m，采用均質(zhì)土料填筑，下設1.2m厚碎石墊層及80cm厚塊石。由于反壓平臺 基礎是軟弱淤泥質(zhì)土層，流動性較大，后期大壩壩坡發(fā)生向上游的二次滑動，滑 弧延伸至反壓平臺基礎下部。為防止壩坡繼續(xù)滑動造成更大破壞，經(jīng)北京水利院 專家分析，將上游反壓平臺加高至3082.00m高程，頂寬加寬至47m，同時在上 下游反壓平臺底部進行了高壓旋噴樁處理，主要目的是提升地基的抗剪強度，用 以抵抗壩坡的部分滑動力矩。高壓旋噴樁設于反壓平臺底部，上下游各3排，呈 三角形布置，樁徑1m，間排距2.5m，最大處理深度為27m。2、高壓旋噴樁施工參數(shù)確定

5、2.1高壓旋噴樁深度的確定高壓旋噴樁灌注深度依據(jù)昆明西勘工程檢測研究所麗江市玉龍縣文海水庫 原位測試報告靜力觸探成果，處理底界線選取參數(shù)標準為：錐端阻力 qc0.8Mpa，側(cè)壁摩阻力fs20KPa，比貫入阻力ps20擊，重型動力觸探N63.52擊，以十 字板剪切試驗成果作為參考。本項目旋噴樁最大深度為27m。2.2樁孔平面位置的確定為避免高壓旋噴樁施工對壩基造成擾動，根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)，在上下游反壓平臺 與壩坡交界處外延8.5m為起點進行布樁。上下游各3排，孔間排距2.5m，呈正 三角形布置，樁徑不小于1m。2.3施工參數(shù)的確定施工參數(shù)通過高噴試驗確定。自2016年5月至2017年1月共進行了 6組

6、高 噴試驗，分別進行28d、90d鉆孔取芯、送檢，通過芯樣取芯率及檢測成果分析， 均未達到設計要求。2017年3月，通過招標確定山東宏達公司進行高噴試驗，試 驗進行三組，共布設10棵試驗樁，同時補樁5棵(復噴)。上游淺樁區(qū)布設2 棵，深樁區(qū)布設4棵；下游深樁區(qū)布設4棵樁。5棵補樁均在上游側(cè)，用以檢測 單樁單噴段和復噴段的成樁質(zhì)量。成樁試驗采用雙管法，擬定水泥耗量510-550kg/m，單噴壓力28MPa，注漿 流量55L/min；復噴壓力18MPa，注漿流量40L/min；底部靜噴3min；水灰比為 0.9:1，漿液密度1.55g/cm3。試樁完工后28d對試樁區(qū)進行鉆孔取樣，并根據(jù)試 驗檢測

7、成果及要求，不斷調(diào)整參數(shù)，重復試驗，直至試驗成果滿足設計要求為止， 設計要求的樁徑20.9m、無側(cè)限抗壓強度1Mpa。由于上游基礎含水量較高，高噴 水泥單耗偏低，導致取芯芯樣破碎，未達到送檢要求。為此，對上游加大水泥用 量，調(diào)整參數(shù)，進行二次高噴試驗，最終確定施工參數(shù)。高壓旋噴樁上下游施工 參數(shù)詳見詳見表3.1.1-1表3.1.1-3。3、施工方法高壓旋噴施工采用雙管法，下游分左右岸及河床段兩個區(qū)進行施工，施工時自左右岸向 河床段行進。左右岸基礎稍好，采用單噴即可滿足強度要求，河床段淤泥層含水量較高，為 保證成樁的整體性及強度滿足要求，第一次灌注后再進行復噴。上游劃分為兩個施工區(qū)，施 工時左右

8、岸及河床段同時進行，左右岸鉆孔深度19m，河床段鉆孔深度19mo上游左右岸 及河床段均進行復噴。4、淤泥質(zhì)土層高壓旋噴樁施工中產(chǎn)生的問題由于基礎淤泥質(zhì)土層的不穩(wěn)定性，文海水庫高壓旋噴樁在施工過程中出現(xiàn)樁身不均勻、 孔口縮徑等問題，具體歸納如下：成樁樁身上下不均勻，平臺下淤泥層上部010m范圍水泥土中水泥含量較高，而 下部樁身水泥土中水泥含量稀少，接近于原狀土，整體上呈現(xiàn)水泥含量上大下小的分布狀態(tài)。成樁樁身上部水泥土呈水泥灰白色，密度較小，強度較高；下部樁身水泥土呈淤泥 土色，保持了原狀土的密度狀態(tài)。樁徑較小，并且不均勻，呈現(xiàn)上粗下細的總體特征，底部已經(jīng)找不到樁身。施工試驗中曾用970kg/m的

9、水泥用量來測試水泥用量對成樁的影響，成樁質(zhì)量顯示: 充足的水泥用量仍然不能徹底改善樁身質(zhì)量的上下均勻性問題。施工過程中，旋噴結(jié)束后，樁孔內(nèi)水泥土漿液不但沒有下降，需要補漿，反而持續(xù) 外溢部分漿液。5、原因分析施工試驗之初，曾經(jīng)因為淤泥層處于流塑狀態(tài)，未能對淤泥層做引導孔處理，直接 下壓噴漿管至樁孔底部，淤泥對噴漿管的包裹作用，導致整個旋噴過程中幾乎不返漿，而在 遠處其他地表鉆孔處一直存在返漿返氣現(xiàn)象。這樣的噴漿環(huán)境將導致噴射入孔的水泥漿通過 封閉的樁身通道和串漿通道直接外溢流失，樁身處留存的水泥漿液較少，成樁質(zhì)量受到影響。根據(jù)多次試驗成樁質(zhì)量的總體特征，認為本工程旋噴樁未能達標的根本原因是地質(zhì)

10、 因素干擾了成樁的基本環(huán)境。旋噴樁成樁的工藝過程中隱含著一個基本的原理：樁孔內(nèi)水泥漿噴射過程形成的是土、 水和水泥混合漿液，在樁孔內(nèi)水壓力高于樁周水位水頭的情況下，旋噴過程中混合漿液中的 水分大部分會在終孔之前外滲和上溢(返漿)，終孔后尚有少部分水分外滲而需要多次補漿、 最終達到漿液失水和凝固的成樁條件。本工程所處的地質(zhì)環(huán)境是主要不利因素，處于流塑狀態(tài)的深厚淤泥土，滲透系數(shù)很低， 噴射進入樁身范圍的水泥土漿液不能在成樁過程中迅速失水，截至終孔漿液仍然是含水量很 高的混合漿液，同時伴隨著整體井孔的縮徑，樁身直徑呈現(xiàn)上粗下細的狀態(tài)。井壁在稠度較 高的水泥土漿液的壓力下，終止噴漿后樁身下部的縮孔尚未

11、停止，導致仍然有部分漿液外溢。 處于液態(tài)的水泥土漿液在凝固之前因為含水量高，而發(fā)生層析，樁身下部主要集中了縮徑和 下沉而來的土料，相對密度稍高；樁身上部主要是含水量較高的水泥漿在排水之前硬化而成， 形成的是較為疏松、相對密度稍低的水泥硬化體。本工程樁身土料有機質(zhì)含量較高，沒有顆粒類的可用于粘結(jié)成型的骨料，不利于形成均 勻，并且強度較高的水泥土樁身。6、問題處理由于工程環(huán)境不利于旋噴樁的成樁工藝需求，需要特殊的工藝處理程序來試驗性處置成 樁過程，主要解決減水、排水、減輕縮孔、改良土料、形成均勻的強度較高的水泥土樁身。用鉆機擴大導引孔到底，不再事先進行高壓水銑孔，直接用單管單孔法慢速高壓(25 30MPa)噴射，減少進入樁孔的水量，水泥漿液的密度大于1.51.6，水泥用量500kg/m， 注漿壓力13MPa，提管速度60150mm/min，旋噴轉(zhuǎn)速1015r/min，適當摻入2%4% 水玻璃或石膏等外加劑速凝早強。樁身13m以下部采用重復噴漿方法，局部地段加大每延米 樁身的水泥用量。根據(jù)現(xiàn)場鉆芯取樣情況，過一段周期后，重新鉆孔下噴管，在薄弱土層中 復噴注漿補強。7、結(jié)語復合地基土的強度與加固前基礎的情況息息相關，文海水庫壩址