模拟沉箱围堰下碎石基床旋喷桩试验方法和成果分析

摘要：文章以实际工程为例，对试验目的、试验场地布置、试验项目及内容进行了阐述，然后对试验指标及参数、试验步骤安排及工艺流程、试验设备进行了分析，最后对试验过程中出现的问题进行了讨论，并对试验成果与分析和功效进行了总结，为类似工程提供参考。

关键词：高喷试验；高压旋喷桩成桩工艺；制浆

文章编号：2096-4137（2018）09-072-03 DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2018.09.10

1 工程概况

本工程船坞临时围堰结构形式多样，除了利用船坞坞口两侧顺岸的沉箱结构，还有沉箱之间的土石坝围堰、坞口两侧顺岸沉箱后的土石圍堰组与后方陆域形成，沉箱围堰区域的止水帷幕采用双排1000@800的高压旋喷桩，坞口两侧顺岸的沉箱安装前进行基槽开挖疏浚至强风化岩面，开挖后的基槽开挖标高满足设计文件和相关标准的要求，基槽验收合格后，首先开始围堰沉箱部分的基床抛石，石料的规格是5～8cm碎石，再进行其他区域的块石抛填，围堰沉箱下部的5～8cm碎石级配必须满足技术规格书的要求，抛填的长度和宽度≥设计尺寸。根据本工程的设计技术文件和相关规范的要求，承包商必须根据围堰沉箱区域的地质情况，在本工程的施工场地类似地质区域内对围堰沉箱下的5～8cm碎石基床部分的高压旋喷桩止水帷幕进行模拟试验。

2 试验目的

（1）分别采用不同的施工参数，检验高压旋喷桩体的成桩直径大小、套接桩体的连接情况、套接桩及高压旋喷桩桩体的强度等。

（2）该次高压旋喷桩分别穿过5～8cm碎石层和强风化岩，了解碎石层的成孔进度，以及高压旋喷桩的成桩效果。

（3）确定高压旋喷桩的最终施工技术参数和防治措施。

（4）确定5～8cm碎石区域的三桩套接高压旋喷桩桩间的渗水量。

3 试验场地布置

3.1 试验场地平面布置图

如图1所示为试验场地平面布置图。

3.2 沉箱下部5～8cm碎石基床模拟试验场地

选择在本工程的地质详勘ZK12、ZK166、ZK188、ZK211区域，这些钻孔柱状图显示该区域的强风化岩面较浅位置，地表下4m即达到强风化岩面，与沉箱下5～8cm碎石基床的厚度接近，使得模拟试验更加接近实际情况。

场地形成：先清除表面残积土，开挖至强风化岩层，开挖基坑尺寸是10m×20m，再抛填5～8cm级配碎石（与沉箱底部抛填的碎石级配相同），抛填厚度4.0～5.0m之间，抛填范围：长约20m、宽约10m，适度碾压整平。

4 试验项目及内容

4.1 高喷试验孔位布置

如图2所示为5～8cm碎石层旋喷桩试验布置示意图。

4.2 沉箱下部5～8cm碎石基床模拟试验

（1）单桩试验。采用3种施工参数做3个旋喷单桩试验；试验完成后进行开挖检查，以确定不同试验参数下的旋喷桩体的有效桩径等，进一步确定相互套接旋喷桩的试验参数。

（2）三桩套接试验。根据单桩试验选择一组参数，自地面至强风化岩砂页岩下5m，做3根相互套接的旋喷桩（模拟两排1000@800旋喷桩）。达到一定龄期后在三角中心处进行钻孔取芯、注水和开挖检查，检查三桩桩体的连接情况和墙体的连续性、完整性、渗透性及桩体强度。

5 试验指标、工艺流程及施工步骤

5.1 试验技术指标

（1）各个土层桩体套接的渗透系数：K= i×10-6cm/s，i=1～9。

（2）全孔整体的桩体套接渗透系数：K= i×10-6cm/s ，i=1～9。

（3）桩体强度：≥1.5MPa。

5.2 试验顺序及工艺流程

沉箱下部5～8cm碎石基床模拟试验：先进行单桩施工，然后进行三桩套接。

高喷套接孔：每根桩间隔施工，间隔时间为24h以上。

高喷试验施工施工工艺流程主要如下：复核→测放孔位→钻孔→下喷射管→高压浆液、压缩空气→喷射→旋喷提升→成桩→质量检查。

5.3 施工步骤

5.3.1 孔位放样

在试验区10m×20m的5～8cm碎石分别放样3根单桩的位置，和一处三桩套接的位置，单桩的间距为2m，三桩套接的位置离单桩是5m。

5.3.2 基坑灌水

利用抽水抽调海水灌入5～ 8cm碎石坑内，确保海水灌满10m×20m的基坑内，并确保基坑内的海水一直处于饱满状态，类似于5～8cm碎石处于海里状态。

5.3.3 钻孔

（1）本次钻孔的采用回旋地质钻机进行钻探作业，钻探采用合金钻头，钻孔直径Φ130mm，按照地质勘探施工规范的要求保证钻探孔的倾斜率，并采用膨润土制作泥浆固壁。

（2）孔斜率控制。采用水平尺放置于钻机的底座上，调整钻机的水平度，同时也采用重力吊坠校正钻机立轴垂直度，并利用铆钉将钻机底座固定于垫块上，并在钻机的周围布设锚定块支撑钻机不得移位。另外，也要控制好钻孔的进尺速度，确保钻机在钻孔过程中不会偏位造成钻孔倾斜。

5.3.4 制浆。

（1）喷浆材料。根据设计文件要求，本工程的水泥采用 32.5级普通硅酸盐水泥，水泥进场必须持有生产厂家合格的质检报告，并根据材料进场检测的要求进行取样检验。

（2）施工用水。搅拌水泥浆的水采用自来水，自来水从厂区的管网接入施工现场。

（3）配置浆液。根据配合比拌制水泥浆，控制浆液为比重1.45～1.50，并使用比重计检测水泥浆的比重，搅拌机拌制浆液做到连续均匀，搅拌时间≥30s。一次搅拌浆液使用时间亦控制在水泥初凝时间以内，水泥浆灌注前必须进行一道过滤程序。

5.3.5 设备就位和灌浆

（1）设备就位。旋喷桩台车移动至已经完成先导引孔的桩位上，调整旋喷桩台车至水平，并调整喷浆管道的垂直度。

（2）下喷射管。旋喷桩灌浆开始前，应该检查设备的工作运行情况，主要有高压泵、空压机和高压输浆管道，特别要注意检查高压输浆管道的接头连接状态，这些检查工作完成后，方可放下旋喷桩设备的喷浆管道。

（3）喷射灌浆。旋喷桩的喷浆管管口下至先导孔的底标高后，启动输送水泥浆和压缩空气，待泵送和空压机的压力达到设计值，并且孔口伴有水泥浆溢满孔口的情况下，按照拟定的提速、转速提升喷浆管进行喷浆作业。如果孔口水泥浆位下降，应停止提升喷浆管，并且充填泥浆和中粗砂的拌和物，待孔口返浆正常后再正常提升喷管，并复喷深度≥0.2m。

5.3.6 回灌

旋喷桩喷浆结束后，随即向喷射孔进行静压充填灌浆，直到孔口的浆面不再下降为止，以确保旋喷桩止水芯墙的标高满足设计文件的要求。

6 试验成果与分析

根據沉箱下部5～8cm碎石基床模拟试验先导孔DK-4钻孔取芯分析碎石区模拟试验区地质情况如下：▽6.24m～▽1.74m属人工填筑碎石层，粒径5～8cm、松散；▽1.74m～▽-1.76m为强风化层，松散、含砂量较高；▽-1.76m～▽-2.26m为中风化风化花岗岩，成块状、柱状。取芯情况良好，芯样呈柱状、连续。桩体取芯结束后，进行全孔注水试验。检测渗透系数K=1.49×10-6cm/s；墙体抗压强度为2.7MPa，满足规范和设计要求。

6.1 试验单桩检查

试验结束后7d，2012年12月16日进行了开挖检查，开挖深度为3.0m，成桩效果良好，碎石与水泥胶结密实，无空隙，直观止水效果好，旋喷桩体密实均匀，强度较高。DK-1桩径1.80m，单桩碎石层分别提升速度9cm/min；DK-2桩径2.00m，单桩碎石层分别提升速度11cm/min；DK-3桩径1.60m，单桩碎石层分别提升速度13cm/min。

6.2 套接桩检查

在旋喷套接中喷灌完成后，在三桩交接中心进行钻孔取芯和注水试验，检查桩体强度和渗透系数，检查孔孔号J3。桩体芯样呈块状、短柱状。桩体取芯结束后，进行全孔注水试验。检测渗透系数K=1.03×10-6cm/s；墙体抗压强度为3.0MPa，满足规范和设计要求。

7 工效分析

根据本次试验结果可推知1台钻机在碎石基床的工效为平均每天可完成钻孔15m，在强风化岩层每天进度是25m；主要是碎石层的级配单一容易造成塌孔和卡钻的现象，对施工进度的影响比较大。

1台旋喷桩喷浆机在回填碎石区的工效为平均每天可灌浆50～60m，强风化岩区域的每天灌浆90～100m，主要就是受到碎石层漏浆严重，并且塌孔的情况下碎石会卡住喷浆管，造成喷浆管旋转受阻等情况发生。

8 结语

综上所述，从试验检查结果来看，旋喷桩喷浆在碎石基床区域提升速度控制在9cm/min、强风化层提升速度13cm/min，以及碎石区嵌入强风化岩下4m，作为施工参数试验参数能满足设计或规范要求，以上试验参数可作为沉箱围堰区域旋喷桩止水帷幕的施工参数，以及本次试验的方法和所取得的成果也可为类似工程起到借鉴作用。

[1]杨海亮，孙龙华，刘权富.旋喷桩工艺性试验探究[J].东北水利水电，2016，（7）.

[2]陈东俊.高压旋喷止水帷幕在船坞围堰工程中的应用[J].港工技术，2013，（5）.

（作者系中交第三航务工程局有限公司厦门分公司工程师）