摘要：本文以日照体育公园工程的高压旋喷桩采用自喷自引三重管注浆法施工工艺为例，主要介绍在原有的粉喷钻机的基础上改变了高压气孔的位置，同时把原有的钻头更换为冲击钻头。普通三重旋喷适用于工业和民用建筑中的淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、湿陷性黄土等土质的施工，但是遇到岩层时成桩困难。改进后的旋喷工艺不仅延续了以前的各种优势，遇到岩层时也可以轻松成桩且克服了遇流沙层提钻困难的问题，为以后类似工程的施工提供了可借鉴经验。
关键词： 高压旋喷桩 三重管注浆法 改良工艺 止水帷幕
一、引言
随着地下室深基坑工程不断出现，在深基坑作业中，地下涌水经常困扰着工程技术人员。本工程地质条件复杂，根据地质报告：成桩深度范围内普遍存在流沙层且持力层为强风化花岗闪长岩与中风化花岗闪长岩，普通三重旋喷遇到岩层时成桩困难。改进后的旋喷工艺不仅延续了以前的各种优势，遇到岩层时也可以轻松成桩且克服了遇流沙层提钻困难的问题。帷幕止水不失为一种有效的措施，杜绝了地下水位下降引发的各种工程问题。
二、工程概况
图2.1日照体育公园项目效果图
日照市体育公园项目主要功能包含室外球场、全民健身广场、健身步道、配套商业等设施，全民健身综合馆（约3.6万m2）等。总建筑面积10.8万平方米。可满足保健、健身、瑜伽、体育舞蹈、乒乓球、单车、青少年儿童健身、各类文体培训及餐饮、社交等多种需求。该工程建筑结构形式为框架结构，地下二层车库、地上四层体育场馆，建筑高度为28.45m.高喷作为止水帷幕的施工机械，考虑整个场区西侧紧邻沙墩河，在地勘报告中显示地下成桩深度范围内普遍存在流沙层，河床底标高高于基坑底标高1.5m左右，地下水资源丰富。普通的成桩方法易塌孔，且在成桩深度范围内有强风化花岗闪长岩与中风化花岗闪长岩。采用普通的施工工艺无法成桩。因此在整个场区西侧设置嵌缝φ800的高压旋喷桩止水帷幕采用自喷自引三重管施工工艺进行施工。
三、工程特点
图3.1 高压旋喷桩分布图
日照体育公园项目为日照市重点项目，项目影响力大，惠及面广，质量安全要求高。本工程地质条件复杂，场区地貌单元属黄海陆域低山丘陵，为丘陵缓坡；地貌成因类型为河流侵蚀堆积，地貌类型为河流漫滩相。参照地质勘察报告内容，整个场区地层结构范围内自上而下大致共分为8层，依次为：①层素填土（Q4ml）103个钻孔揭露该层，②层粉质粘土（Q4al）：83个钻孔揭露该层，③层中粗砂（Q4al）：55个钻孔揭露该层，④层砾质粘性土（Q3el）：35个钻孔揭露该层，⑤层全风化花岗闪长岩：102个钻孔揭露该层，⑥层强风化花岗闪长岩：106个钻孔揭露该层，⑦层中风化花岗闪长岩：70个钻孔揭露该层，⑧层微风化花岗闪长岩：80个钻孔揭露该层。水文条件：钻孔控制深度内见地下水。地下水类型为第四系孔隙水和基岩裂隙水，第四系孔隙水赋存于砂层中，基岩裂隙水赋存于基岩风化裂隙中，水位较高，采用普通的施工工艺无法成桩，给施工带来一定难度和挑战。
四、施工方法
4.1 施工工艺流程
三管法旋喷是一种水、气喷射、浆液灌注搅拌混合喷射的方法。即用三层喷射管使高压水和空气同时横向喷射，并切割地基土体，借空气的上升力把被破碎的土由地表排除；于此同时，另一个喷嘴将水泥浆低压力喷射注入到被切割、搅拌的地基中，使水泥浆与土混合达到加固目的，其加固直径可达800～2000mm。
采用三管法旋喷，应先送高压水、再送水泥浆和压缩空气；喷射时先应达到预定的喷射压力、喷浆量后，再逐渐提升注浆管，注浆管分段提升的搭接长度不得小于200mm；当达到设计桩顶高度或地面出现溢浆现象时，应立即停止当前桩的旋喷工作，并将旋喷管拔出并清洗管路。三重管法是将水泥浆与压缩空气同时喷射，除可延长喷射距离、增大切削能力外，也可促进废土的排除，减轻加固体单位体积的重量。旋喷桩施工工艺流程见下图。
4.2单重、双重、三重、四重旋喷装置对比：
4.2 1.单重旋喷：只喷射水泥浆液，桩径最小，桩径一般 0.6m，一般用在松散、稍密沙层中，水泥用量一般小于200kg/m，正常施工速度一般在20cm/min。
4.2 2.双重旋喷：只喷射水泥浆液和空气，桩径一般在0.6~0.8m，一般用在中密沙层中，水泥用量一般小于300kg/m，正常施工速度一般在10~20cm/min。
4.2 3.三重旋喷：喷射水泥浆液、高压水和空气，机理是用高压水去切割土体，水泥浆随后填充切割后的土体，桩径一般1m~1.2m，可以在圆砾层内施工，水泥用量一般在400kg/m，正常施工速度一般在10~20cm/min。
4.2 4.自喷自引三重旋喷：喷射低压水泥浆液、高压水和高压气。与三重旋喷不同的是，自喷自引三重旋喷在钻杆的底部增加一个高压气孔，直接通过冲击钻头底部及四周的气孔喷射；且保留原有的侧面气孔，以便和高压水进行混合喷射。
图4.1 自喷自引高压旋喷桩原理示意图
图4.2 旋喷器示意图
4.3 操作要点
4.3.1 施工要点：
4.3.1.1基坑东西长212m、南北宽142.8m。本工程高压旋喷桩主要布设于基坑西侧呈线状布设，止水帷幕采用选用三重管高压旋喷桩作为止水帷幕；旋喷桩桩径800mm，间距600mm（搭接200mm），选用P.C42.5级水泥、掺量30%，旋喷桩深度12.0～15.0m；旋喷桩施工前需先进行预钻孔（引孔），预钻孔选用潜孔钻引孔，如有流沙不利于成孔，可使用自带冲击成孔功能的钻杆钻具由高压旋喷桩机完成自引孔。
4.3.1.2施工前先进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机就位。要求钻机安放保持水平，钻杆保持垂直，其倾斜度不得大于1%，钻孔的位置与设计为的偏差不得大于50mm。实际空位、洞穴、涌水、楼水及与工程地质报告不符等情况均应详细记录。
4.3.1.3先用工程钻机钻引孔，然后将高喷桩机钻杆对准引孔下钻，旋喷的工艺要求：由下而上进行喷射注浆。
4.3.1.4不同土层采取不同泵压及提升速度：在高压旋喷桩施工过程中合理利用泵压及提升速度，通过在差异较大的土层中采用不同的压力、提升速度的方法，以确保证桩身强度在各层土中的均匀性。从而更好的满足设计要求。
4.3.1.5提高水泥利用率：高压旋喷桩在施工过程中一般会有大量水泥浆返出造成浪费和污染，并且会影响工程桩质量。我们拟采用预扩孔措施并通过调整喷嘴直径和水压、钻机速度，减少水泥返出量，提高利用率。
4.3.1.6喷射时，先应达到预定的喷射压力，喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即进行检查，排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复核。
图4.3 高压旋喷桩施工流程图
4.4 高压旋喷桩工期计划
正式施工前，先进行一根工艺性试验桩施工，以便修订各项施工参数。
本工程高压旋喷桩施工拟定30天完成，共计369根桩，借鉴类似工程施工经验，同时考虑到环保部门对本工程施工时间段的要求，每台三重管高压旋喷桩机日产量一般为6根，则现场需用钻机台数为：221米÷0.6米/桩心距÷6根/台天÷30天≈2台，为此投入2台三重管高压旋喷桩机能确保按计划完成。
五、主要技术参数确定工艺参数
该高压旋喷桩施工采用自喷自引三重管施工工艺进行施工，采用P.C 42.5级普通硅酸盐水泥，为保证施工质量应严格遵守试桩要求，在展开大批量制桩前进行试桩，以校验施工工艺参数是否合理，现根据试桩用工艺提出高压旋喷桩施工参数见下：
旋喷桩径：800mm 搭接长度：200mm（即间距600mm）
桩长：14.5m（进入中风化岩顶面）
水泥掺量（选用42.5级水泥）：30% 每米用量：285Kg
水灰比：1.2～1.5 浆液流量：80-150L/min
旋喷水压力：25－30Mpa 旋喷气压力：0.7MPa
旋喷提升高度：15-20cm/min 旋喷速度：5-15r/min
钻孔垂直偏差 <1% 桩位偏差 <50
经试桩验证高压旋喷桩工艺参数切实可行，试桩质量高，则按上诉各项控制参数进行高压旋喷桩的后续施工。
六、结论
越来越多的深基坑工程不断出现，在深基坑作业中，一般钻机不能满足成孔要求，特别是有存在流沙层、风化花岗岩，使用潜孔钻会发生塌孔、成桩困难，影响施工。考虑以上两点对钻机进行改造，首先换用冲击钻头，以保证可以在岩层处施工作业，其次为了克服打到流沙层后，钻杆上提注浆过程中由于沙层的流沙作用导致钻杆无法上升或钻头掉落等情况，在钻杆底部增加高压气孔，一方面提高了下钻的效率，也在冲击岩层的过程中起到辅助的作用；另一方面，在钻杆上提过程中，高压气向下喷射，密闭空间中高压气将流沙冲开，且为钻杆上升提供牵引力，有效的克服了流沙提升困难及岩层两大难题，达到了自喷自引的效果，为今后类似工程的施工提供了可借鉴经验。
参考文献：
[1]无.
作者简介
1刘涛 项目经理 中建八局第二建设有限公司 E-mail：593812121@qq.com
2王海玉 项目总工 中建八局第二建设有限公司 E-mail：986628374@qq.com
3.刘丛满 项目副经理 中建八局第二建设有限公司 E-mail：524502100@qq.com
4 王亚君 项目专业工程师 中建八局第二建设有限公司 E-mail：757358986@qq.com
论文作者:刘涛,王海玉,刘丛满,王亚君
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/14
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