富水砂卵石地层超高压旋喷桩施工技术研究

任 军1，范长春2，李 博3，*

(1. 中交隧道工程局有限公司，北京 100102； 2. 北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068； 3. 中国地质大学(北京)工程技术学院，北京 100083)

摘 要：超高压旋喷桩以其优异的地基加固效果和挡土挡水性能被深基坑工程广泛使用，而该技术在富水砂卵石地层中的桩体质量及桩间咬合程度均较难控制。通过现场试验的方法，对高压旋喷桩在富水砂卵石地层中的加固效果进行验证。结果表明：超高压旋喷注浆技术基本实现了不同土层的有效土层置换加固；在合理布置旋喷桩间距的前提下，各土层中均可形成密实的咬合体；在粉细砂及粉质黏土等细颗粒土层中，加固直径可以达到2m以上；在富水砂卵石地层中，加固直径可达1.9m。根据试验结果，提出了适用于富水砂卵石地层中的高压旋喷桩施工参数建议值。

关键词：砂卵石层；超高压；旋喷桩施工；注浆

随着技术水平和机械设备的发展，超高压旋喷注浆加固技术已相对成熟，其在地基加固方面取得了良好的应用效果。胡奇凡等在北京某工程基坑中的富水密实卵石地层中开展超高压旋喷注浆法加固现场试验，证明了超高压旋喷注浆技术在超深富水卵砾石地层中的适用性[1]；徐中圣通过试验探索了超高压旋喷注浆加固技术在富水卵砾石地层中进行地层加固和止水加固的可行性[2]；胡欣等介绍了某地区超深高压旋喷桩隔断第一承压含水层的现场试验情况,并对深达29m的广东富力大厦基坑进行了降水设计[3]；顾红伟等通过研究发现，江苏沿海高速公路连盐段的软土路基采用超高压旋喷注浆加固技术处理后，其沉降仅为2.6cm，并且节约了大量的工程成本[4]；唐君等结合实践，验证了超高压旋喷注浆加固技术在基坑支护方面发挥着重要的作用，如某基坑采用了高压旋喷桩内插H型钢技术，既减少了泥炭土的流失，又满足了基坑支护结构的承载力要求，保证了二次开挖过程中基坑及临近建筑物的安全[5]；胡晓虎等结合日本京都高速公路1号线应用实例，论证了超高压喷射桩加固技术在该项目中取得了有效的隔水和加固效果[6]；黄性朋以天津滨海轨道交通Z4线文化中心站碎石地层为例，论证了采用超高压喷射桩加固技术与高压旋喷注浆加固技术组合施工，可使其桩身强度及抗渗能力均满足工程要求[7]。本文结合北京地铁8号线永定门外站富水砂卵石地层中超高压旋喷桩施工实例，对其桩径、桩身强度以及抗渗性能进行研究，为类似地层的RJP旋喷桩施工提供经验及参考。

1 工程概况

北京地铁8号线永定门外站为地铁8号线与地铁14号线的换乘车站，位于永定门外大街西侧辅道与人行道下方，在永定门外大街与京沪铁路的立交路口南部，且沿永定门外大街呈南北向布置。车站北端为在建的M14永定门外站和地下过街通道，南端为安乐林路与永定门外大街交叉路口。周边交通繁忙，距离南侧最近的居民住宅楼约150m。

Safety management of Metro Station in hard rock area of Qingdao

动，比如从10 Hz开始，然后跳到15 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz……等直到额定频率然后稳定工作。然而研究发现，变频电动机从低频逐步启动时，转速从0增加至工作转速，而后每升高一个频段所出现的刚性动载荷都小于第一频段的动载荷[2]。即若求机构的最大振动动载荷，求首频段最大动载荷就是该机构的最大动载荷。

永定门外站初步止水施工采取“连续墙止水+注浆封底+坑内控制井”的方案。注浆封底区域位于富水卵砂砾石地层，施工控制难度大。车站底板主要位于粉质黏土⑥层以及卵石⑦层上，注浆封底区域位于车站底板下方的卵石⑨层和粉细砂⑨3层，该地层含水量高、透水性好，地下水流速大，浆液凝固速度慢，其中，卵石⑦、⑨层重型动力触探值分别为115和136，常规旋喷工艺难以保证桩体强度以及咬合效果。其施工区域地层条件如表1所示，地质纵剖面如图1所示。

一名学生的操作和点评完成后，由组里其他学生按顺序进行操作，点评学生按顺序轮换点评环节，最后仍由一名负责点评的学生进行各要素点评价意见汇总和汇报。按此循环，直至组里每一名学生都完成操作和汇总点评。

表1 施工区域地层条件

层号岩土名称特性厚度/m⑨卵石杂色,密实,饱和,重型动力触探数平均值136,一般粒径4～8cm,最大粒径>15cm,中粗砂充填30%～35%6.8⑨3粉细砂褐黄色,密实,饱和,局部夹黏性土、粉土薄层1.2

图1 地质纵剖面(单位：m)

2 RJP超高压旋喷桩施工

2.1 工作原理

高压喷射注浆利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，采用高压设备使水、空气及浆液成为高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体，使土体与浆液搅拌混合，浆液凝固后在土体中形成固结体，从而提高土体强度，减小土体的渗透系数，达到地层加固和注浆止水的目的。超高压旋喷注浆工作原理如图2所示。

2.2 工艺流程

针对本工程地质条件，采用风动液压钻机配偏心式冲击器冲击跟管钻进。钻孔达到设计深度后，将钻杆提出，向孔内灌入膨润土泥浆护壁，再拔除钢套管。钻杆下至设计标高后(喷嘴部位)，开始喷浆，喷浆时采用双高压喷射，为保证桩底端的质量，喷嘴下沉到设计深度时，须在原位置旋转5min以上，待孔口冒浆正常后再开始旋喷提升。开启高压喷射泵后，由下向上旋喷，同时将泥浆清理排出。喷射时，应先达到预定的喷射压力，喷浆后再逐渐提升旋喷管，钻杆的旋转和提升应连续进行。成桩后进行废浆处理(清洗)并将桩机移位。钻机施工流程如图3所示。

图2 超高压旋喷注浆工作原理

图3 钻机施工流程

高压旋喷工艺可实现垂直、倾斜施工，从而对大深度地基进行改良，最大深度达60m，且成桩桩径大、质量好。高压旋喷施工过程中，可随时改变旋喷参数来控制固结体的大小，大大提高了工程质量。高压旋喷工艺通过两次切削土体，确保了土粒和浆液搅拌均匀。

2.3 现场试验

2.3.1 试验参数

从表5数据可以看出，满量程标定虽然仍存在一定偏差，但最大偏差也只有0.39 t，完全满足了传感器的测量精度±0.5 %(±0.75 t)要求。

试验桩平面布置如图4所示。本次试验共设3根试验桩，桩径拟定为2.0m，3根桩两两相互搭接咬合，中心间距1.5m，加固深度范围拟定为地面下48～8m，有效桩长40m，约3/4位于卵石层，约2/3位于地下水位以下。

00后成长在网络文化繁荣发达的时期，层出不穷的社交媒体以及质量参差不齐的网络信息对这些学生的思维方式和观点养成等造成了不小的影响，特别是在社会交往能力上起到明显的负作用。00大学生普遍倾向于“低头族”，对社交活动兴趣较低，且存在一种先天的自我优越感和伪成人感，沉迷于自己的世界而忽视与外界进行交流联系，一旦在交友和恋爱中遭遇挫折很容易产生各种负面情绪。

2.3.2 试验分析

1) 1#桩

1#桩在标高32.5m处，桩径约1.8m。其深度在标高23.5m时，桩径变小至1.6m左右，在标高18m时，桩径达1.6m左右。

图4 试验桩平面布置(单位：mm)

分析1#桩在不同标高处的试验参数(表2)可知：在浆压不变的情况下，当气温下降至0℃以下时，提升速度对桩径的影响不大；在浆液与水压相同的情况下，当气温升高至0℃以上时，提升速度越慢，形成的桩径越大。

表2 1#桩在不同标高处的试验参数

标高/m气温/℃水灰比注浆压力/MPa32.521∶13623.501∶13618.0-11∶136水压/MPa气压/MPa提速/(min·m-1)桩径/m300.74～0.9401.8340.74～0.9311.6340.74～0.9381.6

2) 2#桩

2#桩在标高32.5m处，桩径约2.1m。其深度在标高23.5m时，桩径变小至1.7m左右，在标高18m时，桩径达1.4m左右。

分析2#桩在不同标高处的试验参数(表3)可知：在浆压仅相差4 MPa的情况下，当气温在0 ℃以上时，施工提升速度越慢，形成的桩径越大；在浆液与水压相同的情况下，气温降至0 ℃以下时，即使提升速度变慢，形成的桩径也在变小。

观察组急性阑尾炎合并糖尿病患者排气时间（2.34±1.02）d、住院时间（7.52±1.04）d 均短于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。 见表 2。

3) 3#桩

3#桩在开挖面以上时，桩径为0.6～1m。该桩施工参数为：水灰比1∶1，浆压36 MPa，水压32 MPa，气压0.74～0.9 MPa，提升速度为30～40min/m。从开始施工到施工至标高18m时，花费时间已接近23h。引孔采用600mm桩径反循环钻机，由于下半段施工时间较长，水泥浆现场护壁渗透至砂卵石层并凝固，使施工开挖面以上高压浆液劈裂引孔护壁层后压力损失过大，导致桩体有效直径较小。同时，由于北京连续多天最低气温在-8 ℃左右，气温过低使地面以上浆管、水管(高压橡胶管)管壁摩阻力增大、浆液变稠，前端(喷嘴部位)喷射压力损失过大，桩径无法打开，也是造成有效直径较小的一个因素。3#桩成桩开挖断面如图5所示。

表3 2#桩在不同标高处的试验参数

标高/m气温/℃水灰比注浆压力/MPa32.571∶13623.521∶14018.0-71∶140水压/MPa气压/MPa提速/(min·m-1)桩径/m320.74～0.9402.1320.74～0.9341.7320.74～0.9361.4

图5 3#桩成桩开挖断面(单位：m)

通过桩身检测可知：①高压旋喷工艺在砂卵石地层中具有良好的成桩效果(图6)，桩身完整性较好。②桩体强度较高，桩身取芯抗压强度均为10～20MPa，波动幅度不大。③桩体抗渗效果较理想，桩身抗渗系数最小为1.623×10-8 cm/s，最大为5.197×10-8 cm/s。

根据现行法律法规，监管部门判断是否需要对商业银行进行风险处置的标准主要是看是否发生信用危机，是否不能清偿到期债务或资不抵债等，这些大都是定性的指标，缺少量化的标准，可能导致实践中容易丧失最佳处置时机。

图6 砂卵石地层成桩效果

3根试验桩未能全部实现咬合。其中，1#和2#试验桩体间的咬合效果较好，1#和3#、2#和3#试验桩体间的咬合效果不理想，主要原因为3#试验桩施工时气温较低，浆液压力无法达到36 MPa，导致桩径较小，其桩间搭接情况如图7所示。

图7 桩间搭接情况

3 结论与建议

根据本次超高压旋喷注浆现场试验可知，在试验所用喷浆压力、旋转速度及提杆速度下，基本实现了不同土层的有效土层置换加固。在粉土、细砂、粉细砂及粉质黏土等细颗粒土层中，加固直径可以达到2m以上；在高密实度富水砂卵石地层中，加固直径可达1.9m。在合理布置旋喷桩间距的前提下，各土层中均可形成密实的咬合体，进而形成连续的加固体。1#和2#试验桩的咬合效果较理想，且各项技术指标均能满足施工需要，因此，确定后期施工时保持浆压为(±2)36MPa、水压为(±2)32MPa、提升速度不小于40min/m。同时，还应注意几下几点内容。

(1) RJP旋喷桩施工中，影响桩径的主要因素有室外气温、喷射压力、提升速度及地层土体密实度等。随着温度的降低，浆液自身黏度增大，在导管内流动性降低，导致浆液经过导管时压力衰减明显，建议施工时室外温度需在0℃以上，同时低温下施工应尽量使用直径较大的浆液导管。

(2) 当引孔直径大于250mm时，喷浆时间需连续，间断时间不宜大于12h，如超过12h后需重新引孔，在破坏护壁水泥浆后继续喷浆。

(3) 旋喷桩完成后12h内，不能在其周围进行钻进作业，以免造成土体扰动形成裂缝，影响成桩质量。

(4) 合理布置旋喷桩间距，保证所有旋喷桩两两之间存在咬合区，确保全部旋喷桩形成统一整体。

参考文献

[1]胡奇凡,张继清.超高压旋喷注浆法在卵石地层的应用试验研究[J].铁道工程学报,2017,34(12):13-17.

[2]徐中圣.富水砂卵石地层条件下超高压旋喷桩施工技术分析[J].环球市场,2016(16):124-125.

[3]胡欣,孙晓明,孙明.超深高压旋喷桩在承压含水层中的止水效果实验及应用[J].中国勘察设计,2015(7):85-89.

[4]顾红伟,孔纲强,丁选明,等.高压旋喷桩处治已通车高速公路软基分析[J].施工技术,2014,43(7):63- 66.

[5]唐君,闫双跃,段启伟,等.高压旋喷桩内插H型钢技术及在某基坑加固工程中的应用[J].施工技术,2017,46(2):72-75.

[6]胡晓虎,川田充,中西康晴,等.RJP高压旋喷工法及其在日本的工程应用[J].岩土工程学报,2010,32(S2):410-413.

[7]黄性朋.RJP工法桩与高压旋喷桩组合施工在碎石地层中的应用[J].四川水泥,2018(2):257.

Study on Construction Technology of Ultrahigh Pressure Jet Grouting Pile in Water-rich Cobble Stratum

REN Jun1, FAN Changchun2, LI Bo3，*
(1. CCCC Tunnel Engineering Company Limited， Beijing 100102， China； 2. Beijing Railway Construction and
Management Co., Ltd.， Beijing 100086， China； 3. School of Engineering and Technology， China University of

Geosciences(Beijing)， Beijing 100083， China)

Abstract: Ultrahigh pressure jet grouting pile is widely used in deep foundation pit engineering because of its excellent foundation reinforcement effect and retaining water performance. However, the quality of piles and the degree of occlusion between piles in water-rich sandy gravel stratum are difficult to control. The reinforcement effect of high-pressure jet grouting pile in water-rich sandy pebble stratum is verified by field test. The results show that the super-high pressure rotary jet grouting technology basically realizes the replacement and reinforcement of effective soil layers in different soil layers; on the premise of reasonable arrangement of the spacing of rotary jet grouting piles, dense occlusions can be formed in all soil layers; in fine grained soil layers such as silty sand and silty clay, the reinforcement diameter can reach more than 2 m; and in water-rich sand and pebble layers, the reinforcement diameter can reach 1.9 m. According to the experimental results, the recommended values of construction parameters of high-pressure rotary jet grouting piles for water-rich sandy pebble strata are put forward.

Key words: sand and pebble layer；ultrahigh pressure; jet grouting pile construction; grouting

中图分类号： U455.49

文献标识码： A

文章编号：1672-9889(2019)02-0031-05

采用日期：2018-09-10

基金项目：住房城乡建设部科学技术项目计划(2016-k4-056)

第一作者：任军(1973— )，男，高级工程师，主要研究方向为桥梁工程及城市轨道交通工程。

[责任编辑 徐 静)