高压旋喷技术在沉桩引孔中的应用

 

　　核心提示：工程概况xx区位于汾河东岸，属于冲洪积Ⅰ级阶地地貌。主要由第四系全新统人工堆积层、第四系全新统河流冲洪积层(Q4al+pl)和上更

工程概况

　　xx区位于汾河东岸，属于冲洪积Ⅰ级阶地地貌。主要由第四系全新统人工堆积层、第四系全新统河流冲洪积层(Q4al+pl)和上更新统河流冲洪积层(Q3al+pl)构成，以人工填土、粉质粘土、粉土、沙土为主。太钢150万吨不锈钢炼钢工程位于该地层上，地基处理以Φ600高强预应力混凝土管桩为主，持力层为第7层密实中砂层。各层土质情况如下;1—1 杂填土，松散; 1—2 素填土，松散; 2—1 粉土，中密-密实; 2—2 细砂，松散-稍密; 2 粉质粘土，软塑-可塑; 3—1 粉质粘土，可塑-软塑;3 粉土，中密-密实;4—1 中砂，中密;4—2 粉质粘土，软塑;4 粉土，中密-密实; 5—1 粉土，中密-密实; 5 细砂，中密-密实，标准贯入试验实测锤击数N为20.0-50.0击，平均值为35.4击，厚度0.60—5.20m; 6—1 粉质粘土，可塑; 6 粉土，中密-密实，标贯击数N为20.0-45.0击，平均值为31.4击，厚度1.00-10.60m;7—1 粉土，局部透镜体，密实;7—2 圆砾，局部透镜体，密实;7 中砂，标贯击数N为43.0-50.0击，平均值为48.4击，厚度5.00-11.90m，密实。该工程由中冶赛迪设计，PHC桩受力为端承加摩擦，要求桩端进入持力层(第7层密实中砂层)≥2.5d(d为桩直径)，随第7层埋深不同，选用18m∼25m不同长度的桩，闭口式桩尖，使用履带式打桩机，D80柴油锤打桩。其中炼钢主厂房共设计PHCAB600a桩3269根，总长73216延米。05年1月18日开工，4月17日完工。打桩开始前，业主根据试桩情况制定了≪PHC桩施工作业指导书≫，停锤标准执行标高和贯入度双控原则，贯入度为最后三阵十击每阵≤40mm，并按设计要求锚入持力层。但实际施工普遍沉桩不到位，于是将标准提高为最后三阵贯入度≤30mm，仍有相当一部分桩不到位。不到位的桩占沉桩总数的90.8℅，桩端比设计普遍高1.6m∼4m，并有不少桩出现桩头被打碎的现象。经分析，认为主要原因有两条，一是由于○5层细砂密实度很高，平均标贯达到35.4击，一般厚度都在3 m～5.2m，加之○6层粉土平均标贯击数达到31.4击，一般厚度都在2.7 m～5m，形成两个(因地层不同有时合为一个)坚硬夹层，因此管桩穿越十分困难，再要穿入第○7层就更难了;二是由于周边工程前期施工降水，使地基密实度加大，造成沉桩困难。2 业主方案业主提出用粉喷机喷清水引孔，其目的是通过高压水将沿桩深Φ600∼800mm范围内的地层扰动，减少沉桩阻力，以达到沉桩到位的目的。但该机型引孔深度最大19mm，无法穿透第○5层，同时它需要全高扰动土层，无法有选择地扰动坚硬夹层。 作为验证，用该法引了两个孔，引孔后形成一个直径500mm的垂直孔，孔内上部为稀泥浆，下部为较稠的泥浆。施打第一根桩时用开口桩尖，第一节桩即因桩芯孔内泥浆引起的瞬间高压而挤爆。第二根桩改用闭口桩尖，打桩时稀泥浆四处飞溅，无法正常施工。决定放弃该方案。另有人提出用螺旋钻机引孔，因其仍然是全高引孔，并排出泥土，被否决。3 旋喷引孔沉桩方案针对以上情况，与设计、监理以及业主多次研究讨论，决定用高压旋喷工艺引孔，然后沉桩。具体方案如下：(1)测量放线，准确定出桩位;深入了解桩位处地层情况，特别是坚硬夹层的埋深、厚度;高压旋喷机就位、调平，制备膨润土泥浆。(2)高压旋喷机下钻，下钻的同时压注清水，注水压力20Mpa。钻头底与侧面的喷射孔全部喷射水流，便于下钻。(3)钻头下钻到距桩端3m~4 m处时停止，此时第○5层已穿透，第○6层只钻入不足1m。然后在钻杆芯内下一个钢珠，将钻头底部喷孔封闭，使其只能从侧面喷浆，再边提钻边改喷膨润土浆液。喷浆压力提升至25∼28Mpa，旋转速度18∼20r/min，提升速度0.25 m/min，以便将坚硬夹层扰动并悬置，形成一个Φ600∼800mm的扰动层圆柱体。膨润土泥浆比例为1：1，并填加适量火碱，硬夹层膨润土用量约35kg/m(300kg/8m)。为了防止细砂堵塞喷孔，接、拆钻杆前，先上下往复动作数次，并待钻孔内液面略有下降时再接拆。(4)根据地勘报告和钻进不同土层时的速度，可比较准确地确定坚硬夹层的深度和厚度，钻头提升到硬夹层以上时，改喷稀释至1：8~1：10的膨润土浆液，直至提出地面。(5)压注膨润土时，注浆速度快、能量大、呈脉动状喷射，泥砂土粒在喷射流的冲击力、离心力以及压差的作用下，与浆水搅拌混合，被浆水从钻杆侧的空隙携出地面。从携出地面的细砂粒的多少，可直观地观测到引孔内形成的空隙的大小，以不超过桩所占体积的1/2为原则。地下部分膨润土浆液与粗砂颗粒混合，悬置了引孔内。但是由于扩散作用的影响，引孔完毕必须立即打桩，间隔时间不得超过2小时，由于坚硬土层已扰动松软，沉桩会比较顺利。(6)引孔完毕，立即打桩，不得拖延。桩锤不变，仍用D80柴油锤。使用开口桩尖，使部分松软土进入桩腔内，以降低沉桩阻力。打桩时停锤标准以标高结合贯入度综合控制，标高为主，贯入度为辅。4实施效果(1)经过打桩实践证明，采用高压旋喷引孔扰动硬夹层，25m桩引空22m深，可基本沉桩到位，同时贯入度都在三阵十击每阵30mm之内。沉桩后桩端高于设计标高值多数在500mm之内。对单桩承载力做大应变试验，全部符合要求。(2)副原料地连墙开挖后，基坑内的支撑用管桩也暴露出来，观察桩周土之后，进一步验证了理论分析。桩周土层理分布十分明显，紧靠桩是10~28mm膨润土固结体，往外则是膨润土与粉沙、粗沙混合物的固结体，从里往外颗粒粒径逐渐变大。固结物密实度和强度均高于地层土，与桩结合非常紧密，推翻了部分人员对桩承载力的担忧。(3)设计单位对此工艺方法给予肯定，并在后续桩的设计中都明确要求采用这一方法以满足沉桩要求。