《施工技术（中英文）》好文推荐｜外海人工岛复合地基及止水帷幕旋喷桩试桩施工
外海人工岛复合地基及止水帷幕旋喷桩试桩施工
文/中交一航局第一工程有限公司 吕鹏 司锡宁 王刚 王德亮
1 工程概况
👉工程简介
深中通道S09合同段西人工岛高压旋喷桩分两区域布置，分别为岛隧结合部斜坡段自E1管节岛内段40m(斜坡段复合地基)和岛上段隧道及止水扶壁底部二次止水帷幕。西人工岛斜坡段复合地基高压旋喷桩包括A区和B区，其中A区桩顶标高为碎石底设计标高(－12.769～－13.387m)，桩底标高为－38.000m；B区桩顶标高为－16.000m, 桩底标高为－37.000m，成桩直径1m，中心间距1.5m，呈梅花形布置，桩底除满足设计标高外需确保进入全风化花岗岩≥1.5m或砂土状强风化岩0.5m(全风化岩缺失段落)。隧道结构底部二次止水墙设置3排连续的高压旋喷桩形成止水帷幕，桩径1.0m，搭接宽度为0.3m，穿透全风化花岗岩，到达中风化岩层顶面，桩顶标高为－11.427m，桩底标高为－39.927m(见图1)。
图1 西小岛高压旋喷平面布置（阴影区）
👉试桩位置
《深中通道西人工岛详勘报告第一册》中地质资料内容显示，高压旋喷桩试验区域选择在与西小岛二次止水帷幕地质相似的X4～X5号钢圆筒副格旁。为确保本次试验具有代表性，选择隧道二次止水墙底部高压旋喷桩桩顶、桩底标高作为试验桩施工参数，其中桩底标高为－39.927m(进入中风化岩层顶面),桩顶标高为－11.427m，同时终钻标准按钻杆钻进持续用时5～8min、进尺<30mm设计要求进行控制。试桩实际位置如图2所示。
图2 试桩点区域布置
👉试桩目的
通过大规模工艺试桩，旨在获得较优的施工参数，以更加科学地指导人工岛内复合地基加固和二次止水帷幕正式工程实施，确保施工质量满足要求；同时，通过试桩过程，可获得人员工效、设备性能等信息，为工程正式施工时施工进度计划编制、成本控制等管理提供真实数据，更好地保障现场排产和成本核算。
👉地质条件
根据西人工岛X4~X5号钢圆筒副格内地基未处理前XDZK26号勘探点地质勘察图显示，自上而下地层分布为：－8.0～－17.0m为回填砂；－17.0～－22.31m 为淤泥，N=9（N为标贯击数）；－22.31～－23.81m 为中砂，N=9；－23.81～－30.31m为淤泥，N=9；－30.31～ －31.71m为粗砂；N=20，－31.71～－33.11m为粉砂，N=25；－33.11～－35.41m为淤泥质粉质黏土，N=50；－35.41～－37.31m为砂土状强风化花岗岩，N=50；－37.31～－38.01m为碎块状强风化花岗岩，N=50；－38.01～－41.71m为中风化花岗岩，N=50。
👉水文条件
根据初勘抽水试验孔的观测数据及搜集到的近场区相关资料显示，场区内地表水与地下水水力联系紧密，地表水水位受潮汐影响日波动在1～3m，地下水水位略低于地表水水位0～30cm，地下水水位涨落与潮水涨落变化规律基本一致，但水位峰值稍有滞后，滞后间隔30～50min，地下水主要在补给区接受地表水补给。
👉验收标准
1)二次止水帷幕 ①渗透性通过压水试验测试，渗透系数≤5×10-6cm/s；②桩身必须完整连续，桩径、深度、桩身强度必须符合设计要求，加固材料的品种、标号、配合比必须符合设计要求；③加固体的无侧限抗压强度≥1.2MPa。
2)斜坡段复合地基 采用标准贯入方法检测，平均标准贯入击数≥20击。
2 试桩设备
所选用的设备均采用电控程序控制水泥浆制浆及原材料称量，并具备可实时显示压浆流量、压力及气压功能。具体设备型号如表1所示。
表1 主要施工机具型号及技术参数
3 试桩技术参数设置
本次试桩采用双高压三管法，共计开展18组对比试验，总体按3种思路进行设计。
第1～4组、第14组、第18组主要为验证止水帷幕成桩及抗渗效果，按止水帷幕设计桩径及桩距设计为四桩或三桩咬合，成桩桩径1m，咬合30cm。第5～7组按斜坡段复合地基高压旋喷桩布桩方案进行试验，各桩均采用不同参数，其中布桩中心间距为1.5m的正三角形，成桩桩径1m。第 8～10 组施工技术参数与第5～7组一致，布桩间距调整为2m，以验证有效桩径。第11～13组按斜坡段复合地基高压旋喷桩布桩方案进行试验，其中布桩中心间距为1.5m的正三角形，成桩桩径1m。第15～17组采用大流量泵按桩间距1.5m正三角形布置，采用不同参数验证单桩成桩效果。
4 施工流程
高压旋喷桩施工流程如图3所示。
图3 高压旋喷桩施工流程
5 试桩施工关键点控制
1)注浆前应使用泥浆比重计检测泥浆密度，满足要求后方可注浆；同时，在注浆过程中，应定时检测注浆密度和孔口返浆密度，如发现同设计要求存在异常，应暂停施工，查明原因后及时采取措施处理。
2)做好引孔实时记录，复合地基参数停钻标准为达到设计底标高要求，二次止水帷幕参数停钻标准为钻杆连续5~8min进尺＜3cm时终止钻进，并通过孔底取出土样进行综合判断是否钻至设计标高。
3)做好每个孔位注浆实时记录，包括孔位、孔深、压力、流量、提升速度、旋转速度、泥浆密度等关键控制点记录，过程中出现异常情况应如实记录，便于后续成桩检测分析。
4)每次旋喷时均应先喷浆后旋转和提升，以防止浆管扭断。
5)配制水泥浆时，应先放水再放水泥，每次投料后拌合时间≥3min，待泥浆密度检测合格后储存至集料罐中使用。
6)高压喷射注浆过程中如出现压力表、流量表异常，孔口长时间不返浆或长时间大量冒浆（持续＞20%浆量）等异常情况，应暂停施工，查明原因并及时采取措施。
7)喷射注浆时，突然中断电、水、浆、气体时，应及时抢修。
9)二次止水帷幕施工时，当提升喷射管至设计桩顶以下1.0m深度时，放慢提升速度至设计高程，提高成桩质量，保证整体渗透性满足要求。
10)试桩期间，应及时进行工效统计及水泥、淡水、膨润土等原料消耗统计和废浆出运效率统计。
6 试验检测
👉取芯及标贯检测
西人工岛二次止水帷幕及斜坡段复合地基高压旋喷桩试桩在桩身强度达到28d后进行取芯及标贯检测，取芯检测情况如表2所示，高压旋喷桩取芯率如表3所示。
表2 取芯检测情况汇总
表3 高压旋喷桩取芯率统计汇总
标贯贯入度共计检测6根，检测结果表明，按试桩工艺实施，平均标贯击数均≥20击，具体检测部位如表4所示。
表4 现场标贯检测情况汇总
👉无侧限抗压强度合格率分析
统计旋喷桩28d无侧限抗压强度，取芯成功的止水帷幕试验桩强度均达到1.2MPa，且合格率＞90%，如表5所示。
表5 28d无侧限抗压强度检测情况汇总
👉注水试验
选取试桩参数中止水帷幕第1组3孔搭接处两点进行注水试验，如图4所示。按每进尺5m洗孔进行注水试验，经检测1，2号检测点平均渗透系数为3.03×10-6cm/s＜5×10-6cm/s，满足要求。二次止水帷幕取芯注水试验检测结果如表6所示。
图4注水试验位置示意
表6 二次止水帷幕取芯注水试验检测结果统计
👉试验参数选用分析
●止水帷幕成桩检测分析
经取芯检验发现，第1组（SY-01~SY-04）、第4组（SY-13~SY-16）、第14组（SY-29~SY-31）试验取芯结果较好。
●高压旋喷桩复合地基检测分析
第5～7组（SY-17~SY-19）取芯结果一般，桩身标准贯入度满足平均标贯击数≥20击要求，三桩形心部位平均标贯击数≥20击。第12，13组取芯结果较一般，但桩间平均标贯击数≥20击。第15组（SY-32）与第17组（SY-34）取芯结果一般，桩身下半段不连续，离桩边距10cm进行标贯检测，其检测结果均满足设计要求，平均标贯击数≥20击。第3组止水帷幕施工参数粗砂层以上（－31.700m）成桩效果良好，底部粗砂层（天然标贯击数＞20击）成桩效果一般，水泥用量较适中，成桩质量较一般单桩成桩质量更优。
综上所述，为确保岛隧结合部地基加固质量，优选第3组参数作为施工参数。
7 结语
本次大规模工艺试桩开展，通过喷浆泵数量、提升速度控制水泥浆用量，通过水灰比调节水泥浆浓度，水泥浆用量、浓度直接影响成桩质量，且在砂层区域较明显。水泥浆用量不足或水泥浆浓度较低，在砂层区域桩体呈现不连续现象，透水性较高，不满足止水帷幕成桩要求。通过本次工艺试桩施工，选定了适合本工程二次止水帷幕和地基加固的工艺参数，为工程实体施工质量奠定坚实基础。
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外海人工岛复合地基及止水帷幕旋喷桩试桩施工（全文刊登于《施工技术（中英文）》2022年第6期）
吕鹏,司锡宁,王刚,等.外海人工岛复合地基及止水帷幕旋喷桩试桩施工[J].施工技术(中英文),2022,51(6):133-138.
延伸阅读
潜孔冲击高压旋喷桩(DJP工法)止水+封底帷幕在高水位砂层中的应用
今日责编：李雅丽
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