双重管旋喷桩在昆明深厚泥炭质土中的加固试验

李永迪 张 帆 李向红

1. 上海隧道地基基础工程有限公司 上海 200333；

2. 上海隧道工程有限公司 上海 200232

伴随着昆明市的不断建设，地下空间开发规模不断扩大，旋喷桩在昆明的应用案例也日益增多，与此同时，在大量的工程应用中也暴露出了一些问题，如发现旋喷桩在昆明滇池地区应用时，对滇池地区大量呈层状分布的泥炭质土改良效果不明显。各施工企业针对该问题所采取的措施也不尽相同。根据调查，当地较为常规的施工方式为“黏土造浆置换法”和“添加外掺剂法”，这2种方式在施工过程中各有利弊，本文不做详细探讨。针对旋喷桩在滇池地区泥炭质土中改良效果不明显的问题[1-5]，本文通过相关试验，提出一种适用于滇池地区泥炭质土改良的高压旋喷工法，可为今后滇池地区深厚泥炭质土的改良处理提供新的加固手段。

表1为国内常用高压喷射注浆工艺的一些基本数据。

表1 国内常用高压喷射注浆工艺基本数据

1 试验概况

昆明轨道交通2号线二期工程会展中心站是轨道交通2号线、5号线平行换乘车站，主体建筑面积25 245.8 m2，附属面积5 878.65 m2，总建筑面积31 124.45 m2。基坑开挖深度23.5～24.8 m。车站基础持力层主要为粉质黏土及粉土，局部基坑底存在泥炭质土层。该土层物理力学性质较差，其承载力基本值为80 kPa，为了对该地层进行有效改良，从而进行本次试验。

昆明会展中心站泥炭质土呈灰黑色，可塑，以黏性土为主，含有腐烂的根须及朽木，有臭味，干强度及韧性较好。该土层呈层状分布，属高压缩性，具有孔隙比大、含水率高等特性。泥炭质土的现场取芯照片如图1所示。

图1 泥炭质土现场取芯照片

2 试验目的

1）研究高压喷射流在泥炭质土中的喷射成桩范围及影响因素。

2）通过单、双喷嘴对比试验，优化双重管旋喷桩施工参数。

3）确定双重管旋喷桩成桩效果和质量。

3 试验方案

以计划加固土层为对象，进行成桩直径试验，探索成桩直径不小于800 mm时的施工参数。为了保证试验的顺利进行，并使之具有较强的说服力，采用“对比法”进行试验。对比试验内容如表2所示。

表2 对比试验内容

为了能够及时有效地调整施工参数，加快试验进度，试验时分别在距桩中心30、40、50 cm处埋设听管，利用听管反馈的声音为及时变更施工参数提供指导。

试验完成后，进行14、28 d取芯作业，与“听管法”相互验证，并进行强度比对。根据全部试验成果，确认在经济、技术方面均合理的施工参数，为正式施工提供指导。

4 试验过程

4.1 一次喷射对比试验情况

采用双重管旋喷桩进行试验，分别在距桩中心30、40、50 cm处埋设听管以判断桩径（图2）。

图2 听管法布置现场

听管法的本质是一种高压旋喷桩施工成桩直径的实时监控装置，可在旋喷桩成桩施工过程中对桩径进行实时监控，既能够避免桩径不足导致的潜在安全隐患，又能够控制旋喷桩径过大而造成的材料浪费。听管法所需设备成本低且可回收，对操作人员技术要求较低，对桩径的监控效果好。

双重管旋喷桩一次喷射的试验情况如表3所示。

表3 双重管旋喷桩一次喷射的试验情况

旋喷施工完成后，对2根试验桩进行取芯作业。在采用双喷嘴施工的桩中心外30 cm处，取出少量水泥土芯样，发现其以原状土为主，水泥土与泥炭质土未有效混合。在采用单喷嘴施工的桩中心外30 cm处，取出整段水泥土芯样，发现其强度偏低，无法送检。

由此可见，双重管旋喷桩一次喷射的效果不佳，原因分析为：泥质炭土有机质含量高，根茎等有机质等同于骨架，高压浆液难以有效破坏泥炭质土的内部结构，即使破坏局部，浆液与泥炭质土也混合不到一起，故形成的加固体不均匀，强度很低。通过对比还可发现，水灰比的变化对成桩质量影响不大。

另外，在试验过程中发现泥炭质土的相对密度较小，被高压浆液切割后，会伴随着旋喷返浆，返至地面（图3），这为二次喷射的对比试验指明了方向。

图3 少量泥炭质土漂浮在返浆中

4.2 二次喷射对比试验情况

根据一次喷射对比试验得出的经验教训，在原有的桩身上进行了二次喷射对比试验。

采用工程地质钻机对拟试桩区域进行钻孔取芯，确认了整个施工断面泥炭质土的准确分布标高。根据分布情况，确定了2层泥炭质土的层厚，分别在这2层泥炭质土中进行了同等参数条件下的双喷嘴与单喷嘴施工试验。在试验前，分别在距离桩中心30、40、50 cm处埋设听管。

通过观察双喷嘴与单喷嘴施工，发现单喷嘴施工时返浆中的泥炭质土碎块较双喷嘴多（图4），即单喷嘴形式更有利于对泥炭质土的破坏，主要原因是：双重管单喷嘴喷射时，高压气体裹挟着水泥浆切割破坏土体，使周围的土体形成有效的容浆空间，水泥浆与周围的土体能充分混合，进而提升成桩质量。

图4 单喷嘴施工时返浆中的泥炭质土碎块

因此，决定采用单喷嘴双重管再进行3根“品”字形搭接桩的试验，试验采用复喷的方式进行，观察成桩直径、加固均匀性及搭接止水效果。通过对“品”字形群桩取芯（图5～图7），发现送检芯样报告中的平均抗压强度达到16 MPa，至此试验圆满结束。

图5 取芯位置示意

图6 取芯情况

图7 加固体细部

5 结语

1）采用大喷嘴进行二次喷射施工可以对泥炭质土进行更好的改良，可有效提升桩身质量，这是因为复喷可以增加水泥浆与泥质炭土的混合次数，保证水泥浆与周围的土体充分搅拌混合，从而改善周围泥炭质土的成桩质量。该施工方式较为简单，有利于工程推广。

2）在采用相同参数的情况下，单个大喷嘴相较2个小喷嘴，对泥炭质土的破坏更为彻底，能够使周围土体形成有效的容浆空间。

3）对泥炭质土进行高压喷射注浆改良的实质是置换，置换得越彻底，改良效果越好。

4）本次试验的成功实施为昆明滇池地区泥炭质土层的改良处理提供了一种行之有效的解决措施，为将来的具体工程提供了有益的借鉴。