高压旋喷辅助旋挖成孔技术在天府机场的应用实践

李红涛 李鹏 卢喜成 郭范

【摘要】为解决成都天府国际机场软弱土层下旋挖桩塌孔问题，进行了多方案试验比选，最终采用了一种软弱地层下高压旋喷辅助旋挖成孔技术，对易塌孔区域的桩周土体进行预加固;该技术应用有效解决了施工中旋挖塌孔的实际问题，加快了工程进度，保证了工程施工质量。

【关键词】旋挖桩;塌孔处理;高压旋喷;辅助成孔

【中图分类号】 TU472.3＋6          【文献标志码】 B

在地质环境较复杂或土层性质特殊的灌注桩旋挖成孔过程中，常遇见孔壁缩径、坍塌、流砂等现象，直接影响工程进度和施工质量。对于塌孔和缩颈问题的处理，有多种不同方案，需綜合考虑施工环境、资源条件、工程特点等多种因素选择。本文以成都天府国际机场综合管廊为例，介绍一种旋挖桩高压旋喷辅助成孔技术，并根据其成功的应用实践总结了一项实用新型专利—一种旋喷注浆旋挖施工体系。

1工程概况

成都天府国际机场航站区1#、2#综合管廊长合计3 km， 部分软弱土层区域采用 CFC复合地基，其设计参数：CFC桩的桩身强度为 C20，桩直径小600 mm，桩间距1700 mm，按等边三角形布置，桩身进入持力层深度不小于500 mm;布置在基底范围内并向两侧各增加一排 CFC桩。施工桩长参考地勘资料，结合现场施工确定，预估桩长12～20 m。CFC桩共计2175根，采用旋挖干成孔法施工。

2工程地质条件及塌孔原因分析

2.1工程地质条件

本工程项目在未开工之前"降溪河"主河道贯穿整个航站区，在经河道改道后采用大量土石方进行回填，回填后产生软弱泥层。CFC桩地基处理区域管廊下部土质情况为压实填土、耕植土、粉质黏土、黏土，且厚度较厚，深度在12 m 左右。

（1）场区填方区主要为①-3压实填土，杂色、致密，场区内山体开挖的泥岩、砂岩、砂质泥岩和泥质砂岩分层填筑、碾压密实形成的人工填筑体，局部使用建渣，含较多岩石碎块，粒径为30～50 cm，厚度约0.5～8.0 m。

（2）CFC桩施工区域存在大面积4～12 m深淤泥，场平施工阶段采用碎石桩＋0.5 m厚排水板地基处理，排水板层地下水丰富，桩成孔过程中穿过排水板，并且大部分同碎石桩相交，将出现孔壁大量垮塌，影响桩身质量[3]。

（3）综合管廊部分区域为软弱土层（淤泥层）区域，淤泥层厚度从5～12 m不等。在试验桩施工过程中，现场旋挖出大量的淤泥。

2.2旋挖塌孔原因分析

经分析，本工程试验桩旋挖塌孔主要是4～6 m深度范围内淤泥质及粉质黏土导致的软弱地层引起的。通过试验桩施工、现场调查，在4～6 m深度范围内造成塌孔的现象分为2种，一种是在旋挖成孔过程中的塌孔，另一种是在旋挖成孔后未及时进行下道工序引起的塌孔。

由于本工程淤泥层和粉质黏土层软土极厚，且局部夹砂，易出现液化、塌孔现象，而旋挖成孔速度快，且出渣时钻斗反复提钻直接出渣，当提钻速度过快时，会在钻头下部产生负压，形成活塞式的抽吸作用。通过反复抽吸，导致塌孔现象。另一方面，在旋挖钻机施工过后，造成地下水位攀升，未及时灌注混凝土，导致地层受地下水浸泡，造成孔位缩颈、掉块、坍塌[1]。

3塌孔处置方案试验与对比分析

为有效解决综合管廊 CFC桩旋挖成孔时的塌孔、缩颈问题，结合本工程地质条件、施工环境，经分析研究，提出3种技术解决方案：①钢护筒护壁跟法;②素混凝土多次回灌法;③桩周土体高压旋喷预固化法，并逐一进行了施工试验。

3.1钢护筒跟进护壁法

施工方法：结合使用长臂履带式挖掘机、振动锤将长钢护筒夹装就位，并将其振动打入土层，穿透淤泥软弱土层，进入岩层，形成桩基的旋挖孔，待灌注桩混凝土初凝前，借助振动锤拔出长护筒。

试验效果分析：经试验分析发现，长护筒打入、拔出效率低，尤其是因钢护筒需穿越含有粒径为50～80 cm岩石块的人工填筑体，受岩石块的阻挡，发生护筒整体偏移，护壁底部卷曲，甚至无法下沉，锤入难度大。另一方面，护筒过长，锤入、拔起难度也增加，施工效率极低，成本高。

3.2素混凝土多次回灌法

施工方法：旋挖塌孔后，将塌孔土体清除后，低标号素混凝土回灌，间隔24 h 后，混凝土凝固硬化，形成混凝土护壁，继续用旋挖钻机钻进;如果再次出现塌孔，采取相同的工序进行处理，至成孔为止。

试验效果分析：试验发现，采用此方法，出现了多次塌孔，多次回灌现象，个别桩孔多次回灌混凝土量累计方量超过200 m3，且因多次回灌，重复钻孔，成本高，工期较长。

3.3高压旋喷辅助成孔法

施工方法：高压旋喷辅助成孔也就是对桩周土体高压旋喷加固，采用高压旋喷法对桩周软弱夹层土体进行预固化，增加土体粘结力，土体加固后再旋挖干成孔。

试验效果分析：经试验，在桩周先行施工4根高压旋喷桩，对土体预加固，旋挖成孔过程中未再发现塌孔现象，提高了成桩施工效率，效果显著。

3.4方案综合比较分析

经对3种塌孔处置方案的现场试验效果对比分析发现：

（1）钢护筒跟进护壁法，适用于软塑黏性土、淤泥、松散粉土等土体，施工效率高，但穿越土层含有硬质块体护筒或因其整体偏移难以锤入而无法实现;如穿越软弱土层区域过厚，钢护筒过长，锤入或拔出难度增加，施工效率会降低，成本加大。

（2）素混凝土多次回灌法，施工速度快，适用于塌孔区相对较浅;对于深层塌孔因多次塌孔，多次回灌，重复钻孔，导致成本增加，工期延长。

（3）高压旋喷辅助成孔法适用于超厚超深、地下水位较高复杂软弱土层，施工简单，工期较短，易保证工程质量，但造价相对较高。

4高压旋喷辅助成孔技术原理与特点

高压喷射注浆是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定深度后，以20～40 MPa压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来进行软弱地层的土体固化。高压旋喷桩的施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害，可用于空间较小处[2]。

5高压旋喷辅助成孔技术要点

（1）本工程喷射注浆采用单管法，高压旋喷桩单桩直径0.6 m，高压旋喷桩上部同土层搭接2 m，下部同土层搭接1 m。高压旋喷桩围绕 CFG桩外缘布置4根，高压旋喷桩相互搭接200 mm且均匀排布[3]。高压旋喷桩深度范围为高程439.05～421.65 m（图1）。

（2）高压旋喷注浆液采用普通硅酸盐水泥 P.042.5R;水灰比1.2;浆液密度约1445 kg/m3;水泥平均用量236.5 kg/m。冒浆量平均为注浆量的15%[3]，冒出浆体为废弃物，需进行外运处理。有关浆液压力、流量、提升速度、旋转速度等现场试验确定。

（3）高压旋喷常见质量问题有旋喷桩偏斜、旋喷桩固结体强度不均等，施工中需采取相应预防措施。

旋喷桩偏斜：出现偏斜的主要原因是回填土中夹杂较大粒径大石块和场地不平整导致;其预防措施：施工前应先平整好场地，对注浆时冒出的水泥浆应及时清理;遭遇地下障碍物时，应及时清除地下障碍物或调整桩位。

旋喷桩固结体强度不均：在喷射注浆过程中，喷射浆液和喷射切割下来的土粒搅拌不充分、不均匀，注浆管提升速度和回转速度与喷射注浆量没形成配合而产生固结体强度不均。其预防措施：在喷射注浆前，应当依据设计要求和现场地质条件进行试喷试验，选择更合理的喷射方法和参数;在喷射过程中，应当切实注意检查浆液初凝时间、注浆量、风量、压力、回转速度与提升速度等是否符合设计要求，如发现异常，应及时调整技术参数，使喷射后固结体更均匀。

（4）高压旋喷灌浆应全孔连续作业，采用跳打法，即隔一孔喷一孔进行，相邻桩孔旋喷间隔时间不宜小于12 h 。区段内旋喷桩全部施工完成，旋喷桩体水泥强度达到70%后，试钻合格后方可大面积进行旋挖成孔施工作业。

6结束语

本工程实施过程中，为解决旋挖桩塌孔问题，进行了多方案试验比选;根据工程的地质情况、场地特点及工期要求，综合考虑工期、质量及成本等方面的因素，最终选用高压旋喷辅助成孔技术，施工过程中未再发生塌孔现场。相比其他方案，更直接有效地解决了施工中的旋挖塌孔问题，加快了工程进度，保证了工程施工质量，大大节省了工程造价。

高压旋喷辅助成孔技术适用于砂层、填土层、黏土层、地下水位较高等复杂地层下桩基成孔。旋挖钻机成孔时出現塌孔后的处置方法多种，在具体方法选择时，可根据工程实际情况，综合考虑工程质量、进度、成本等多方面因素，有针对性地合理选择科学有效的处置方案;高压旋喷辅助旋挖成孔技术为类似工程提供了借鉴意义。

参考文献

[1]宋小瑜，张先瑞，张阳，等.四川省第十一建筑有限公司.一种大孔径旋挖注浆装置[P].CN202021460004.5;2021-08-10.

[2]百度百科.支护刚度[EB/0L].http：//baike.baidu.com/view/3846813.html.2019-08-09.

[3]赵崇贤，谢勇，胥悦，等.中国华西企业股份有限公司。一种基于旋挖灌注桩的复杂地质土体加固方法[P].CN202111507182.8;2021-12-10.