浅谈高压旋喷桩在深水低桩承台施工里的应用

1、前言

深水低桩承台施工常规方法一般采用单、双壁钢围堰下沉到标高后进行砼封底施工,而针对蚌埠朝阳路淮河公路大桥主墩河床表层地质为硬性粘土,而承台底座落在砂层和亚砂土透水层中,若使围堰下沉到设计标高就显得复杂且困难。结合岸上堤防用高压旋喷桩不仅止水、而且可支护的原理,大胆应用到深水中,使围堰与高压旋喷桩有机地结合,不仅解决了围堰下沉穿过较厚坚硬性粘土层的难度,同时也克服了承台开挖到砂层、亚砂土层中止水、支护的难题。本文着重介绍高压旋喷桩垂直帷幕止水、支护在深水低桩承台施工中的应用。

2、工程概况

蚌埠朝阳路淮河公路大桥是跨越淮河的一座公路特大桥,全长1730m,双线四车道,主跨采用140m预应力钢筋砼连续刚构,主墩位于淮河之中,基础采用14φ2.0m钻孔嵌岩柱桩,低桩承台,施工水深4~6m,其结构形式如图一所示。

(1)工程地质

该墩地质从河床面由上而下依次为:

(a)坚硬性粘土层:承载力260Kpa,层厚2~4m,极限摩阻力60Kpa.

(b)亚砂土、砂层:围堰2/3周长处为砂层,其承载力80Kpa.层厚2.2m.其余为亚砂土层,呈软塑状态,平均厚1.5m,标贯13击,承载力180Kpa.

(c)硬塑亚粘土层:平均厚5.75m,标贯13击,承载力220Kpa.

(d)以下为亚砂土层和岩层。

具体地质布置如图一所示

(2)地下水

主墩处在淮河水中,所揭露的粘性土均为不透水土层,只有砂层、亚砂土层为透水层,该透水层与淮河水构成互补关系。

3、施工方案

(1)围堰选用

围堰采用底节双壁钢围堰,其余为单壁钢围堰,直径φ外=26.6m,内径为25m,高16m,自重237t.考虑围堰自重轻,采用内取土加压重法克服外侧巨大的摩阻力下沉围堰比较困难。根据地质围堰施工采取下沉1.5m~2.0m,然后采用高压旋喷桩垂直帷幕支护、止水,进行承台施工。

(2)高压旋喷桩设计

①桩的布设

根据设计,沿围堰外侧亚砂土层区域布设两排桩,砂层区域布设三排桩,桩距围堰边0.1m,桩间距为501mm,桩长9.0m,桩径0.7m,桩尖进入硬塑亚粘土中大于1m,具体布设见图二,计算模型见图三、四。

经过计算,其受力均符合要求。

②高压旋喷桩施工机理

钻机采用XPZ-50型单管高压旋喷桩,BWT100/30高压注浆泵机,当钻机钻到设计标高后,用高压旋喷机把安有水平喷嘴的注浆管下到孔底,利用高压设备使喷嘴以20Mpa的压力把浆液喷射出去,冲击切割土体,并与土体搅拌混合,随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱体桩体,浆与土体经过一系列的物理化学反应,固结成桩,从而达到支护、止水的作用。

③设计要求

高压旋喷桩帷幕部位砂层、亚砂层土渗透系数K≤1x10-7㎝/s,桩体抗压强度取3Mpa.

4、施工工艺流程

(1)工艺流程

钻机就位→引孔(扩孔)到设计标高→封堵垂向喷嘴→搅浆→由下向上旋喷作业到设计顶→冲洗→移位。

(2)施工顺序

先打试桩2~3根,了解施工工艺及旋喷效果,最后确定施工参数。再进行旋喷桩的施工,施工时应先施工内排桩,后施工外排桩,为确保桩与桩间能很好地咬合,宜采用打一跳一法,且间隔时间应大于36小时。

(3)施工参数选择

泵压:20Mpa

喷嘴直径及数量:2.3mmx1~2.4mmx1

流量:37~40L/min

钻杆升速:粘性土30㎝/min

砂性土15㎝/min

钻杆转速:粘性土30r/min

砂性土15r/min

水灰比:1.1~1.2

水泥:普32.5,每米水泥用量125Kg/m

附加剂:氯化钠1.5%,三乙醇胺0.03%或水玻璃1.5%,水玻璃模数2.4~3.4,浓度30~40波美度。

注意:三乙醇胺与水玻璃不能共同使用,否则会发生化学反应。

5、小结

2001年8月~9月在蚌埠朝阳路淮河公路大桥主墩上首次使用并取得了良好的效果,通过承台开挖来看,支护、止水均达到设计要求,承台开挖由一般的水中取土变为人工挖土,不仅大大节约了时间(5000m3土仅用了15天),而且解决了围堰在坚硬性粘土层下沉的难点,在以后同类型结构施工中,围堰设计尚可优化,以便创造更好的经济效益,是一项值得推广的新技术。但美中不足之处,在于旋喷桩施工中,桩的垂直度精度必须控制在1‰以内,引孔孔位误差小于5cm,才能保证桩间的咬合,否则会引起渗水,给施工控制带来难度。