高压旋喷桩在深水低桩承台施工中的应用

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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。
（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。
2、 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。