《三重管雙高壓旋噴施工工法》是上海隧道工程股份有限公司完成的建築類施工工法，完成人是余喧平、王吉望、肖曉春、朱衛傑、郭亮，適用於形成防水帷幕、割斷地下水的滲流，防止坑底部黏性土涌土或砂性土管涌，對相鄰構築物或地下埋設物的保護，舊有構築物地基的補強，樁基礎的防護或代替，盾構法及頂管進出工作井的加固。
《三重管雙高壓旋噴施工工法》主要的工法特點是適用土層範圍廣，加固體強度均勻；單樁可以進行大深度、大直徑的土體加固。
2008年1月31日，《三重管雙高壓旋噴施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。
基本介紹
- 中文名：三重管雙高壓旋噴施工工法
- 工法編號： YJGF046-2006
- 完成單位：上海隧道工程股份有限公司
- 主要完成人：余喧平、王吉望、肖曉春、朱衛傑、郭亮
- 套用實例：上海軌道交通4號線修復工程
- 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
高壓噴射注漿是2005年前在工程建設中廣泛採用的土體加固及改良的施工方法。高壓噴射技術發展經歷了單重管、雙重管和三重管，隨著地下空間開發向大深度方向發展，截至2005年，高壓噴射注漿技術正循著追求大深度、大直徑方向發展，其中新開發出來的比較典型的工法有：雙高壓旋噴、超級旋噴以及X型交叉噴射等。
在上海軌道交通4號線修復工程中採用了三重管雙高壓旋噴工法，針對多種工況進行土體的改良和加固。上海隧道工程股份有限公司在施工中根據修復工程的需要聯合其他專業公司及科研院所組成課題組，成立專項科研課題——"大深度、大直徑旋噴設備及施工工藝研究"，對此問題進行攻關研究，並將研究中取得的成果套用於施工之中，藉助於基坑開挖對部分旋噴樁進行暴露性開挖，開挖結果證明在上海軌道交通4號線修復工程中套用的《三重管雙高壓旋噴施工工法》取得了良好的效果。
工法特點
《三重管雙高壓旋噴施工工法》的工法特點是：
1.單樁可以進行大深度、大直徑的土體加固。
2.適用土層範圍廣，加固體強度均勻。
3.施工過程中可以有效地控制地面的隆起。
操作原理
適用範圍
《三重管雙高壓旋噴施工工法》在黏性土、高黏性土和砂性土中，加固深度30米範圍內加固樁徑可達到2米以上，50米加固範圍內樁徑可達到1.8米。不同土層條件下的加固體設計強度見表1。
上質條件 | 抗壓強度Qu | 黏聚力C | 附著力T | 抗拉強度∑t | 彈性模量E | 水平向彈簧係數K |
（兆帕） | （兆帕） | （兆帕） | （兆帕） | （兆帕） | （兆帕） | |
砂質土 | 3 | 0.5 | C/3 | 2C/3 | 300 | 300 |
黏性土 | 1 | 0.3 | 100 | 100 |
《三重管雙高壓旋噴施工工法》施工可用於形成防水帷幕，割斷地下水的滲流；防止坑底部黏性土涌土或砂性土管涌；對相鄰構築物或地下埋設物的保護；舊有構築物地基的補強；樁基礎的防護或代替；盾構法及頂管進出工作井的加固。
工藝原理
《三重管雙高壓旋噴施工工法》的工藝原理敘述如下：
三重管雙高壓旋噴工法是將超高壓水和空氣噴射流，以及超高壓固化材料和空氣噴射流通過安裝在多重管前端的噴射器分兩個階段對土體進行切割攪拌，同時將固化材料以液態方式或乾態方式噴入被破壞的土體縫隙中與土體攪拌，噴人的漿液與原狀土體混為一體，通過旋轉提升在土體中形成圓柱形加固體的一種地基加固方法。與普通三重管不同的是該工法中固化材料噴射流也是高壓介質，對土體形成二次切割與攪拌（圖1及圖2）。
圖1 三重管雙高壓旋噴原理概念圖
圖2 旋噴器示意圖
施工工藝
- 工藝流程
雙高壓旋噴工藝主要設備包括：旋噴機、專用高壓泥漿泵、專用高壓清水泵、空氣壓縮機、送水器、噴射管、旋噴器、導孔施工鑽機。典型的雙高壓旋噴設備體系見圖3。
《三重管雙高壓旋噴施工工法》的基本步驟可分為以下五步，見圖4。
圖3 典型雙高壓旋噴設備體系圖
圖4 三重管雙高壓旋噴施工步驟流程圖
一、準確確定樁位
旋噴樁樁位應在設計圖紙的基礎上進行準確放樣，樁位偏差不得大於5厘米，否則會影響到樁與樁之間的搭接。
二、液壓鑽機就位鑽孔
採用液壓迴轉鑽機成孔，鑽孔過程中應保持鑽桿垂直，鑽孔垂直度偏差不得大於1%。
三、漿液製備
按設計配合比進行漿液的拌制，拌制時要精確計量，漿液在拌漿桶內攪拌時間不得小於5分鐘。拌漿台應有專人負責，根據設計水灰比，相應固定拌漿操作程式，減少操作失誤，並將配合比標牌掛在攪拌台醒目位置。
四、將注漿管放至設計底標高並開始旋噴注漿
當鑽孔及漿液配製全部完成後，將注漿管放入到設計底標高深度，開啟高壓清水泵、高壓注漿泵和空壓機。檢查各施工參數是否符合設計要求。開啟提升裝置，提升過程中卸管後繼續噴漿時應復噴10～50厘米，以確保樁身搭接質量。旋轉並提升注漿管直至設計頂標高。
五、將三管提出地表清洗及移位
注漿完成後，將注漿管提出地表，及時清洗注漿管，以免被水泥漿凝固後堵塞管路。將旋噴機移至下一樁位，重複以上步驟繼續施工。
- 施工參數
《三重管雙高壓旋噴施工工法》可以用於穩定開挖回填後的槽段、基坑內土體的改良加固（加固體具有一定強度）以及形成隔水帷幕，具體加固施工的技術參數見表2、表3及表4。
名稱 | 項目 | 參數 | 名稱 | 項目 | 參數 |
高壓水 | 壓力（兆帕） 流量（升/分鐘） | 35~38 70~80 | 水泥漿 | 壓力（兆帕） 流量（升/分鐘） 水灰比 | 14~16 70~75 1.5:1 |
壓縮空氣 | 壓力（兆帕） 流量（立方米/分鐘） | 0.5~0.7 0.9~1.1 | 注漿管提升 | 提升速度（厘米/分鐘） 旋轉速度（轉/分鐘） | 8~10 6~8 |
注漿材料為32.5級普通矽酸鹽水泥 | |||||
名稱 | 項目 | 參數 | 名稱 | 項目 | 參數 |
高壓水 | 壓力（兆帕） 流量（升/分鐘） | 35~38 70~80 | 水泥漿 | 壓力（兆帕） 流量（升/分鐘） 水灰比 | 20~25 70~85 0.9:1~1:1 |
壓縮空氣 | 壓力（兆帕） 流量（立方米/分鐘） | 0.5~0.7 3.0 | 注漿管提升 | 提升速度（厘米/分鐘） 旋轉速度（轉/分鐘） | 4~6 5~7 |
每方土體水泥用量：460千克~500千克 | |||||
名稱 | 項目 | 參數 | 名稱 | 項目 | 參數 |
高壓水 | 壓力（兆帕） 流量（升/分鐘） | 35~38 70~80 | 水泥漿 | 壓力（兆帕） 流量（升/分鐘） 水灰比 | 20 75~85 1:1 |
壓縮空氣 | 壓力（兆帕） 流量（立方米/分鐘） | 0.5~0.7 3.0 | 注漿管提升 | 提升速度（厘米/分鐘） 旋轉速度（轉/分鐘） | 4~6 5~7 |
注漿材料為32.5級水泥。每方土體水泥摻量550~600千克。 | |||||
考慮到回填後的加固僅僅是起穩定槽段的作用，沒有強度和防水的要求，所以漿液的壓力相對較低，設為15兆帕，而標準的雙高壓工藝一般為20～25兆帕。
- 操作要點
《三重管雙高壓旋噴施工工法》的操作要點如下：
一、當場地內地下障礙物較多時，增加了成孔難度。可採用性能較好的GXY-2型鑽機，採用ф60鑽桿，長度大於3.0米的長岩芯管和金剛石鑽頭鑽進。該鑽機扭矩大，配備ф60鑽桿和長岩芯管，垂直度容易保持。
二、工程深度較深，旋噴樁的偏斜無法避免。為了保證深部旋噴樁能互相搭接可採用高壓水和高壓水泥漿雙高壓介質噴射切割土體，形成的樁徑較大，配合注漿管提速、空氣壓力、流量等其他施工參數，能確保深部樁體的搭接。
三、旋噴施工過程中的地面隆起。旋噴樁產生的廢漿排出地面過程中，在地基土中形成壓力，可能產生地面隆起變形。出現這種現象時可以採取以下對策：
1.加大鑽孔直徑：將鑽孔直徑加大至200~250毫米，可以使漿液易於排出地面，從而孔內壓力快速釋放。
2.在旋噴之前採用高壓清水進行予切割，再進行正常施工。
3.在排漿受阻的位置，從地面插入水管，使孔內排漿順暢。
四、為了保證在不同土層和不利因素影響下，旋噴樁達到比較均勻的直徑，必要時採取預切割措施。
材料設備
《三重管雙高壓旋噴施工工法》所用的機具見表5。
序號 | 設備名稱 | 型號 | 規格 | 單位 | 數量 | 作用 |
1 | RJP專用高壓水泵 | 3D2-SZ型 | 40.0兆帕 | 台 | 1 | 切割土層 |
2 | RJP專用旋噴機 | GPP-16型 | ╱ | 台 | 1 | 驅動注漿管旋轉與提升 |
3 | RJP專用高壓注漿泵 | GPB-90型 | ╱ | 台 | 1 | 把漿液注人土層 |
4 | 空壓機 | VFY-6/10型 | 6立方米 | 台 | 1 | 輔助切割土層和攪拌 |
5 | 鑽機 | 鑽機GXY-2 | 150米 | 台 | 1 | 成孔 |
6 | 攪拌機 | 立式圓型 | ╱ | 台 | 1 | 攪拌水泥漿 |
7 | 泥漿泵 | BW-150 | ╱ | 台 | 1 | 排漿 |
8 | RJP專用高壓注漿管 | 高強嵌套鋼管 | ╱ | 米 | 若干 | 輸送高壓水及水泥漿 |
質量控制
由於《三重管雙高壓旋噴施工工法》施工難度大，特制定施工細則，在施工中嚴格遵守，以保證施工質量。
1.鑽機就位與設計位置偏差小於5厘米，垂直偏差度小於1%。
2.施工時嚴格控制各種施工參數，包括：高壓水、高壓注漿泵及空壓機的壓力、流量，以及噴射過程注漿管的提升速度。在可能的條件下，應採用自動化儀表進行施工參數的測量與控制。
3.做好現場施工的記錄工作，對鑽孔傾斜、鑽孔深度、鑽孔遇障礙物情況、鑽孔坍孔、旋噴樁噴射過程中的參數狀況、返漿情況等都要做詳細記錄。同時對施工記錄及時整理，發現問題及時匯報處理。
4.為保證旋噴樁在拆卸注漿管或因故中斷時不出現斷樁現象，重新正常噴射時上下兩段樁的搭接長度不小於10厘米。
5.在施工時嚴格遵守操作規程，班長和技術人員嚴格進行質量自檢。
6.對噴漿漿液配比嚴格控制，根據高壓旋噴作業情況相應固定漿液拌制操作程式，減少操作失誤。
7.嚴格控制高壓旋噴施工使用水泥的質量，加強水泥的防潮工作。
8.覆核施工水泥用量的方式，保證高壓旋噴施工過程中的水泥摻量達到設計的相應要求。
9.施工前對旋噴施工機械進行維護保養，儘量減少施工過程中由於設備故障而造成的質量問題。對機械操作人員進行施工前培訓，組織其熟悉設備性能、操作要點，施工中設備由專人負責操作。
10.施工前進行技術交底，做好控制措施：a.由專人負責控制標高，並請監理、總包現場確認。b.在高壓三重管上焊接標記，間隔距離為0.5米，所焊接標記清晰、準確。
安全措施
採用《三重管雙高壓旋噴施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.注意安全用電，在旋噴施工中涉及的電器設備較多，施工現場應配置標準電箱，電動機和控制箱應有良好的接地裝置。施工人員應持證上崗制，防止用電事故發生。
2.嚴格按照安全生產的有關條例進行施工作業，正確操作使用機械設備。施工中隨時調整鈷機垂直度，如在施工中鑽機或旋噴機發生故障需要高空作業維修，應配戴安全帶作業。
3.施鑽時，應先將鑽桿緩慢放下，使鑽頭對準孔位，當電流表指針偏向無負荷狀態時即可下鑽。在鑽孔過程中，當電流表超過額定電流時，應放慢下鑽速度；當機架出現搖晃、移動、偏斜或鑽頭內發出有節奏的響聲時，應立即停鑽，經處理後，方可繼續施鑽。
4.施噴時，應定期檢查管路是否完好，特別是管路的接頭位置，防止高壓空氣和高壓漿液噴射傷人，噴管連線和拆卸時施工人員應密切配合，做到有序作業，噴管提升拆卸時下方不得有施工人員站立。
5.現場施工人員應正確戴好安全帽、穿著反光背心，施工現場要設有圍欄、隔離牆，加強消防管理，按規定布置消防器材，使用阻燃材料搭建臨時房，杜絕火災事故。
環保措施
《三重管雙高壓旋噴施工工法》的環保措施如下：
1.施工現場應由專人負責清掃，不任意排污，加強現場泥水管理，指定專人負責。開挖和及時回填各種排漿溝，杜絕泥水外溢，保持場地乾燥、平整。
2.根據旋噴施工特點，加強施工場地的廢泥漿管理，固定臨時排漿池，保持施工場地的整潔。
3.在現場配漿處加裝防塵頂棚，減少揚塵。
4.旋噴樁施工過程中會產生較多的廢漿，可以用泥漿車外運出場，也可以根據旋噴產生的廢漿凝固較快的特點，採用現場堆置，凝固後，以土方形式外運出場的辦法。
效益分析
《三重管雙高壓旋噴施工工法》的經濟效益體現在以下幾個方面：
1.加固範圍的增大在地基注漿加固施工過程中可以地減少成孔的工作量，特別是在複雜障礙物的施工環境內，這對於縮短工期、降低工程費用具有效果。
2.加固深度較傳統注漿工藝有提高，在地下工間開發趨於大深度的背景下具有市場潛力。
套用實例
《三重管雙高壓旋噴施工工法》的套用實例如下：
- 實例1：上海軌道交通4號線修復工程
上海軌道交通4號線浦東南路站～南浦大橋站區間隧道修復工程以地下連續牆圍護明挖為主，分為東、中、西三個明挖基坑，基坑端頭井挖深約41米，標準段挖深約38米。（見圖5）基坑圍護結構採用1200毫米厚地下連續牆形式，所有地下牆深度均為65米。為減少基坑開挖階段混凝土支撐製作期間連續牆圍護變形，從第四道支撐開始，於基坑周邊設定旋噴抽條加固區，提高每層基坑開挖坑內被動區土體強度。地下牆外側接縫位置設定旋噴樁，防止基坑圍護接頭滲水，加固深度主要針對粉、砂土層。全迴轉切割槽段內回填後設定弱強度旋噴樁，以穩定切割範圍內的槽段。
圖5 上海軌道交通4號線修復工程基坑平而圖
1.基坑內裙邊加固
根據設計平面上裙邊加固範圍為：基坑內側近地下牆4.0米範圍內需要進行裙邊旋噴加固。在剖面上的加固範圍為：第7道支撐底面以下至坑底開挖面以下5.0米，以及自第4道支撐至第6道支撐起每道支撐下2.0米範圍內。設計樁徑為1800毫米，最大加固深度為46米，排距為1400毫米，樁間距為1300毫米。坑內裙邊加固布置見圖3。第7道支撐底面以下加固區，28天無側限抗壓強度qu≥1.5兆帕；第7道支撐底面以上加固區，28天無側限抗壓強度qu≥1.0兆帕。
2.地下連續牆接縫加固
由於基坑開挖深度大，地下連續牆內外將形成較大的壓力水頭差，因此地下連續牆接頭的防水需要引起足夠的重視。在接頭形式選型上選擇防水效果較好的"十字鋼板接頭"。儘管如此，由於地下牆混凝土繞築或者十字鋼板夾泥等原因可能導致接頭防水質量難以保證，需要在坑外接縫處施工旋噴樁封水。旋噴樁設計樁徑1800毫米，搭接不小於600毫米。加固深度為地面以下15.0米至50米（相對標高）。旋噴加固28天無側限抗壓強度不小於1.2兆帕。
3.全迴轉切割回填旋噴加固
根據工程的總體要求，需要用全迴轉對隧道進行切割後施工地下連續牆，然後再對槽段進行旋噴弱加固，旋噴弱加固的目的主要是增強槽段的穩定性。噴樁的加固樁徑1500毫米，樁間距1100毫米，樁深（從混凝土地面以下）42.5米，加固後28天的無側限抗壓強度0.6～0.8兆帕。
在4號線修復工程中，三重管雙高壓旋噴施工的施工工法得到了套用，整套施工技術在套用中得到了完善和發展，見表6。
項目 | 設計樁徑（毫米） | 最大深度（米） | 根數 | 備註 | |
坑內裙邊加固 | 1800 | 47 | 東基坑 | 642 | 沿深度方向間斷成樁，最大加固深度47米 |
中基坑 | 78 | ||||
西基坑 | 107 | ||||
坑外接縫止水加固 | 1800 | 50 | 東基坑 | 140 | 沿深度方向連續成樁，加固深度為地面以下15米~地面以下50米 |
中基坑 | 46 | ||||
西基坑 | 73 | ||||
槽段內加固 | 1500 | 42.5 | 1號斷面 | 34 | 沿深度方向連續成樁，加固深度為地面以下42.5米 |
2號斷面 | 40 | ||||
3號斷面 | 38 | ||||
4號斷面 | 36 | ||||
- 實例2：上海長江隧道試驗段工程
上海市長江隧道工程南起浦東五號溝，止於長興島。道路規劃為雙向6車道，設計時速為每小時100千米。
盾構工作井進出洞採用三軸攪拌樁加固，由於攪拌樁在端頭井外沿隧道方向寬度較小，為確保盾構進出洞時無滲漏，在攪拌樁外側布置一排旋噴樁。旋噴樁採用三重管雙高壓工法施工，旋噴樁設計樁徑1800毫米，樁間距1500毫米。樁深28.0米。樁長25.0米，旋噴樁中心離攪拌樁外邊緣400毫米，該工程自2006年4月11日開始旋噴施工，至5月6日施工結束，歷時26天，共成樁32根。
- 實例3：市百一店商城（新樓）樁基和維護工程
一百商城（新樓）位於上海市黃浦區西藏中路425號，上海第一百貨老樓北側。由於基坑開挖過程中周邊環境的保護要求較高，坑內進行旋噴加固，以控制基坑變形。場地記憶體在較多的原建築物老基礎和廢棄的地下管線，布孔時遇到障礙樁（包括新施工的工程樁）作相應調整。
基坑採用地下連續牆作圍護結構，為保護周圍原有建築物、捷運隧道及地下管線，基坑內採用雙高壓旋噴樁進行地基加固。在豎向上，旋噴樁分為高摻量加固和低摻量加固兩種情形。為控制基坑變形，西側及南側部分：高摻量加固面以上至第一道支撐底為低摻量加固；北側及東側部分；高摻量加固面以上至第二道支撐底為低摻量加固。加固後，要求28天無側限抗壓強度不小於1.5兆帕（高摻量）和0.5兆帕（低摻量）。
該工程旋噴樁加固分為裙邊加固和墩式加固兩種，施工過程中共完成了1061根樁體。旋噴樁設計樁徑為1600毫米。樁間距1400~1500毫米，近地下連續牆的樁距離地下牆600毫米高摻量加固28天平均無側限抗壓強度不小於1.5兆帕；低摻量加固28天平均無側限抗壓強度不小於0.5兆帕。
榮譽表彰
2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號，《三重管雙高壓旋噴施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。
