大連臨海超大深基坑旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)

賀啟鑫,張智博,季玉國,王 卓

(1.內(nèi)蒙古第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院,內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000;2.中鐵十四局集團(tuán)有限公司,山東濟(jì)南 250014; 3.上海建通工程建設(shè)有限公司,上海 230030;4.大連泛華工程建設(shè)監(jiān)理有限公司,遼寧大連 116002）

大連臨海超大深基坑旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)

賀啟鑫1,張智博2,季玉國3,王 卓4

(1.內(nèi)蒙古第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院,內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000;2.中鐵十四局集團(tuán)有限公司,山東濟(jì)南 250014; 3.上海建通工程建設(shè)有限公司,上海 230030;4.大連泛華工程建設(shè)監(jiān)理有限公司,遼寧大連 116002）

大連臨海區(qū)域地貌為沖海積階地,后經(jīng)人工回填,地質(zhì)水文條件復(fù)雜,既有天然沉積的土層和巖石,又有人工回填的透水性很強(qiáng)的雜填土。其地下水位受海水影響,下部為卵礫石及強(qiáng)風(fēng)化基巖,基巖面起伏較大。地鐵車站超大深基坑開挖采用樁基圍護(hù)結(jié)構(gòu)加止水帷幕,坑內(nèi)深井井點(diǎn)方式降水。通過兩次試樁及工藝參數(shù)優(yōu)化,高壓旋噴樁止水帷幕達(dá)到理想效果。

臨?；?深基坑;止水帷幕;高壓旋噴;深井井點(diǎn)降水

1 工程概況

大連地鐵一號線工程港灣廣場站位于臨近大連港區(qū)域的人民路上,東西向布置,為地下雙層島式車站。該站設(shè)計(jì)總長為179.4 m,有效站臺長度為118 m,站臺寬10 m,線間距13 m。車站主體基坑總長度179.40 m,寬18.50 m,深16.6～18.9 m,中間蓋挖采用軍用梁便橋體系,長30 m,兩側(cè)明挖基坑長度分別為97.9 m和51.5 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔樁加鋼支撐聯(lián)合支護(hù)體系。鉆孔樁設(shè)計(jì)為“1000@ 1400,鋼支撐采用“609 mm鋼管,間距3 m。鉆孔樁外側(cè)采用雙排三重管旋噴樁重疊200 mm作止水帷幕。車站共設(shè)3個(gè)出入口和2組風(fēng)亭。1號出入口沿人民路現(xiàn)狀道路布置;2號出入口沿港灣橋布設(shè); 3A號出入口沿西向人民路南側(cè)布置;3B號出入口沿西向人民路北側(cè)布置。

車站中心里程覆土厚度約4.1 m,地下一層為站廳層,地下二層為站臺層,標(biāo)準(zhǔn)段寬18.5 m。除3號出入口采用暗挖施工外,車站均采用明挖法施工。

基坑平面布置如圖1所示。

2 工程水文地質(zhì)情況

場區(qū)整體上看西部高,東部低。在勘探深度范圍內(nèi),地貌為冰磧丘陵,主要地層為第四系人工堆積層、第四系中更新統(tǒng)冰磧粘土以及含卵石粘土層、下伏震旦系五行山群甘井子組白云質(zhì)灰?guī)r,粘土層局部含卵石。巖石較完整,局部節(jié)理裂隙較發(fā)育,局部巖溶發(fā)育。車站區(qū)域地質(zhì)情況從上至下依次為素填土、砂礫卵石層、強(qiáng)風(fēng)化板巖、中風(fēng)化板巖。

圖1 港灣廣場站基坑平面圖

大連市的氣候?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)氣候,并具有海洋影響的特點(diǎn)。冬季氣溫較低,降水少。夏季氣溫較高,降水集中,較多。氣候和降雨量隨冬、夏季風(fēng)的轉(zhuǎn)換而變化。每年5～9月份為雨季。港灣廣場站距海邊距離較近,根據(jù)抽水試驗(yàn),場區(qū)地下水豐富,建筑物底板應(yīng)做好防滲、防潮及抗浮設(shè)計(jì),抗浮水位標(biāo)高為2.80 m。本場地地下水按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水。

孔隙水主要賦存在素填土層及卵石層中,基巖裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化板巖中。經(jīng)取水樣進(jìn)行室內(nèi)水質(zhì)簡分析,根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(TB 10012-2007,J124-2007）表F.0.1綜合判定:地下水化學(xué)侵蝕類型為硫酸鹽侵蝕,環(huán)境作用等級為H1。

地下水對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性;對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性;對鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。地下水總礦化度為579.4～590.1 mg/L,為淡水。

勘察期間本場地地下水穩(wěn)定水位埋深2.00～4.40 m。本工點(diǎn)結(jié)構(gòu)底板埋深16.9～17.9 m,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮上浮問題,按不利條件考慮,抗浮設(shè)計(jì)水位可按水位埋深1.00 m考慮,相當(dāng)于標(biāo)高約2.6 m。

3 旋噴樁止水帷幕設(shè)計(jì)及難點(diǎn)

(1）旋噴樁隔水帷幕應(yīng)使用三重管工藝施工,要求28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu≮1.2 MPa,滲透系數(shù)k≯1.0×10-7cm/s。

(2）旋噴樁采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定水泥摻入比,水灰比為1.0,三重管高壓水壓力應(yīng)大于35 MPa,噴射提升速度為8～12 cm/min,具體由施工方根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和抗?jié)B指標(biāo)要求試驗(yàn)確定。

(3）為確保隔水效果,要求旋噴樁間及旋噴樁與灌注樁間理論搭接厚度≮200 mm,中心偏位≯50 mm,樁垂直偏差≯1/200。旋噴樁的檢測數(shù)量為樁數(shù)的2%,并不少于5根,每根樁在成樁28天后取3個(gè)試驗(yàn)(在樁徑方向1/4處,樁頭至樁長2/3長范圍內(nèi)垂直鉆心）。

(4）本站廠區(qū)旋噴樁需穿過卵石層,成樁工藝可能會有影響,對于局部出現(xiàn)滲漏部位可采用深層注漿封堵。具體根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測和滲漏確定。

(5）地下8～10 m范圍內(nèi)(砂礫、卵石層及強(qiáng)風(fēng)化巖層）旋噴樁由于松散無膠結(jié),含水量高,不利于水泥漿有效固結(jié),止水效果可能不理想。

(6）下部砂礫、卵石及強(qiáng)風(fēng)化基巖因?yàn)榈貙悠扑闊o膠結(jié),地下水位豐富流動,潮水流動等對水泥漿凝結(jié)有不利的因素。

旋噴樁止水帷幕平面布置見圖2。

圖2 咬合旋噴樁止水帷幕平面布置圖

4 施工方案與技術(shù)措施

4.1 施工原理及工藝流程

三管法旋噴是一種水、氣噴射,漿液灌注攪拌混合噴射的方法。即用三層噴射管使高壓水和空氣同時(shí)橫向噴射,并切割地基土體,借空氣的上升力把被破碎的土由地表排除;與此同時(shí),另一個(gè)噴嘴將水泥漿低壓力噴射注入到被切割、攪拌的地基中,使水泥漿與土混合達(dá)到加固目的,其加固直徑可達(dá)800～2000 mm。

采用三管法旋噴,應(yīng)先送高壓水、再送水泥漿和壓縮空氣;噴射時(shí)先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿量后,再逐漸提升注漿管,注漿管分段提升的搭接長度不得小于100 mm;當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)樁頂高度或地面出現(xiàn)溢漿現(xiàn)象時(shí),應(yīng)立即停止當(dāng)前樁的旋噴工作,并將旋噴管拔出并清洗管路。三重管法是將水泥漿與壓縮空氣同時(shí)噴射,除可延長噴射距離、增大切削能力外,也可促進(jìn)廢土的排除,減輕加固體單位體積的重力。

4.2 試樁施工

旋噴樁施工前進(jìn)行2次試樁,根據(jù)實(shí)際情況確定預(yù)定的漿液配比、噴射壓力、噴漿量等技術(shù)參數(shù)。試樁數(shù)量不少于2根,東、西端場地各1根,具體位置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況與監(jiān)理一同確定。

4.2.1 試樁施工主要技術(shù)參數(shù)(見表1）

以單位時(shí)間噴射的出漿量及噴射持續(xù)時(shí)間計(jì)算

表1 旋噴樁試樁施工主要技術(shù)參數(shù)選擇表

出漿量,計(jì)算公式為:

式中:Q——出漿量,m3;H——噴射長度,m;q——單位時(shí)間噴漿量,m3/min;β——損失系數(shù),通常0.1～0.2;v——提升速度,m/min。

根據(jù)試樁參數(shù)計(jì)算所需的噴漿量,以確定水泥使用數(shù)量。

4.2.2 試樁取心效果

試樁齡期達(dá)到要求后進(jìn)行旋噴試樁取心,在樁徑方向1/4處整個(gè)樁長范圍內(nèi)取心。從旋噴樁取心情況看:

(1）旋噴樁地下8 m以淺范圍內(nèi)旋噴止水效果較好;

(2）地下8～10 m范圍內(nèi)(砂礫、卵石層、強(qiáng)風(fēng)化巖層）旋噴樁不能形成有效固結(jié),止水效果不理想;

(3）產(chǎn)生加固效果不理想的砂礫、卵石及強(qiáng)風(fēng)化基巖可能因?yàn)榈貙悠扑闊o膠結(jié),地下水位豐富、流動等對水泥漿凝結(jié)不利造成。

通過各方的討論,二次優(yōu)化工藝參數(shù),如水泥漿液中摻入氯化鈣粉劑(摻入量為水泥用量5%）;在砂礫卵石及強(qiáng)風(fēng)化板巖地層噴射提升速度為4～6 cm/min。

兩次試樁現(xiàn)場鉆心取樣效果見圖3、4。

圖3 第一次旋噴試樁成樁后鉆心取樣圖片

圖4 摻加氯化鈣后第二次旋噴試樁成樁后鉆心取樣

圖3中自左至右依次為自地面以下旋噴樁體1～12 m心樣情況,可以看出,旋噴樁地面以下7 m范圍基本為素填土層,鉆芯取樣較為完整,心樣中水泥漿含量較大,基本可以滿足設(shè)計(jì)止水需要;地面以下7～12 m范圍基本為砂礫卵石、強(qiáng)風(fēng)化板巖地層,鉆心取樣較為破碎,同時(shí)心樣中水泥漿含量較小,不能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖4中自左至右依次為自地面以下旋噴樁體1～8 m心樣情況?？梢钥闯?旋噴樁地面以下5 m范圍基本為素填土層,鉆心取樣較為完整,心樣中水泥漿含量較大,基本可以滿足設(shè)計(jì)止水需要;地面以下5～8 m范圍基本為砂礫卵石、強(qiáng)風(fēng)化板巖地層,鉆心取樣較為破碎,同時(shí)心樣中水泥漿含量較小,不能完全達(dá)到設(shè)計(jì)止水要求。

4.3 旋噴樁施工技術(shù)措施

(1）鑒于工期特別緊迫,高壓旋噴樁不能停止施工,在優(yōu)化參數(shù)及采取技術(shù)措施情況下繼續(xù)進(jìn)行試樁施工。

(2）采用旋噴樁進(jìn)行止水設(shè)計(jì)方案是經(jīng)過多次專家論證確定的,符合設(shè)計(jì)程序,必須按設(shè)計(jì)圖紙施工。

(3）確定旋噴樁主要施工參數(shù):水泥摻入比為500 kg/m,水灰比為1,噴射提升速度為8～10 cm/min,水壓改為30～35 MPa,其它參數(shù)優(yōu)化。

(4）對于地下8 m至中風(fēng)化巖層,設(shè)計(jì)加固深度范圍內(nèi)的砂礫、卵石層、強(qiáng)風(fēng)化巖層,旋噴樁不能形成有效固結(jié)、止水效果不理想的問題采取以下措施:在水泥漿中摻入一定比例的速凝早強(qiáng)外加劑,以縮短水泥凝結(jié)時(shí)間,提高下部加固效果,外加劑摻入量先根據(jù)試驗(yàn)確定后再正式施工;噴射提升速度為正常噴射提升速度的一半即4～6 cm/min、水灰比1、水壓30 MPa;如果按照上述方式施工后旋噴樁仍達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,可采取在旋噴樁外側(cè)補(bǔ)注水泥漿或化學(xué)漿液等措施進(jìn)行處理,并經(jīng)設(shè)計(jì)、建設(shè)等相關(guān)單位討論確認(rèn)。

(5）設(shè)計(jì)單位根據(jù)實(shí)際鉆心取樣結(jié)果向總院匯報(bào),再由建設(shè)單位召集勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等方面技術(shù)人員討論,提出更為有效的處理措施。

4.4 針對砂礫卵石、強(qiáng)風(fēng)化板巖地層漏水處理預(yù)案

根據(jù)港灣廣場車站范圍地質(zhì)特點(diǎn),結(jié)合止水帷幕旋噴樁試樁在砂礫卵石、強(qiáng)風(fēng)化板巖地層成樁較差的實(shí)際效果,旋噴樁施工完成后、基坑開挖時(shí)砂礫卵石、強(qiáng)風(fēng)化板巖地層會出現(xiàn)漏水情況;在基坑進(jìn)行土方開挖前根據(jù)降水井的抽排水效果,若是出現(xiàn)降水井內(nèi)的水位停留在一定層位,即可判斷為砂礫卵石、強(qiáng)風(fēng)化板巖地層漏水嚴(yán)重;出現(xiàn)此情況即按照砂礫卵石和強(qiáng)風(fēng)化板巖地質(zhì)分布特點(diǎn),在樁間打設(shè)小導(dǎo)管,對砂礫卵石、強(qiáng)風(fēng)化板巖地層采用深層注雙液漿(水泥漿、水玻璃）的方法加固處理,雙液漿的具體配比根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定,注漿量、注漿壓力根據(jù)實(shí)際情況確定。

5 施工技術(shù)效果

基坑圍護(hù)沖擊鉆孔樁及止水帷幕高壓旋噴樁施工結(jié)束達(dá)到強(qiáng)度及抗?jié)B性能后,進(jìn)行了基坑開挖,效果明顯。

(1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)沖擊鉆孔樁垂直度、整體性及平整度滿足設(shè)計(jì)及基坑安全需要,強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求;

(2）樁間間隙土體及高壓旋噴樁充填封堵良好,未發(fā)生明顯漏水漏砂現(xiàn)象;

(3）個(gè)別漏水部位采用雙液注漿封堵效果良好,另加鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土達(dá)到止水防塌目的,效果良好。

6 體會

(1）止水帷幕未達(dá)到強(qiáng)度和抗?jié)B性能前,基坑不得進(jìn)行降排水開挖,以防止海水滲流引起邊坡坍塌和細(xì)粒土的流失,增加旋噴樁止水帷幕施工的困難;

(2）第一次試樁基本達(dá)到設(shè)計(jì)目的,在卵石及強(qiáng)風(fēng)化基巖效果較差,但通過摻入速凝早強(qiáng)劑及優(yōu)化工藝參數(shù),效果較為明顯,基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求和目的;

(3）若工期及費(fèi)用許可,采用先引孔灌入黃泥砂摻水泥封孔再鉆孔進(jìn)行高壓旋噴樁施工效果會更好;

(4）引孔和高壓旋噴樁旋噴注漿應(yīng)間隔進(jìn)行,效果較好,減小了相鄰擾動的不利因素;

(5）針對卵礫石及強(qiáng)風(fēng)化基巖滲漏堵漏效果有效,達(dá)到了預(yù)期效果。

[1] 宋志彬,張金昌,馮起增,等.防滲加固高壓旋噴注漿技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）,2003,(1）:38-42.

[2] 吳厚信,陳國勇,周宏益,等.大直徑深層旋噴攪拌樁在昊勝大廈深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）, 2010,37(4）:58-61.

[3] 崔高漢,胡仲杰,方勇,等.高壓旋噴成樁機(jī)理分析及其對設(shè)備的要求[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）,2008,35(9）:24-27, 31.

[4] 姜全兵.三重管旋噴灌漿工藝在大深度高噴工程中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）,2007,34(1）:30-32.

[5] 李維平,王桂,崔長江.高壓旋噴樁有關(guān)問題的探索和研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）,2006,33(11）:16-18.

Technology of Rotary Jetting Pile Curta in Construction in Ultra Large Deep Foundation Pit in Dalian CoastalAre-a

HE Q i-xin1,ZHANG Zhi-bo2,JI Yu-guo3,WANG Zhuo4(1.No.4 GeologyMinerals InvestigationDevelopmentCourtyard of InnerMongolia,Wulanchabu InnerMongolia 012000,China;2.China Railway Shisiju Group Corporation,Jinan Shan-dong 250014,China;3.Shanghai Jiantong Engineering Consulting and Construction Co.,Ltd.,Shanghai 230030,China; 4.Dalian Fanhua Engineering Construction Supervision Co.,Ltd.,Dalian Liaoning 116002,China）

Because of the artificial backfilling,the geological and hydrological conditions are complicated in Dalian near sea region,which was alluvialmarine sedimentation terrace.The natural deposit soil and rock existswith strong per meable backfilled miscellaneous soil-filling.Pile foundation pit enclosure structure,water-proof curtain and deep wellpoint dewate-ring were adopted for ultra large deep foundation pit excavation.By -pile tests and process parameters optimization,itwas proved high pressure jet grouting pile waterproof curtain achieved ideal effect.

near sea foundation pit;deep foundation pit;water-proof curtain;high pressure jet grouting;deep well point dewatering

TU473.2

:A

:1672-7428(2010）12-0054-04

2010-08-10

賀啟鑫(1963-）,男(漢族）,內(nèi)蒙古錫林郭勒人,內(nèi)蒙古第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院工程師,探礦工程專業(yè),從事探礦工程及巖土工程施工技術(shù)管理工作,內(nèi)蒙古烏蘭察布市集寧區(qū)恩和路61號;張智博(1980-）,男(漢族）,山東騰州人,中鐵十四局集團(tuán)有限公司工程師,土建專業(yè),從事地下工程及隧道施工工作,山東省濟(jì)南市歷下區(qū)和平路1號;季玉國(1963-）,男(漢族）,安徽阜陽人,上海建通工程建設(shè)有限公司高級工程師、國家注冊監(jiān)理工程師、交通部注冊監(jiān)理工程師,探礦工程專業(yè),從事隧道工程與地下巖土工程技術(shù)管理工作,上海市淮海西路18號申通信息廣場6F;王卓(1987-）,男(漢族）,遼寧大連人,大連泛華工程建設(shè)監(jiān)理有限公司助理工程師,土木工程專業(yè),從事工程技術(shù)管理工作,遼寧省大連市西崗區(qū)香川街9號7-3。