北京地區(qū)樁間旋噴止水工藝的影響因素分析及改進(jìn)初探

任貴生

（北京市地質(zhì)工程公司，北京 100143）

0 引言

高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)等設(shè)備，把底部側(cè)面安裝有噴嘴的特殊注漿管置入土層預(yù)定深度后，用高壓水泥漿泵、氣泵、水泵等裝置，以預(yù)定壓力，把漿液及氣體等從噴嘴中噴射出去，沖擊破壞土體，同時借助注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動，使?jié){液與土體上崩落下來的土攪拌混合，經(jīng)過一段時間凝固，便在土中形成圓柱狀固結(jié)體，即旋噴樁。北京地區(qū)多用旋噴樁與護(hù)坡樁結(jié)合使用進(jìn)行止水施工。

自2008年北京市對基坑開挖降水進(jìn)行限制后，在含水地層區(qū)域開挖深大基坑多數(shù)采用護(hù)坡樁間布置旋噴工藝施工帷幕進(jìn)行止水。根據(jù)近幾年來多個采用旋噴形成帷幕進(jìn)行止水工程的施工效果及切身感受分析，樁間止水帷幕在北京地區(qū)的實(shí)際施工效果并不十分理想。因此，在實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對樁間布置旋噴樁形成止水帷幕止水效果的影響因素進(jìn)行了總結(jié)，并提出了初步改進(jìn)建議。

1 目前較為常見的幾種樁間旋噴止水的形式及施工方法

在進(jìn)行北京含水地層區(qū)域深大基坑設(shè)計時，為了更好地控制施工造價，在進(jìn)行止水帷幕設(shè)計時，往往采用在護(hù)坡樁樁間布置旋噴樁，通過旋噴樁與護(hù)坡樁體的連接形成止水帷幕，來達(dá)到止水的設(shè)計目的。

根據(jù)護(hù)坡樁直徑及樁間距，常見的旋噴樁布樁形式有：在護(hù)坡樁之間布置兩根旋噴樁或在護(hù)坡樁之間布置一根直徑較大的旋噴樁形成止水帷幕。前者多采用單噴或雙噴形成相對小直徑的旋噴樁體（目標(biāo)直徑500～600mm），后者多采用三重管旋噴形成較大直徑樁體（目標(biāo)直徑900～1100mm）。另外，根據(jù)護(hù)坡樁與旋噴樁成樁的先后順序，又分為先施工護(hù)坡樁后施工旋噴樁，通過旋噴樁成樁過程中切割樁間土體與護(hù)坡樁連接形成止水帷幕；或先施工旋噴樁，在旋噴樁樁體完全固化前再行施工護(hù)坡樁，通過護(hù)坡樁軟切旋噴樁樁體連接形成止水帷幕，達(dá)到止水的目的（圖1）。

圖1 較為常見的旋噴樁間止水布樁圖例

2 樁間旋噴止水帷幕設(shè)計的利弊

北京地區(qū)在基坑開挖深度范圍內(nèi)存在地下水且基底有好的隔水層的情況下，多采用在護(hù)坡樁之間布置旋噴樁的支護(hù)止水措施，由于考慮了護(hù)坡樁的擋水因素，減小了基坑止水面積，避免了施工降水的同時也可較大程度上降低基坑止水造價，縮短施工周期。

樁間旋噴止水工藝的效果主要取決于旋噴樁與護(hù)坡樁的搭接密實(shí)程度及旋噴樁樁體的透水性，這主要受地層情況、施工質(zhì)量及設(shè)計布樁形式控制。因影響旋噴止水效果的主客觀因素較多，也就決定了旋噴止水效果的不穩(wěn)定性。

同時，由于在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計時并未考慮旋噴樁體的受力，而實(shí)際施工過程中，隨著基坑工況的變化，基坑后水土壓力也在不斷變化，旋噴樁將不可避免地承受部分水土側(cè)向壓力；在采用樁錨支護(hù)旋噴止水的基坑施工中，由于錨桿的施工，破壞了樁體的整體性，旋噴樁體本身抗拉強(qiáng)度較低，在土及滲流壓力的作用下極容易形成旋噴樁整體的斷裂垮塌，后期修理施工困難。

3 影響樁間旋噴止水效果的因素分析

3.1 工程地質(zhì)條件的影響

根據(jù)相關(guān)研究成果[1]及文獻(xiàn)[2]，場區(qū)的地層條件對旋噴樁成樁直徑有很大影響，以單重管及雙重管旋噴樁在同樣密度的漿液以一定噴射壓力及提鉆速度的情況下，不同地層成樁有效直徑變化很大（圖2）。

另外，對于一個基坑分期開挖的工程，在滲透系數(shù)較大地層區(qū)域或滲透系數(shù)差異較大的地層分界線處，存在由于水頭差較大，地下水滲流將未凝固的水泥漿攜走，造成旋噴失效的可能性。

圖2 地層條件對旋噴樁直徑的影響曲線[1]

3.2 旋噴樁施工過程中的質(zhì)量影響因素

（1）在護(hù)坡樁樁位及垂直度較好的情況下，旋噴樁孔位偏差及成孔或引孔垂直度偏差對旋噴止水效果影響非常明顯，旋噴樁施工的孔位偏差及垂直度偏差會造成旋噴樁樁體與護(hù)坡樁樁體相對距離的變化，從而影響旋噴樁與護(hù)坡樁或旋噴樁樁體間的閉合效果。

對于較深基坑，為確保旋噴樁垂直度，應(yīng)專門組織地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行引孔施工，引孔深度應(yīng)根據(jù)具體地層條件及基坑開挖深度而定，原則上引孔深度應(yīng)穿透較硬土層且進(jìn)入基底隔水層。引孔施工前應(yīng)認(rèn)真校核護(hù)坡樁位置及旋噴引孔孔位，對準(zhǔn)孔位方可施工。

（2）旋噴樁提鉆速度與注漿壓力對旋噴樁樁徑的影響

旋噴樁施工過程中的噴射壓力及提鉆速度對旋噴成樁直徑會產(chǎn)生很大影響，根據(jù)相關(guān)課題成果[1]，以單重管及雙重管為例，單一的某個工藝中（對單重管或雙重管），當(dāng)壓力在20Mpa至30Mpa之間變化時，同樣地層及同一提鉆速度，旋噴樁的成樁直徑與切割介質(zhì)的噴射壓力成正比例關(guān)系，但當(dāng)壓力接近30Mpa時，樁徑隨注漿壓力的增加并不明顯，故欲達(dá)到設(shè)定樁徑效果，不能依靠提高壓力完成，要根據(jù)需要改變工藝，因此在進(jìn)行樁間止水帷幕設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)擬選用設(shè)備的性能，明確噴射工藝及噴射介質(zhì)的噴射壓力（圖3）。

旋噴樁施工的提鉆速度對旋噴樁成樁直徑的影響同樣顯著，根據(jù)相關(guān)課題成果[1]，當(dāng)提升速度在20cm/min至30cm/min之間變化時，樁徑變化不大，當(dāng)提升速度超過30cm/min達(dá)到40cm/min時，樁徑大小極不穩(wěn)定，并且樁中含有大量土體夾層，故在北京地區(qū)施工時提升速度不宜超過30cm/min（圖4）。

圖3 注漿壓力對旋噴樁直徑的影響[1]

圖4 提鉆速度對旋噴樁直徑的影響[1]

（3）水泥摻入量對旋噴樁樁體的影響

旋噴樁施工過程中的水泥摻入量對樁身透水性及樁體強(qiáng)度有重要影響，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，對于三重管每米水泥用量約為300～400kg，對于雙重管每米水泥用量約為200～250kg。水泥用量過低，水泥與土體的置換不理想，影響旋噴樁的止水效果及樁身強(qiáng)度，水泥用量過大又會造成浪費(fèi)。

3.3 護(hù)坡樁施工質(zhì)量對旋噴止水帷幕的影響

對于先施工護(hù)坡樁后進(jìn)行旋噴樁施工的工程，護(hù)坡樁施工的樁位準(zhǔn)確性和護(hù)坡樁垂直度對旋噴止水的效果有很大影響。

如若護(hù)坡樁在樁心線方向偏差較大，將造成相鄰護(hù)坡樁樁間距過大，在旋噴樁樁徑不變的情況下，止水帷幕的閉合效果降低或無法閉合。如若護(hù)坡樁施工垂直度較差，對于基坑深部，護(hù)坡樁間距將相應(yīng)增大或減小，同樣對旋噴止水的閉合效果產(chǎn)生很大影響。

4 工藝優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)方向

在旋噴止水帷幕施工過程中，射流壓力、提鉆速度、成孔垂直度及成孔準(zhǔn)確性等影響止水效果的因素是可以人為控制的，但在實(shí)際施工過程中，雖很好地控制了以上因素，仍不可避免地出現(xiàn)旋噴搭接不嚴(yán)，帷幕局部滲漏的情況，在地層較差區(qū)域甚至出現(xiàn)旋噴樁體隨水土流失斷裂的情況，這與場區(qū)工程地質(zhì)條件、設(shè)計布樁形式及旋噴樁體抗拉強(qiáng)度低等客觀因素有很大關(guān)系。

在進(jìn)行樁間旋噴止水帷幕設(shè)計時，適當(dāng)減小護(hù)坡樁間距，增加旋噴樁與護(hù)坡樁體的有效搭接厚度；同時將旋噴樁樁位延垂直護(hù)坡樁樁心線方向適當(dāng)向后調(diào)整，可減小基坑開挖清理樁間土過程中對旋噴樁體的切割，同時旋噴樁樁體兩側(cè)護(hù)坡樁將對旋噴樁提供一定的水平支撐，更有利于旋噴樁體的受力穩(wěn)定。

對于樁錨支護(hù)的旋噴止水工程，在預(yù)應(yīng)力錨桿施工完畢后，應(yīng)及時將錨桿張拉段孔口封堵密實(shí)，必要時留設(shè)排水導(dǎo)管引流，防止?jié)B流沖蝕樁后土體。

另外，在旋噴樁施工完畢后，馬上順噴射孔插入適量架子管或型鋼等抗拉強(qiáng)度較高的材料，隨著水泥土硬結(jié)形成型鋼水泥土復(fù)合體，可以提高旋噴樁體的抗剪斷能力，有利于基坑使用過程中的安全穩(wěn)定。此外，旋噴返漿結(jié)合深層攪拌樁施工的可行性很值得探討，這樣可大幅節(jié)省工程材料又便于廢物利用。

5 工程案例

望京綜合體育館A座等10項(xiàng)工程，位于望京廣順北大街與宏泰西街路口東南側(cè)，緊鄰建地鐵十四號線（局部與十四號線隧道重疊），基坑占地約1.5萬m2，基坑開挖深度14.36～18.02m，基坑支護(hù)影響深度范圍內(nèi)地層由上到下依次為：素填雜填土層、粘質(zhì)粉土層、粉砂層、粉質(zhì)粘土層及圓礫層。開挖深度范圍內(nèi)含3層地下水：第1層滯水靜止水位埋深為2.50～4.60m；第2層層間潛水，靜止水位埋深為7.10～8.40m，含水層巖性主要為粘質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土；第3層靜止水位埋深為12.10～13.50m，地下水類型為潛水，含水層巖性主要為粉細(xì)砂層。本工程基坑采用樁錨支護(hù)，樁間旋噴帷幕止水，旋噴樁參數(shù)如表1。

表1 旋噴樁止水帷幕技術(shù)參數(shù)

本工程自支護(hù)設(shè)計至止水帷幕施工完成，整個過程加強(qiáng)了對旋噴止水工藝影響因素的控制，自2013年9月正式開工到2014年7月竣工，止水帷幕施工后，除基坑局部出現(xiàn)旋噴帷幕滲漏外，總體止水效果良好（圖5）。

圖5 望京綜合體育館A座等10項(xiàng)工程基坑旋噴帷幕止水效果照片

6 結(jié)論

通過望京綜合體育館A座等10項(xiàng)工程中樁間旋噴止水帷幕的實(shí)際施工效果分析，北京地區(qū)在樁間布置旋噴樁止水帷幕的基坑設(shè)計及施工過程中，若能根據(jù)地層參數(shù)結(jié)合地區(qū)旋噴樁施工經(jīng)驗(yàn)預(yù)估旋噴樁成樁直徑，適當(dāng)減小護(hù)坡樁間距，同時認(rèn)真控制鉆孔垂直度、噴射壓力、提鉆速度等影響旋噴止水帷幕施工效果的這些重要因素，在不大幅增加施工成本的情況下，應(yīng)能夠取得較好的止水效果。

[1]北京市地質(zhì)工程公司..北京地區(qū)隔水帷幕高壓旋噴樁施工工藝參數(shù)研究項(xiàng)目結(jié)題報告[R]..2010.

[2]《工程地質(zhì)手冊》編委會..工程地質(zhì)手冊（第四版）[M]..中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]康志勇，郭世周..型鋼旋噴樁支護(hù)技術(shù)在某商廈基坑中的應(yīng)用[J]..巖土工程界，2004，7(9)：45～46.