深基坑止水帷幕三重管雙高壓旋噴樁施工技術(shù)

□文/劉勝永

深基坑止水帷幕三重管雙高壓旋噴樁施工技術(shù)

□文/劉勝永

通過(guò)天津市西站建設(shè)工程第十二標(biāo)某地鐵站為實(shí)例，介紹地鐵深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻接縫處外側(cè)采用三重管雙高壓旋噴樁為止水帷幕的施工工藝和質(zhì)量保證措施，采取的技術(shù)、措施取得了較好的止水效果，在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中地下連續(xù)墻接縫達(dá)到不漏水，確保深基坑開(kāi)挖的施工安全質(zhì)量。

深基坑；旋噴樁；止水帷幕；三重管；雙高壓

1　工程概況

天津市西站建設(shè)工程十二標(biāo)某地鐵站，建筑面積1.4萬(wàn)m2，基坑深度最深28m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用深50 m、厚1 m地下連續(xù)墻，接頭形式為工字鋼，地下連續(xù)墻接縫處外側(cè)采用高壓旋噴樁為止水帷幕，每個(gè)接縫3根φ800mm@500mm旋噴樁，長(zhǎng)度為40m。

通過(guò)調(diào)查，普通工藝旋噴樁成樁質(zhì)量及各項(xiàng)指標(biāo)難以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。結(jié)合工程實(shí)踐，本工程采用三重管雙高壓旋噴樁施工。

2　工程地質(zhì)條件

地層由上至下分為9層，1～3層土層厚度為1～3m，主要以雜填土和粉質(zhì)粘土為主；3～5層主要以粉質(zhì)粘土和粘土為主；5～7層土層主要以粉土和粉砂為主；7～9層主要以粉質(zhì)粘土和粉砂為主。

同時(shí)場(chǎng)區(qū)地下水位在地表下0.4～1.5 m范圍內(nèi)，地下水位較高，微承壓水穩(wěn)定埋深有兩層，一層在地表以下20～30 m，二層在37～42 m，地下連續(xù)墻深入第二層微承壓水隔水層，根據(jù)基坑深度主要關(guān)注62、64層，其特點(diǎn)在該層以粉土、粉砂為主，地下連續(xù)墻接縫易漏水涌砂，基底易產(chǎn)生涌砂和管涌等不利因素，見(jiàn)圖1。

圖1　工程地質(zhì)條件與開(kāi)挖面相對(duì)關(guān)系

3　三重管雙高壓旋噴樁施工原理

3.1施工原理[1]

地下連續(xù)墻接縫外側(cè)止水帷幕采用三重管雙高壓旋噴樁，是利用鉆機(jī)把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至地層的預(yù)定位置后，將包裹壓縮空氣的高壓水流和包裹壓縮空氣的高壓水泥漿流分別通過(guò)噴射器上、下部的噴嘴噴出，上部的高壓水噴射流先對(duì)土體進(jìn)行一次切割破碎，再將水泥漿液通過(guò)鉆桿下部的噴嘴，向四周以高速水平噴入土體沖擊力切削土層，而且水、氣同時(shí)作用于土體，增強(qiáng)了破壞土體的能力，鉆桿一面以一定的速度旋轉(zhuǎn)，一面低速徐徐提升，使土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌?，膠結(jié)硬化后即在地基中形成直徑比較均勻、具有一定強(qiáng)度的樁體，從而使地層得到了較好的加固和止水效果，見(jiàn)圖2。

圖2　三重管雙高壓旋噴樁施工原理

3.2主要設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)本工程的地質(zhì)特點(diǎn)，三重管雙高壓旋噴樁的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　主要設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)試樁的檢驗(yàn)成果來(lái)看，各項(xiàng)參數(shù)要根據(jù)地層的不同而改變，由于粉質(zhì)粘土和粘土層中夾有大量粉土透鏡體，儲(chǔ)水量較高，水壓在30 MPa左右，提升速度10 cm/min，噴漿量70 L/min，每延米漿液用量為1 050 L。粉砂和粉土相對(duì)土體滲透性好，水壓就要提高至35 MPa左右，提升速度8 cm/min，噴漿量70 L/min，每延米漿液用量為800 L，按1∶1的水灰比，每延米水泥用量在0.664～0.888t。

根據(jù)試樁成樁記錄，繪制出了成樁深度與時(shí)間曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

圖3　成樁深度與時(shí)間曲線(xiàn)

4　三重管雙高壓旋噴樁施工工藝

雙高壓噴射注漿的施工機(jī)具包括鉆孔機(jī)械和噴射注漿設(shè)備兩類(lèi)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工程地質(zhì)條件，引孔采用H GY-300深型地質(zhì)鉆機(jī)成孔，造孔時(shí)巖芯管長(zhǎng)度＜2.0 m，噴漿采用三重管鉆機(jī)。

4.1工藝流程

平整場(chǎng)地、測(cè)量定位→鉆機(jī)就位→引孔鉆進(jìn)→終孔移位→旋噴機(jī)就位→下旋噴管→提管旋噴→終孔移機(jī)。

4.2施工步驟

4.2.1測(cè)量定位

高壓旋噴樁施工在兩幅墻接縫處進(jìn)行施工。探明兩幅墻接縫處具體位置，在地下連續(xù)墻接縫處由中線(xiàn)往外左右各50 cm，距離地下連續(xù)墻邊外返40 cm處，設(shè)置3根樁位。

4.2.2鉆機(jī)就位

緩慢移動(dòng)至施工部位，由專(zhuān)人指揮，用水平尺和定位測(cè)錘校準(zhǔn)樁機(jī)，使樁機(jī)水平，鉆桿應(yīng)與地面垂直，為保證樁位準(zhǔn)確，必須使用定位卡，樁位對(duì)中誤差≯50mm。

4.2.3引孔鉆進(jìn)

從導(dǎo)墻頂板引孔至地面下35 m。每一接縫處的旋噴樁先引一孔，接著在其相鄰接縫處再同樣引一孔，待前一接縫已引孔處施工完高壓旋噴樁后再返回該接縫處引另一孔；以此重復(fù)施工。

鉆孔過(guò)程保持鉆孔垂直，鉆孔垂直度偏差不得大于H/400（H為導(dǎo)墻高度）。

4.2.4漿液制備

高壓旋噴樁的漿液，采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥漿液配制嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制為水灰比1∶1，密度1.50～1.55kg/m3。按設(shè)計(jì)水灰比計(jì)算出每罐投入的水泥及用水量，嚴(yán)格按計(jì)算出的水泥量及用水量投入。

漿液用量Q=qt（1+β）

式中：q為單位時(shí)間的噴射量；t為每根樁的噴射時(shí)間；β為損失系數(shù)，取0.1～0.2。

每延米噴射時(shí)間t=L/V=100/（8～10）=12.5～10（min），每延米水泥漿液用量（體積）Q=70×（12.5～10）×（1.1～1.2）=770～1 050（L），水泥漿液密度=1.512g/cm3=1.512 kg/L，每延米水泥漿液質(zhì)量M=Q×ρ=（700～1050×1.512=1058.4～1587.6（kg）。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高壓旋噴樁試驗(yàn)樁實(shí)際施工情況，確定每延米水泥量為800kg。

先加水，然后加水泥，每次灰漿攪拌時(shí)間不得少于5 min，水泥漿應(yīng)在使用前1 h制備，漿液在灰漿拌和機(jī)中要不斷攪拌，直到噴漿前。拌漿臺(tái)設(shè)專(zhuān)人負(fù)責(zé)，固定拌漿操作程序，減少操作失誤并將配合比標(biāo)牌掛在攪拌臺(tái)醒目位置。噴漿時(shí)，水泥漿從灰漿拌和機(jī)倒入集料斗時(shí)，過(guò)濾篩，把水泥硬塊剔出。

4.2.5下旋噴管

引孔至設(shè)計(jì)深度后，拔出巖芯管并換上噴射注漿管插入預(yù)定深度。在插管過(guò)程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，要邊射水邊插管，水壓不得超過(guò)1 MPa，以免壓力過(guò)高，將孔壁射穿，高壓水噴嘴要用塑料布包裹，以防泥土進(jìn)入管內(nèi)。

4.2.6旋噴提升

當(dāng)鉆孔及漿液配置全部完成后，將注漿管放入到設(shè)計(jì)底標(biāo)高深度，開(kāi)啟高壓清水泵、高壓注漿泵和空壓機(jī)，檢查各施工參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求。開(kāi)啟提升裝置，旋轉(zhuǎn)并提升注漿管直至設(shè)計(jì)頂標(biāo)高。提升過(guò)程中卸管后繼續(xù)噴漿時(shí)復(fù)噴搭接長(zhǎng)度≮100mm，以確保旋噴樁質(zhì)量。

4.2.7鉆機(jī)移位

旋噴提升到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)停止旋噴，提升鉆頭出孔口，清洗注漿泵及輸送管道，然后將鉆機(jī)移位。

5　質(zhì)量保證措施

5.1嚴(yán)控注漿壓力和提升速度

針對(duì)“鉆頭提升過(guò)快和旋噴壓力過(guò)小”的現(xiàn)場(chǎng)施工控制問(wèn)題。雙高壓旋噴樁施工前，首先現(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)樁，28 d后對(duì)試驗(yàn)樁鉆芯取樣，如其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)值1.5MPa要求，則可開(kāi)始施工。專(zhuān)人負(fù)責(zé)樁位的定位放樣，鉆孔前需要復(fù)核孔位，誤差≯50mm。

加強(qiáng)雙高壓旋噴樁的施工過(guò)程控制，嚴(yán)格執(zhí)行雙高壓旋噴樁設(shè)計(jì)所給的水灰比、控制噴漿、攪拌提升速度及重復(fù)攪拌時(shí)的下沉和提升速度、旋噴壓力等技術(shù)參數(shù)并有專(zhuān)人抽檢，做到每孔均有記錄。

5.2鉆孔垂直度的控制

1）安裝鉆機(jī)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格檢查鉆機(jī)的平整度和主動(dòng)鉆桿的垂直度，鉆進(jìn)過(guò)程應(yīng)定時(shí)檢查主動(dòng)鉆桿的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)立即調(diào)整，如不能調(diào)整到滿(mǎn)足要求的立即清場(chǎng)更新能夠滿(mǎn)足施工要求深型地質(zhì)鉆機(jī)引孔機(jī)械。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)旋噴機(jī)械垂直度的控制，能夠保證樁身位置的準(zhǔn)確，加強(qiáng)止水效果。

2）定期檢查鉆頭、鉆桿、鉆桿接頭，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)維修或更換。

3）在軟硬土層交界面，應(yīng)低速低鉆壓鉆進(jìn)。發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜，及時(shí)回填粘土，沖平后再低速低鉆壓鉆進(jìn)。

4）鉆孔時(shí)必須有鉆孔深度記錄，技術(shù)人員要核對(duì)注漿管深度和鉆孔深度是否相符，鉆孔的垂直度必須等于或小于設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)對(duì)鉆孔垂直度的控制，保證了鉆孔的垂直度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)施工要求，從而保證了雙高壓旋噴樁的質(zhì)量。

5.3串漿和回漿處理措施

地層中空隙大不回漿時(shí)，增大注漿量，降低提升和旋轉(zhuǎn)速度，提高噴射壓力，更換大孔徑噴嘴；回漿量過(guò)大時(shí)，減少注漿量，加快提升和旋轉(zhuǎn)速度，以減少回漿量，通過(guò)調(diào)節(jié)噴射壓力和注漿量，改小孔徑噴嘴。

6　樁體質(zhì)量檢測(cè)

6.1樁體直徑檢測(cè)

旋噴樁成樁7d后進(jìn)行樁體直徑檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)將樁體頂部1 m左右的樁體剝離出來(lái)，采用尺量的辦法，測(cè)量樁體直徑。要求樁體直徑不小于設(shè)計(jì)值。

6.2樁體完整性檢測(cè)

旋噴樁成樁不少于28 d后進(jìn)行樁體完整性檢測(cè)，采用鉆芯取樣檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量不宜少于總樁數(shù)的2%且不得少于3根。

6.3樁體抗?jié)B檢測(cè)

旋噴樁成樁28后可進(jìn)行樁體抗?jié)B檢測(cè)，采用鉆孔壓水法檢測(cè)。

7　結(jié)論

1）場(chǎng)地土層分布不同，各項(xiàng)參數(shù)要根據(jù)地層的不同而改變，土體中如果含水量偏大，如不及時(shí)調(diào)整參數(shù)由此造成樁體強(qiáng)度偏低且增長(zhǎng)緩慢。

2）通過(guò)對(duì)施工人員的管理培訓(xùn)、機(jī)械的施工管控，提高施工工藝過(guò)程的管理，解決樁體完整性差和樁位偏差過(guò)大的問(wèn)題，節(jié)約了再次復(fù)噴的費(fèi)用。

3）在后續(xù)施工中，進(jìn)一步鞏固雙高壓旋噴樁的施工質(zhì)量措施，持續(xù)保持工序質(zhì)量責(zé)任制度，加強(qiáng)施工管理人員的質(zhì)量意識(shí)，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。

[1]徐至鈞，全科政.高壓噴射注漿法處理地基[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]GB0299—1999，地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.020

□TU753.3

□C

□1008-3197（2015）01-57-03

□2014-09-10

□劉勝永/男，1978年出生，工程師，中鐵一局天津建設(shè)工程有限公司，從事地鐵施工管理工作。