復(fù)雜地質(zhì)深基坑止水帷幕方法探究

文/李臣騰、岳寶樹、魏述續(xù) 中國建筑第八工程局有限公司 上海 200135

1、工程概況

3A商務(wù)辦公樓等3項(通州區(qū)運河核心區(qū)Ⅳ-03號多功能用地項目)位于北京市通州運河核心區(qū)。項目西側(cè)為北環(huán)環(huán)隧，環(huán)遂西側(cè)為二期在施工程；北側(cè)為環(huán)隧出入口4；東側(cè)為已經(jīng)運營的地鐵6號線北關(guān)站；南側(cè)為正在建設(shè)的R1線北關(guān)站。本項目基坑?xùn)|西約110m，南北長約160m；基坑周長483m，面積為15460m2。實際開挖深度21.5m，塔樓區(qū)域開挖深度約為22.7-23.7m。

2、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

經(jīng)勘測，137m深度范圍內(nèi)地層，由人工填土層、新近沉積土層、第四系全新統(tǒng)河湖相沉積層組成，巖性以填土、粘性土、粉土及細(xì)中砂為主，局部夾礫石，按地層的巖性特征及形成環(huán)境，將勘探深度范圍內(nèi)的地層劃分為10個地層單元，19個工程地質(zhì)層。其中第6大層以粉土、重粉質(zhì)粘土為主，層厚0.50～4.30m，層底標(biāo)高-20.86～-14.72m，形成相對隔水層。

3、地下室控制方法探索

本工程自2018年4月開始施工，依照設(shè)計文件要求止水帷幕施工前先進(jìn)行試樁，現(xiàn)場試樁結(jié)果：1.現(xiàn)場樁頭外露直徑滿足要求；2.取芯自水位線下效果較差，無完整水泥段，無法達(dá)到原止水帷幕效果。

經(jīng)過試驗，發(fā)現(xiàn)場地?zé)o法使用止水帷幕，項目討論并更改設(shè)計參數(shù)，更改施工工藝：1.調(diào)整水壓為35MPA，水泥漿壓力為32MPA，氣體壓力為0.7-1.5Mpa，水流量為160L/min，水泥漿流量為150L/min；2.雙高壓旋噴樁泥漿中增加適量膨潤土，避免水泥漿不凝固。膨潤土摻量不大于水泥質(zhì)量的5%；3.普通高壓旋噴樁按照間距1600mm跳打，相鄰樁施工間歇時間必須達(dá)到48小時；4.旋噴樁地下水位以下部分要求復(fù)噴一次；5.更改三重管方式為雙重管施工。

2018年5月重新試樁，再次驗證本地質(zhì)條件下雙高壓旋噴樁成樁性，進(jìn)行取芯試驗，試樁結(jié)果表明地面11m以下仍無水泥，經(jīng)分析得出以下結(jié)論：受地質(zhì)環(huán)境所限，本工程水泥漿易受地下水影響，造成水灰比失調(diào)，水泥漿稀釋，不凝固現(xiàn)象，致使取芯效果不佳，雙高壓旋噴樁無法成樁。

為解決此難題，項目部技術(shù)團(tuán)隊提出四種方法，分別是：三軸攪拌樁、普通高壓旋噴樁、地連墻、咬合樁。項目部對四種方法進(jìn)行評估，其中1.三軸攪拌樁施工速度快，機(jī)械費較高但材料費較低，成樁長度及直徑取決于鉆桿長度，能起到止水效果；2.普通高壓旋噴樁作業(yè)條件有限，但施工速度較快，機(jī)械及材料投入較低，基坑南側(cè)施工地鐵加固用普通高壓旋噴樁取芯效果較好，能起到止水效果；3.地連墻工期受場地限制，施工較慢，機(jī)械費用投入較大，地連墻兼做止水帷幕，混凝土止水效果好；4.咬合樁施工速度一般，機(jī)械費用投均較大，咬合樁施工咬合部位垂直度難以把控。

經(jīng)分析，三軸攪拌樁與普通高壓旋噴樁是適用于此項目地質(zhì)條件經(jīng)濟(jì)合理的有效途徑。然而還要解決兩個難題：1.現(xiàn)有三軸攪拌樁鉆桿長僅為31m；2.本工程南側(cè)施工地鐵加固用普通高壓旋噴樁，樁長僅為28m。均不達(dá)到原雙高壓設(shè)計樁長45m的條件。

項目部經(jīng)過研究與探索，借鑒田徑比賽接力賽的原理，將止水帷幕結(jié)合起來，分兩步施工，采用搭接接力的方式解決問題。經(jīng)過試驗，最終選用接力式止水帷幕來解決此復(fù)雜地質(zhì)條件下的地下水控制問題。

4、方案介紹

4.1 施工方法

內(nèi)外兩側(cè)采用雙排止水帷幕進(jìn)行施工，外側(cè)止水帷幕自地面開始施工至⑤-1層隔水層（第一道隔水層），內(nèi)側(cè)止水帷幕自基坑內(nèi)水位線上開始施工至⑥層隔水層（第二道隔水層），完成帷幕之間的搭接接力。

（1）外側(cè)止水帷幕選擇：本工程項目基坑緊鄰地鐵R1線、6號線及北關(guān)環(huán)隧管廊，基坑外側(cè)原有管廊、地鐵支護(hù)結(jié)構(gòu)鋼絞線分布較為密集，采用三軸攪拌樁施工較為困難，采用“普通高壓旋噴樁”。

（2）內(nèi)側(cè)止水帷幕選擇：由于本工程基坑內(nèi)側(cè)水位線上為砂層，根據(jù)砂層中三軸攪拌樁及普通高壓旋噴樁施工效率對比，三軸攪拌樁施工較快，采用“三軸攪拌樁”。

4.2 關(guān)鍵工序

（1）隔水層斷裂處理：采用普通高壓旋噴樁進(jìn)行封底設(shè)計，臨支護(hù)樁側(cè)2排封底高壓旋噴樁施工作業(yè)面高程為23.50m（地面），其他封底高壓旋噴樁施工作業(yè)面高程為8.50m（坑底）。

（2）內(nèi)外搭接方式：接頭方式采用三排普通高壓旋噴樁進(jìn)行兩側(cè)帷幕之間的交接。接頭位置選擇間隔搭接+減壓井施工，內(nèi)外層止水帷幕間隔搭接施工，為解決施工過程中間隔位置帷幕不連續(xù)情況，合理布置減壓井防止突涌現(xiàn)象產(chǎn)生。

（3）內(nèi)側(cè)三軸攪拌樁排數(shù)：選擇雙排三軸攪拌樁施工：由于內(nèi)側(cè)三軸攪拌樁采用跳打方式施工，且根據(jù)地勘報告本工程三軸攪拌樁施工位置存在較厚鐵板砂層，施工較為困難，容易引起樁身傾斜，出于成樁質(zhì)量及后期止水帷幕滲漏風(fēng)險考慮，選擇雙排三軸攪拌樁施工。

5、效果檢查

接力式止水帷幕施工完成，土方開挖完成后，統(tǒng)計得出工期節(jié)約了29天，滲漏率為4.3%，直接節(jié)約成本95.25萬元，減少維修費用21.71萬元，累計經(jīng)濟(jì)效益達(dá)406.96萬元。

結(jié)語：

深基坑項目，地下水的控制本就是一大難題，尤其是在復(fù)雜環(huán)境下，傳統(tǒng)施工方法可能得不到預(yù)期效果，一旦掉以輕心，就容易造成嚴(yán)重后果。因此，在深基坑的地下水控制的設(shè)計和施工過程中，需要充分結(jié)合現(xiàn)場情況，現(xiàn)場施工加強(qiáng)管理，保證施工質(zhì)量。