基于不同地質(zhì)條件下止水帷幕施工工藝選擇

顧林波

摘要：隨著我國對地下空間的不斷開發(fā)利用，基坑工程得到了快速的發(fā)展。且近年來基坑工程逐漸呈現(xiàn)“大、深、緊、近”等特點(diǎn)。這對深基坑開挖過程中的支護(hù)與止水提出了新的要求和挑戰(zhàn)。有效的止水帷幕不僅是防止地下水滲透的重要手段，也關(guān)系到基坑工程的質(zhì)量和安全。止水帷幕滲漏不僅影響基坑工程的施工進(jìn)度，也會(huì)危害周邊建筑、管線及其他市政工程的安全，甚至造成整個(gè)基坑的坍塌，從而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故和財(cái)產(chǎn)損失。因此，本文針對止水帷幕的不同施工工藝、適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析，為后續(xù)深基坑工程止水帷幕工藝的選定提供參考和建議。

關(guān)鍵詞：深基坑;止水帷幕;地質(zhì)條件;施工工藝

Abstract： With the continuous development and utilization of underground space in China， foundation pit engineering has been developed rapidly. In recent years， the foundation pit engineering gradually presents the characteristics of "large， deep， tight and close". This puts forward new requirements and challenges to support and stop water in the process of deep foundation pit excavation. Effective curtain for cutting off drains is not only an important means to prevent groundwater infiltration， but also relates to the quality and safety of foundation pit engineering. Water curtain leakage not only affects the construction progress of foundation pit， but also endangers the safety of surrounding buildings， pipelines and other municipal works， and even causes the collapse of the whole foundation pit， thus causing serious safety accidents and property losses. Therefore， this paper makes a comparative analysis of different construction techniques， applicable conditions and advantages and disadvantages of water-stop curtain， so as to provide references and suggestions for the selection of water-stop curtain techniques in the following deep foundation pit projects.

Key words： deep excavation;curtain for cutting off drains;geological conditions;construction technology

1? 止水帷幕概念

止水帷幕是工程主體外圍止水系列的總稱，用于阻止或減少基坑側(cè)壁及基坑底地下水流入基坑而采取的連續(xù)止水體。施工中通常利用水泥與土體產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)使得支護(hù)結(jié)構(gòu)后方的土體固結(jié)，從而阻斷基坑內(nèi)外的水體交流。

2? 止水帷幕的類型

目前隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，止水帷幕的類型也逐漸趨于多樣化。如高壓旋噴止水樁、水泥土深層攪拌樁、長螺旋止水樁、三軸攪拌止水樁、旋挖咬合止水樁、地下連續(xù)墻等。在設(shè)計(jì)、施工過程中應(yīng)充分了解不同類型止水帷幕的施工工藝、適用條件、工程造價(jià)等才能使得止水帷幕的施工效果更加安全、經(jīng)濟(jì)和可靠。

3? 工藝介紹

3.1 高壓旋噴止水樁

高壓旋噴止水樁是以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體。其可以采用單排旋噴樁相互搭接單獨(dú)形成止水帷幕，也可以通過擺噴法形式與支護(hù)排樁共同形成止水帷幕。

該工藝主要適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等，對于特殊的不能使噴出漿液凝固的土質(zhì)不宜采用。當(dāng)土中含有較多的大粒徑塊石、堅(jiān)硬黏性土、含大量植物根莖或有過多的有機(jī)質(zhì)時(shí)（如淤泥和泥炭土），應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果確定其適用程度。對基巖和碎石土中的卵石、塊石、漂石呈骨架結(jié)構(gòu)的地層，地下水流速過大和已涌水的基坑工程以及地下水具有侵蝕性的工程應(yīng)慎重使用。

該施工工藝具有占地少、振動(dòng)小、噪音較低，但容易污染環(huán)境，成本較高。

3.2 水泥土深層攪拌樁

水泥土深層攪拌樁是通過深層攪拌機(jī)械將軟土或沙等與固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)而提高土體自身強(qiáng)度，減小其滲透系數(shù)，從而到達(dá)軟弱地基加固、基坑側(cè)壁止水的作用。

該方法分噴漿、噴粉兩種，噴漿法成樁適合含水率小于30%的飽和性粘土和粉土，以及素填土、粉砂、中粗砂、沙礫等地層;噴粉樁適用于淤泥、飽和粘土、亞粘土等。當(dāng)用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定其適用性。同時(shí)，冬季施工時(shí)應(yīng)注意低溫對處理效果的影響。

該工藝具有施工時(shí)無震動(dòng)、噪音小、無污染、造價(jià)低、施工操作安全等特點(diǎn)，但施工時(shí)對于不同地層水泥用量、水灰比等要求相對較為嚴(yán)格，在正式施工前應(yīng)通過試驗(yàn)的方式事先進(jìn)行確定。

3.3 長螺旋止水樁

長螺旋止水樁是利用長螺旋鉆機(jī)帶動(dòng)長螺旋中空鉆桿進(jìn)行鉆孔，鉆至設(shè)計(jì)深度后停止鉆進(jìn)，鉆桿回轉(zhuǎn)，然后把攪拌好的超流態(tài)砼通過輸送管壓至鉆頭底部，同時(shí)單向閥打開，將砼壓出并推動(dòng)鉆桿上升，隨鉆桿土柱的上升孔內(nèi)砼壓滿，即可成樁。按照規(guī)范要求以此進(jìn)行，通過樁體間相互咬合從而達(dá)到止水作用。

長螺旋鉆機(jī)因其具有錐型的鉆頭型式和大扭矩動(dòng)力頭鉆使其適用的地層較為廣泛，可普遍用于填土、砂土、粘土、粉質(zhì)土、卵石層、強(qiáng)風(fēng)化巖等。但對于強(qiáng)風(fēng)化以上堅(jiān)硬地層，由于其難以鉆進(jìn)而使得該工藝不宜適用。

該工藝屬非擠土成樁工藝，具有穿透力強(qiáng)、低噪音、無振動(dòng)、無泥漿污染、施工效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。

3.4 三軸攪拌止水樁

三軸攪拌止水樁機(jī)械是長螺旋樁機(jī)的一種，同時(shí)有三個(gè)螺旋鉆，施工時(shí)三條螺旋鉆孔同時(shí)向下施工，將水泥和土強(qiáng)制攪拌，利用水泥水化物和土之間的物理化學(xué)作用，形成有一定強(qiáng)度的水泥土固結(jié)體，從而改善土的強(qiáng)度、透水性、承載力等特性。

三軸攪拌機(jī)具有施工效率高，適用范圍廣，可適用于正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、泥炭土、有機(jī)質(zhì)土、素填土、粉土、粘性土等。同時(shí)，三軸攪拌所形成的水泥土固結(jié)體還經(jīng)常用做豎向承載的復(fù)合地基，基坑支護(hù)的圍擋結(jié)構(gòu)以及基坑開挖被動(dòng)區(qū)土體加固等。

三軸攪拌樁施工工藝具有施工速度快，成樁效果好，加固效果優(yōu)等特點(diǎn)，但三軸攪拌機(jī)機(jī)械設(shè)備比較大，現(xiàn)場組裝需提供較大的施工場地。

3.5 旋挖咬合止水樁

旋挖咬合止水樁是利用旋挖鉆成孔，樁與樁之間互相咬合排列（止水樁與止水樁咬合或止水樁與鋼筋混凝土支護(hù)樁咬合），咬合樁被切割的I序樁多采用超緩凝混凝土，在I序樁未初凝狀態(tài)時(shí)就施工Ⅱ序樁，從而消除了對I序樁的危害（如圖1）。其施工順序?yàn)锳1—A3—A2—A4—B1—B2—B3—B4。

旋挖機(jī)根據(jù)配置鉆頭的不同可適用于多種地層，適用于粘性土、沙土、淤泥質(zhì)土，人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層以及強(qiáng)度不高的風(fēng)化巖。旋挖機(jī)與其他機(jī)械相比，具有較強(qiáng)的鉆進(jìn)能力，是針對巖層地區(qū)開挖、支護(hù)、止水的首選工藝。

旋挖機(jī)具有施工質(zhì)量好、環(huán)保特點(diǎn)突出，塵土泥漿污染少、機(jī)動(dòng)靈活，施工效率高、成孔速度快及多功能特點(diǎn)，目前，旋挖機(jī)最大樁徑可達(dá)2.5m，最深樁長可達(dá)100m。

3.6 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻在地面上采用挖槽機(jī)械，沿著將要開挖工程的周邊軸線，在泥漿護(hù)壁條件下，開挖出一條狹長的深槽，清槽后，在槽內(nèi)吊放鋼筋籠，然后用導(dǎo)管法灌筑水下混凝土筑成一個(gè)單元槽段，以此逐段進(jìn)行，在地下筑成一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻壁，作為截水、防滲、承重、擋水結(jié)構(gòu)。

地下連續(xù)墻可適用于各種地質(zhì)條件下，包括砂性土層、粒徑50mm以下的砂礫層中施工等。但對于很軟的淤泥質(zhì)土，含漂石的沖積層和超硬巖石等這些特殊地質(zhì)條件施工難度很大。同時(shí)，對于特殊地質(zhì)條件施工時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)管理和監(jiān)測避免出現(xiàn)因相鄰墻段不能對齊而形成的漏水問題。

地下連續(xù)墻施工震動(dòng)小、噪聲低，墻體剛度大，防滲性能好，對周圍地基幾乎無擾動(dòng)。且施工機(jī)械占地相對較少，工效高、工期短、質(zhì)量可靠、可以充分利用建筑紅線以內(nèi)有限的地面和空間，充分發(fā)揮投資效益。但由于地下連續(xù)墻造價(jià)較高，如果僅用作臨時(shí)擋土、止水結(jié)構(gòu)，相對投資較大。在城市施工時(shí)，廢泥漿的處理比較麻煩。

4? 工藝對比

通過幾種止水帷幕的施工工藝對比我們可以發(fā)現(xiàn)：從鉆進(jìn)效果、入巖的難易程度上看高壓旋噴樁、水泥土攪拌、地下連續(xù)墻不適應(yīng)于較硬地層，針對較硬地層旋挖樁施工工藝優(yōu)于長螺旋施工工藝。從造價(jià)上，水泥土深層攪拌樁、長螺旋止水樁相對較低，高壓旋噴樁、三軸攪拌止水樁、旋挖咬合止水樁、地下連續(xù)墻相對造價(jià)逐漸增加。對于淤泥、泥炭質(zhì)土地層，三軸攪拌止水樁工藝最佳，長螺旋、旋挖咬合止水樁次之，高壓旋噴止水樁、水泥土攪拌相對較差。對于卵石、塊石、強(qiáng)風(fēng)化巖地層應(yīng)優(yōu)選長螺旋和旋挖咬合工藝。

5? 小結(jié)

通過對以上不同止水樁工藝的對比分析，在后續(xù)的設(shè)計(jì)、施工中可根據(jù)不同地層、結(jié)合不同施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)有針對性的進(jìn)行選擇。力爭做到施工止水效果最佳、施工造價(jià)最優(yōu)、施工效率最高，進(jìn)而為深基坑工程的整體安全在止水方面做到最大程度的保駕護(hù)航。

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