復(fù)雜河道環(huán)境下管廊深基坑綜合止水施工技術(shù)

李雷明

（中鐵十四局集團有限公司 山東濟南 250000）

1 引言

揚子江大道兩次跨越地質(zhì)、水文情況相近的河道，針對第一次跨越河道施工過程中出現(xiàn)的側(cè)壁漏水、基底突涌、圍護樁變形等一系列問題，本文通過第二次跨越河道管廊深基坑施工為工程背景，對圍護樁施工側(cè)面加固、樁間靜壓注漿止水、基坑加固樁間補強、坑底堵漏等施工關(guān)鍵技術(shù)進行研究，有效解決了基坑滲漏、涌水、變形等問題［1］。

2 工程概況及周邊環(huán)境

2.1 工程概況

揚子江大道綜合管廊實施范圍北起揚子江隧道出口，南至河西大街，全長約7.07 km。綜合管廊與現(xiàn)狀下圩溝河道相交，綜合管廊頂板頂在下圩河河底以下1.1 m，管廊凈高為3.2 m，該段管廊利用鋼板樁圍堰法分二期施工。管廊圍護結(jié)構(gòu)采用Ⅵ型18 m長拉森鋼板樁，圍堰鋼板樁長度為9 m，坑底地基采用雙軸攪拌樁滿堂加固，樁長8 m。基坑寬10 m，開挖深度為10 m，明挖法施工，采用上、下兩道φ609鋼管支撐，間距4.6 m，圍檁采用雙拼H428×407圍檁（見圖1）。

圖1 基坑斷面

拉森鋼板樁間采用素土回填，作為施工期通行便道［2］。

2.2 周邊環(huán)境

（1）地下管線

管廊與10 kV電力管線、采用灰口鑄鐵管的D150自來水管垂直相交，距離220 kV電力管廊及城市主干道僅20.1 m，對基坑的變形控制提出了很高的要求，為防止變形，不能采用輔助降水措施。

（2）地質(zhì)情況

因近幾年河道改造，多次遷改回填，管廊基坑范圍巖土層分布主要為①1雜填土（）、①2素填土（）及下部的③2a粉砂夾粉土。①1雜填土由建筑垃圾及生活垃圾組成，結(jié)構(gòu)松散，局部回填為混凝土碎塊，個別直徑大于50 cm，分布于0～6 m地層。①2素填土主要為粉砂夾少量碎石子組成，局部表層含有植物根莖，結(jié)構(gòu)松散，分布于6～9 m地層。大量障礙物加大了拉森鋼板樁線形控制難度，導(dǎo)致局部樁與樁無法咬合；坑底為粉砂夾粉土層，弱透水，與河道連通，形成管涌通道，降水效果不明顯。

（3）水文情況

線路西側(cè)為長江，距離基坑約200 m，管廊橫跨的下圩溝河，河道上口寬度約15～16 m，下寬約6 m，水面標(biāo)高5.83 m，水深0.5～1.8 m，塘泥厚0.5～0.6 m，屬于內(nèi)河圩內(nèi)水網(wǎng)，與長江水系相對獨立，但又通過水利工程如涵（閘）互相溝通。當(dāng)雨水集中并且入江河道受長江水位頂托時，易引起河道水位猛漲和基坑管涌。

3 主要施工方法

綜合考慮河道下穿段管廊所處河道地質(zhì)特點、水文特點以及周邊環(huán)境的不利影響，利用12 m長H700×300型鋼滿鋪做打拔樁機作業(yè)平臺，先插入止水拉森鋼板樁，再在外側(cè)采用φ800高壓旋噴樁止水補強；采用雙軸攪拌樁＠700＠500對基底滿堂加固，地基加固樁與鋼板樁間縫隙采用高壓旋噴樁補強；開挖過程中對側(cè)壁滲水進行靜壓注漿處理，采用反濾、引排的方式對坑內(nèi)的小管涌水點進行處理［3］。

4 綜合施工技術(shù)

4.1 基坑側(cè)壁拉森鋼板樁止水處理

為保證拉森鋼板樁與地基加固樁間有效貼合，考慮采用先施作地基加固，后進行鋼板樁插打。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，雙軸攪拌樁施工完畢后，插打拉森鋼板樁時擾動大，貼合不夠緊密；部分區(qū)域地基強度高，鋼板樁存在無法插入的問題。為此，經(jīng)研究決定先施工圍護樁（見圖2）。

圖2 圍護樁平面布置

（1）拉森鋼板樁施工

鋼板樁正式施工前應(yīng)進行試樁，以便確定合適型號的打樁機具、鋼板樁截面尺寸及打樁工藝。

采用屏風(fēng)式打入法，首先將20～30根樁打入足夠深度，使其不需要導(dǎo)向架也能立穩(wěn)，然后在樁墻兩端打入1～2根樁，再將中間的樁也打入相同深度。重復(fù)以上操作，將整個打樁工作分幾次完成，最后將全部鋼板樁打至最終深度，一次打入深度控制在0.5～3.0 m。

鋼板樁垂直度允許偏差為0.5%，樁位容許偏差為50 mm，樁頂標(biāo)高允許偏差為50 mm。

（2）基坑側(cè)壁高壓旋噴樁補強

鋼板樁的內(nèi)、外側(cè)采用高壓旋噴樁進行止水補強。三重管高壓旋噴樁施工技術(shù)是用三層噴射管使高壓水和空氣同時橫向噴射，沖蝕切割地基土體，再借空氣和水的上升力把已破碎的土體托舉至地表；與此同時，另一個噴嘴將水泥漿以較低壓力噴射注入到被切割、攪拌的土體中，使水泥漿與土混合固結(jié)成樁，達到加固的目的。

經(jīng)試樁后確定高壓旋噴樁施工參數(shù)：水灰比為1.0，噴漿壓力為 2.0 MPa，氣壓 0.7 MPa，風(fēng)量10 m3／min，水壓 30 MPa，水流量 120 L／min，提升速度6 cm／min（素土層），提升速度4 cm／min（粉砂層），水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，注漿量500 kg／m。

為改善基坑下部粉砂層高壓旋噴樁不能有效固結(jié)、整體性差，止水效果不理想的問題，降低高壓旋噴樁在該土層內(nèi)的提升速度至4 cm／min，將水灰比調(diào)整為0.8，水壓調(diào)整為35 MPa，并在水泥漿中摻入一定量的木質(zhì)素磺酸鈣，縮短水泥漿的凝結(jié)時間，提高加固效果。

（3）側(cè)壁樁間靜壓注漿止水

針對開挖過程中，粉砂地層區(qū)域拉森鋼板樁側(cè)面漏水情況，在鋼板樁外側(cè)鉆孔至漏水點以下2 m，插入注漿導(dǎo)管，采用靜壓注漿的方式注入雙液漿（水泥、水玻璃漿液）或者注入水溶性聚氨酯堵漏劑進行加固處理。靜壓注漿能夠有效避免壓力過大導(dǎo)致鋼板樁變形，而且封堵效果良好（見圖3）。

圖3 靜壓注漿

4.2 基坑內(nèi)加固與止水

4.2.1 雙軸深層攪拌樁施工

雙軸深層攪拌機葉片直徑700 mm，采用常規(guī)的四攪兩噴工藝，樁間縱、橫向搭接200 mm。為避免施工過程中攪拌機葉片及攪拌效果受不利地質(zhì)情況影響，采取多種措施相結(jié)合的方式，有效提升了地基加固質(zhì)量，采取相關(guān)措施如下：

（1）調(diào)整漿液配比，將水灰比控制在0.45。減小水灰比有利于提升加固土體的強度強土體的止水效果。

（2）改用大型注漿機，將送漿壓力控制在上限0.6 MPa；采用42.5水泥，增加水泥漿攪拌時間，并添加一定數(shù)量的石膏及減水劑。

（3）水泥攪拌樁的水泥摻入量由原試驗段確定的16%在粉砂層區(qū)域提升至20%。摻入量根據(jù)不同地質(zhì)動態(tài)調(diào)整，保證在不同地質(zhì)條件下的成樁效果。

（4）基坑底部粉砂層區(qū)域，雙軸攪拌機下鉆速度與攪拌提升速度降低至0.4 mm／min以內(nèi)，并保持同種地層內(nèi)勻速攪拌注漿提升。攪拌提升時不應(yīng)使孔內(nèi)產(chǎn)生負壓造成周邊地基沉降。

（5）因故擱置超過2 h以上的拌制漿液，應(yīng)作為廢漿處理，嚴(yán)禁再用。

（6）施工時保證前后臺密切配合，禁止斷漿。如因故停漿，應(yīng)在恢復(fù)壓漿前將雙軸攪拌機下鉆0.5 m后再注漿攪拌施工，以保證攪拌樁的連續(xù)性。

（7）樁間搭接施工時間不宜大于24 h，若因故超時，搭接施工中必須放慢攪拌速度保證搭接質(zhì)量。

（8）樁若因時間過長無法搭接、搭接不良或遇到障礙物無法施工，應(yīng)對具體位置記錄在案，并經(jīng)監(jiān)理和設(shè)計單位確認后，采取再補做旋噴樁等技術(shù)措施，確保攪拌樁的施工質(zhì)量。

通過采取以上措施，經(jīng)過鉆芯取樣檢測，結(jié)果顯示28 d無側(cè)限單軸抗壓強度滿足不小于1.0 MPa的設(shè)計要求，同時樁身完整性得到極大的提升。兩次跨越河道現(xiàn)場取芯效果見圖4、圖5。

圖4為基坑以下雙軸攪拌樁體1～6 m的芯樣情況，在4.5～5 m夾粉砂地層，水泥漿含量少，芯樣破碎，不完整，達不到設(shè)計要求。圖5中芯樣完整性、強度均滿足設(shè)計要求。

圖4 一次鉆芯取樣

圖5 二次鉆芯取樣

4.2.2 基坑管涌點堵水處理

（1）沿管涌滲水點周邊1 m開挖，深度約1 m，鋪設(shè)滲水土工布和碎石作為反濾層，防止土體流失。

（2）碎石頂面采用速干水泥由外向內(nèi)進行封閉，在中間插3根壓漿管，壓漿管直徑15 mm。

（3）封閉后對快干水泥灑水養(yǎng)護30 min，用注漿機通過1＃注漿管注入水溶性聚氨酯堵漏劑，待通氣孔出現(xiàn)溶劑，停止注漿，換2＃注漿管注漿，待通氣孔再次出現(xiàn)溶劑，綁扎1＃注漿管、通氣孔端頭，繼續(xù)不連續(xù)注漿（見圖6）。

圖6 基坑涌水反濾層及注漿封堵

5 施工技術(shù)效果分析

在止水帷幕高壓旋噴樁及地基加固達到強度性能要求后，進行深基坑開挖，滲漏水情況得到明顯改善，從基坑監(jiān)測結(jié)果來看，地表沉降、深層位移、軸力監(jiān)測控制在設(shè)計允許范圍內(nèi)（見圖7～圖9）。

圖7 地表沉降

圖8 深層位移

圖9 鋼支撐軸力監(jiān)測

拉森鋼板樁施工后滿足支護止水需求，局部未咬合的區(qū)域，經(jīng)過高壓旋噴樁加固，也起到了很好的止水效果。

地基加固間隙土體采用高壓旋噴樁補強后，大面積的涌水、涌砂現(xiàn)象得到了很好的控制，基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高后，當(dāng)即通過了基底驗槽，并澆筑了墊層混凝土。

局部少量的漏水部位采用靜壓注漿的方式，對鋼板樁未產(chǎn)生任何影響，基坑整體處于穩(wěn)定狀態(tài)?；拥撞康木植坑克c，采用臨時封堵，很好地解決了坑內(nèi)局部涌水的問題。

6 結(jié)束語

依托復(fù)雜河道環(huán)境下管廊工程，通過對圍護結(jié)構(gòu)、地基加固、臨時封堵水技術(shù)進行研究，得到以下結(jié)論：

（1）在跨河管廊深基坑施工中，根據(jù)地勘報告，自上而下對每個地層采用不同的成樁參數(shù)，避免止水帷幕局部區(qū)域不連續(xù)造成漏水、涌水、涌泥，甚至于整個基坑垮塌。

（2）水泥土攪拌樁在粉砂地層成樁采用傳統(tǒng)的成樁工藝，效果不理想，通過降低提升速度、優(yōu)化水泥漿配比及噴漿工藝可提升土體加固效果，有效降低了深基坑的開挖風(fēng)險，減小基坑變形，加快了施工效率。

（3）通過采用圍護樁綜合止水、坑內(nèi)加固、臨時封堵水技術(shù)相結(jié)合的方法，一方面對各類樁基施工順序進行優(yōu)化，減少了對土體的擾動，提升了加固效果；另一方面采用滿堂地基加固，對基坑以上土體進行改良，提升了基坑開挖效率。

（4）通過基坑兩道鋼支撐以及基底加固土體的聯(lián)合作用，可以有效控制深基坑變形，確保了該段管廊的順利施工。