078工程1#、2#工位深基坑嵌巖止水帷幕設(shè)計與施工技術(shù)

蔣建忠

【摘 要】 本文以海南文昌衛(wèi)星發(fā)射場078工程1#、2#工位深基坑嵌巖止水帷幕工程為背景，詳細介紹了止水帷幕方案的比選、止水帷幕設(shè)計和施工等關(guān)鍵技術(shù)，達到了降本增效、縮短工期并確?；又顾Ч?，為沿海地區(qū)深基坑止水帷幕施工提供了經(jīng)驗借鑒。

【關(guān)鍵詞】 深基坑止水帷幕 三軸水泥攪拌樁 高壓旋噴樁

1 工程簡述

新建的海南文昌衛(wèi)星發(fā)射場078工程1#發(fā)射塔（101#、102#，以下簡稱1#工位）、2#發(fā)射塔（201#、202#，以下簡稱2#工位）建筑位于海南省文昌市龍樓鎮(zhèn)南部，毗鄰南海。地形基本平坦，屬于海成Ⅰ級階地地貌。建筑物±0.00標高為+7.750，現(xiàn)場地平整后標高為+6.000，相對標高為-1.75。因基礎(chǔ)施工需開挖基坑，必須進行止水帷幕設(shè)計與施工。1#工位止水帷幕攪拌樁樁徑Φ850mm，樁長約12.5m，總計6858m3，高壓旋噴樁Φ1500mm，有效樁長2.0m，總計3248m3；2#工位止水帷幕攪拌樁樁徑Φ850mm，樁長約12m，總計8198m3，高壓旋噴樁Φ1500mm，有效樁長3.2m，總計5154m3?；痈艣r見表1所示。

2 工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件

2.1 地基土層的巖性特征及其空間分布

根據(jù)巖土工程勘察報告，勘察深度范圍內(nèi)上部地層屬于第四紀海相沉積物，以砂土及含砂生物碎屑為主，局部為珊瑚礁；下部地層為花崗巖。以滿足工程需要為原則，考慮時代成因、巖性特征與物理力學(xué)性質(zhì)等諸多因素，將巖土工程勘察深度范圍內(nèi)的地基土層共劃分為4個工程地質(zhì)層，其巖性特征見表2所示。

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，場地有二層含水層，第一層含水層為主要賦存于第②層細砂及第③層含砂珊瑚碎屑的孔隙潛水，地下水主要接受大氣降水及地下徑流補給，屬于極強透水層，水量極大，局部地段由于珊瑚碎屑及珊瑚礁含量大，鉆進時漏漿嚴重；第二層含水層為賦存于第④層中風(fēng)化花崗巖中裂隙潛水，屬于弱含水層，水量不大。勘察期間鉆孔中靜止水位埋深為1.0～2.4m，高程為3.30～4.92m。

3 止水帷幕系統(tǒng)設(shè)計方案確定

3.1 止水帷幕系統(tǒng)組成

止水帷幕系統(tǒng)包括：（1）、基巖面以上透水層的止水帷幕；（2）、放坡與護坡（含坡頂擋水壩）；（3）、止水帷幕內(nèi)降水井、基坑放坡開挖明排水設(shè)施；（4）、基坑止水帷幕外側(cè)的監(jiān)測井（兼降水井）。

3.2 止水帷幕設(shè)計方案

3.2.1 場地地質(zhì)條件分析

⑴ 工程地質(zhì)條件分析

① 強透水層（③層以上地層）

根據(jù)場區(qū)勘察報告，場區(qū)內(nèi)②層及③層屬于極強透水層，水量豐富。局部地段由于珊瑚碎屑及珊瑚礁含量大，鉆進時漏漿嚴重。

止水帷幕系統(tǒng)需要解決的問題：因第②、③層土透水性極強，設(shè)計止水帷幕時必須采用合理的止水形式對③層以上地層進行隔水。

② 強若透水層交界面（③、④層交接面）

從承載力特征值來看，③層細砂為120KPa、珊瑚碎屑130KPa，④1層強風(fēng)化花崗巖1500KPa，④層為強度較大的中風(fēng)化花崗巖。這些指標是選擇止水帷幕施工方法的重要參考指標，直接關(guān)系到施工質(zhì)量、進度及施工費用。從③、④層透水性質(zhì)上看，③層以上土層為強透水層，④層為弱透水層，③、④層交界面為強透水界面。

止水帷幕系統(tǒng)需要解決的問題：從地質(zhì)剖面圖可以看出，基坑底標高已進入第④層中微風(fēng)化巖層，穿過③層與④層的強滲透交接面，在止水帷幕設(shè)計與施工時必須對該界面進行防滲處理。一是合理、科學(xué)地確定設(shè)計方案，二是選擇有效可行的施工方法。

③ 弱透水層裂隙水（④層基巖）

根據(jù)建筑設(shè)計要求，基坑開挖已進入④層約10m。④層中風(fēng)化花崗巖巖體基本完整，總體來說屬于弱含水層，水量不大，但不排除局部地段張性裂隙發(fā)育，水量豐富的可能性。

止水帷幕系統(tǒng)需要解決的問題：在制定護坡方案及降、排水方案時要充分考慮基巖裂隙水的排放問題。

3.2.2 水文、氣象條件分析

由于本基坑所在的場區(qū)毗鄰南海，距離海邊直線距離只有800米左右，場地內(nèi)②層及③層屬于極強透水層，水量豐富，且與南海海水之間存在水力聯(lián)系；又海南島地處亞熱帶，臺風(fēng)、暴雨經(jīng)常光顧，從氣象條件來看，在本場地進行基坑、基礎(chǔ)施工存在著不利的水文、氣象條件。

止水帷幕系統(tǒng)需要解決的問題：考慮到上述水文、氣象及水文地質(zhì)條件，在止水帷幕設(shè)計與施工時，一是要考慮在基坑頂部設(shè)置擋水壩（擋水壩是止水帷幕系統(tǒng)的重要組成部分）；二是必須對④層（特別是③、④層交接面）以上實施全封閉隔水（此部分是止水帷幕系統(tǒng)的主體），隔斷基坑內(nèi)地下水與海水之間的水力聯(lián)系；三是要重視對基坑開挖形成放坡面的明排水問題，包括施工期間大氣降水排放。

3.2.3 加固深度的選取

根據(jù)項目巖土工程勘察報告，本項目地層起伏不大，相對較為平坦。根據(jù)勘察報告提供的20個勘探孔資料統(tǒng)計，中風(fēng)化花崗巖層頂平均埋深13.25m，根據(jù)《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5200―2004）第5.0.5條規(guī)定：“封閉式高噴墻的鉆孔宜深入基巖或相對不透水層0.5m～2.0m”，按照止水帷幕設(shè)計要求，高壓旋噴樁進入中風(fēng)化巖層0.5m，高壓旋噴樁樁底深度平均為13.75m，花崗巖④1層平均層厚0.58m。結(jié)合施工質(zhì)量控制措施，考慮引孔時存在沉渣厚度，花崗巖④1層平均層厚按1米計取，宜選取高壓旋噴樁樁底埋深為14m，這樣，止水帷幕設(shè)計平均加固深度為14m。

3.3 止水帷幕結(jié)構(gòu)形式的選擇

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，使用高壓噴射注漿法、水泥土攪拌法是可選的結(jié)構(gòu)形式。

3.3.1 攪拌樁止水帷幕

成功實施攪拌樁來做止水帷幕的首要條件是深層攪拌機能可靠地將水泥漿和地基土原位攪拌。就目前國內(nèi)設(shè)備的能力來講，當(dāng)?shù)鼗休d力的標準值大于120KPa時，常規(guī)攪拌樁機施工困難，但采用SMW工法，因其設(shè)備動力大、攪拌軸扭矩大等優(yōu)勢，能在本工程場地的第①、②層土和第③層土的大部分進行原位攪拌形成水泥土墻體，能確保就地攪拌充分，形成的樁體具有質(zhì)量穩(wěn)定、強度高，止水效果好，抵抗變形能力強等優(yōu)點。

3.3.2 高壓噴射注漿法止水帷幕

利用鉆機通過合金或金剛石鉆頭進行預(yù)成孔，然后將帶有特殊噴嘴的注漿管（鉆桿），通過鉆孔置入到處理土層的預(yù)定深度，然后將水泥漿以高壓沖切土體。在噴射漿液的同時，以一定速度旋轉(zhuǎn)、提升，形成水泥土圓柱體。加固后可以提高土體強度，封堵滲透空隙、裂隙，形成防滲帷幕。

3.3.3 止水帷幕施工方法的選定

通過以上的比較分析，本工程的止水帷幕采用三軸攪拌樁與高壓噴射注漿法結(jié)合起來的止水帷幕結(jié)構(gòu)形式。

3.4 止水帷幕的設(shè)計參數(shù)

3.4.1 三軸攪拌樁墻體參數(shù)

在本場地①、②層和③層上中部采用施打三軸攪拌樁形成止水帷幕。攪拌樁單排，樁徑850mm，水泥摻量20%，采用PO.42.5硅酸鹽水泥，每方水泥用量380Kg，施工28天后樁體無側(cè)限抗壓強度>1.5MPa。本工程1#工位攪拌樁樁長12.5m，軸線周長497m，共有414幅；2#工位本工程攪拌樁樁長12m，軸線周長545.6m，共有457幅。

3.4.2 高壓旋噴樁的設(shè)計參數(shù)

根據(jù)施工經(jīng)驗，結(jié)合本工程的實際情況，本工程采用三重管高壓旋噴樁進行③層中下部及③層與④層交接面的止水帷幕施工。樁體加固深度為進入中風(fēng)化基巖面以下500mm范圍內(nèi)，樁頂標高以攪拌樁停打位置深度以上1m的標高為準。三重管高壓旋噴樁直徑1500mm，有效直徑900 mm，搭接300mm，水泥摻量20%；28天無側(cè)限抗壓強度qu>1.5Mpa。沿三軸攪拌樁軸線布置一排高壓旋噴樁，樁間距600mm。本工程1#工位高壓旋噴樁樁長2.5m，軸線周長為497m，共有828根樁；2#工位樁長3.2m，軸線周長為545.6m，共有910根樁。

3.5 放坡與護坡

基坑邊坡分三級放坡，一級邊坡從地面至-7.0m，放坡坡比為1：1.3；在一級邊坡坡面上按豎向間距3m、水平間距3m設(shè)一濾水管。在坡腳設(shè)2m寬平臺與排水溝，并每隔30m設(shè)一集水井。

二級邊坡從-7.0m至巖層面，放坡坡比為1：1.4；在坡面上按豎向間距2.5m、水平間距2.5m設(shè)一濾水管。在坡腳設(shè)3m寬平臺與排水溝，并每隔30m設(shè)一集水井。

三級放坡為中風(fēng)化花崗巖層，放坡坡比為1：0.3。

在基坑邊坡頂面設(shè)一擋水壩，底寬1m，頂寬0.5m，壩高0.5m，用240磚砌成壩，表面抹50mm厚的1：2.5水泥砂漿。

考慮到基坑暴露時間較長，為確保邊坡穩(wěn)定，采取50mm厚C20細石混凝土，內(nèi)配φ6.5@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)片護坡。

3.6 降水與排水

3.6.1 降水井（兼作監(jiān)測井）

為檢驗止水帷幕的隔水效果，在基坑外側(cè)布設(shè)20口地下水位監(jiān)測井?；油獗O(jiān)測井兼做降水井，必要時通過坑外降水來阻止地下水向坑內(nèi)滲透，為及時堵漏贏得施工處理時間。

3.7.2 邊坡排水溝

在二級放坡邊坡坡腳下設(shè)置排水溝與集水井，主要用于排放邊坡滲漏水、大氣降水等。

4 止水帷幕系統(tǒng)施工

4.1 施工工藝流程圖

4.2 操作要點

4.2.1 放線定位、挖槽

1）放線定位

施工前，先根據(jù)設(shè)計圖紙和業(yè)主提供的坐標基準點，精確計算出圍護中心線角點坐（或轉(zhuǎn)角點坐標），利用測量儀器精確放樣出圍護中心線，并進行坐標數(shù)據(jù)復(fù)核，同時做好保護。根據(jù)已知坐標進行垂直防滲墻軸線的交線定位，并進行復(fù)核檢查。

2）挖槽

根據(jù)放樣出的攪拌樁圍護中心線，用挖掘機沿圍護中心線平行方向開掘工作溝槽，溝槽寬度約1.2m，深度約0.6m～1.0m。

4.2.2 預(yù)探孔施工

由于工程地質(zhì)條件復(fù)雜，基巖分布不均勻，起伏變化比較大，為了探明③層、④層巖層標高情況，在施工三軸水泥攪拌樁前，先用G-150型鉆機對每副攪拌樁所在部位用進行探孔，以確定基巖面標高位置，在后面施工過程中攪拌樁停打于基巖面以上500mm。探孔間距為1.2m。

4.2.3 三軸攪拌樁機就位、安裝調(diào)試

1）在開挖的工作溝槽兩側(cè)設(shè)計定位輔助線，按設(shè)計要求在定位輔助線上劃出鉆孔位置。挖溝槽前劃定三軸機動力頭中心線到機前定位線的距離，并在線上做好每一幅三軸機施工的定位標記（可用短鋼筋打入土中定位）。

2）開鉆前應(yīng)用水平尺將平臺調(diào)平，并調(diào)直機架，確保機架垂直度不小于設(shè)計要求。樁機垂直度偏差不大于1/200，樁位偏差不大于20mm。

3）由當(dāng)班班長統(tǒng)一指揮樁機就位，移動前看清上、下、左、右各方面的情況，發(fā)現(xiàn)有障礙物應(yīng)及時清除，移動結(jié)束后檢查定位情況并及時糾正，樁機應(yīng)平穩(wěn)、平正。

4.2.4 漿液制備以及輸送

根據(jù)設(shè)計、規(guī)范以及工程地質(zhì)情況經(jīng)過現(xiàn)場試驗確定水灰比、水泥摻入量以及漿液配比比例，將水泥漿拌和均勻。自動制漿系統(tǒng)將配制好的水泥漿液輸送至儲漿罐為三軸攪拌設(shè)備連續(xù)供漿。

4.2.5 噴漿、攪拌成樁

1） 采用單排攪拌樁，施工要求一樁一表及時記錄攪拌樁停打標高。樁體施工采用一噴二攪工藝。

2） 根據(jù)鉆頭下沉和提升二種不同的速度，注入土體攪拌均勻的水泥漿液，確保水泥土攪拌樁在初凝前達到充分攪拌，水泥與被加固土體充分拌和，以確保攪拌樁的加固質(zhì)量。

3） 在施工中根據(jù)地層條件，嚴格控制攪拌鉆機下沉速度和提升速度，確保攪拌時間，根據(jù)設(shè)計圖紙的攪拌樁深度，鉆機在鉆孔下沉和提升過程中，鉆頭下沉速度為0.5～1.0m/min，提升速度為1.0～1.5m/min，每根樁均應(yīng)勻速下鉆、勻速提升。

4） 經(jīng)常進行現(xiàn)場實測壓漿泵的流量、泥漿比重、漿液配合比等，使理論數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)相吻合，確保樁體的成樁質(zhì)量。

5） 三軸水泥土攪拌樁在下沉和提升過程中均應(yīng)注入水泥漿液。

6） 施工采用標準連續(xù)方式或單側(cè)擠壓連續(xù)方式，當(dāng)相鄰樁施工時間超過10小時須作處理。

7） 三軸水泥土攪拌樁施工順序見下圖，其中套打部分為重復(fù)套鉆，保證墻體的連續(xù)性和接頭的施工質(zhì)量。

4.2.6 高壓旋噴樁施工

在三軸水泥土攪拌樁施工后2天，首先必須清除現(xiàn)場施工所遺棄的垃圾，接著開始高壓旋噴樁預(yù)成孔，預(yù)成孔結(jié)束后立即進行高壓旋噴樁施工。

1） 預(yù)成孔至基巖面下0.5m，在確保進入基巖設(shè)計深度后方可終孔。

2） 采用GD—2型旋噴樁機進行③層中下部及③層與④層交接面的止水帷幕施工。樁體加固深度為進入中風(fēng)化基巖面以下500mm范圍內(nèi)，樁頂標高以攪拌樁停打位置深度以上1m的標高為準。三重管高壓旋噴樁直徑1500mm，有效直徑900mm，搭接300mm。沿三軸攪拌樁軸線布置一排高壓旋噴樁，樁間距600mm。高壓旋噴樁的外加劑主要選用水玻璃，摻量為水泥摻量的10%，主要目的是防止?jié){液大量竄流，讓注漿填充空、孔隙，并快速凝固。

3） 在③、④層分界面處應(yīng)減小噴射壓力、降低提升速度，確保噴漿量。

4） 因考慮有大通道滲透途徑存在的可能性，應(yīng)利用二次噴漿并調(diào)整外加劑水玻璃摻量，第一次噴漿量控制在30%，第二次70%，前后需間隔30分鐘。

5） 為避免串漿，旋噴樁必須跳躍法施工，相鄰距離不得小于1.2m。

4.2.7 噴射混凝土護坡施工

一、二級放坡及坡間平臺施工后，先對邊坡及平臺進行修整，然后立即噴射一層50mm厚的細石混凝土，邊坡沿縱向挖出20m后，在已噴上一層細石混凝土的面層上掛φ6.5@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)片，用U型短鋼筋固定，再在整個邊坡上噴射50mm厚C20細石混凝土。噴射混凝土終凝后2h，連續(xù)噴水養(yǎng)護3—7天。

在一、二級放坡坡腳設(shè)置一道2-3m寬的平臺，并在平臺的內(nèi)側(cè)坡腳處設(shè)置一道排水溝，在排水溝上每隔30m處設(shè)置一集水井，以便及時截斷坡面滲水及大氣降水，通過集水井排放積水。

在一、二級放坡坡面按設(shè)計要求埋設(shè)濾水管，采用φ75PVC濾水管，濾水管長600mm（埋入土坡內(nèi)300mm長）。

4.2.8 降水與排水施工

基坑采用分級放坡開挖，基坑內(nèi)采用設(shè)置集水坑加排水明溝方式排水。

為檢驗止水帷幕的隔水效果，在基坑外側(cè)布設(shè)20口地下水位監(jiān)測井，基坑外監(jiān)測井宜兼做降水井。采用φ600mm的無砂管井，平均孔深13.5m，終孔于④層基巖面或珊瑚礁巖面。

在一、二級放坡邊坡坡腳下設(shè)置排水溝與集水井，主要用于排放邊坡滲漏水、大氣降水等。

5 078工程1#工位施工經(jīng)驗和教訓(xùn)

我們對078工程1#工位基坑止水帷幕工程進行了認真的總結(jié)和分析，從止水帷幕設(shè)計方案、施工過程質(zhì)量控制、應(yīng)急事件的處理等方面進行了系統(tǒng)分析，1#工位從施工實際情況來看，止水帷幕設(shè)計基本成功，但滲漏點較多，490米止水帷幕周長，大的有6處，小的有14處。產(chǎn)生滲漏的主要原因在于：

⑴ 地層分布中含有帶狀珊瑚礁層，且無規(guī)律，同時地層還含有較大的孤石、珊瑚礁巖等；帶狀珊瑚礁層因其孔（空）隙度大，攪拌樁、高壓旋噴樁在施工過程中因基體不足而成樁質(zhì)量不佳，產(chǎn)生滲漏點，6處大的滲漏點都分布在珊瑚礁帶部位。較大的孤石、珊瑚礁巖的存在，使攪拌樁、高壓旋噴樁成樁質(zhì)量難以控制，導(dǎo)致產(chǎn)生小滲漏點。

⑵ 設(shè)計經(jīng)驗不足，對于基巖面附近基巖與上覆土層之間產(chǎn)生小滲漏點認識不足，從增強二級放坡邊坡穩(wěn)定性和封堵小滲漏點的認識出發(fā)，應(yīng)設(shè)底腰梁；對強風(fēng)化層和珊瑚礁層透水性認識不足，三軸攪拌樁成樁效果尚可，但高壓旋噴樁成樁質(zhì)量不穩(wěn)定，基巖面以上、三軸攪拌樁以下部位滲漏嚴重，說明原設(shè)計基坑止水帷幕時只設(shè)計一排高壓旋噴樁，明顯不能滿足止水要求；基坑內(nèi)降水方式不能滿足施工要求，根據(jù)現(xiàn)場實際降排水方式，基坑內(nèi)采用積水坑明排水更能適應(yīng)施工挖土的要求。

⑶ 滲漏點處理不及時，特別是對6處較大的滲漏點。

因此，從1#工位基坑止水帷幕設(shè)計與施工中應(yīng)吸取的教訓(xùn)有：（1）高壓旋噴樁應(yīng)設(shè)計二排；（2）基巖面上、二級放坡坡腳處應(yīng)設(shè)一道底腰梁；（3）基坑內(nèi)降排水方式應(yīng)采用積水坑明排水；（4）對產(chǎn)生較大的滲漏點應(yīng)從技術(shù)、設(shè)備、人員和施工組織設(shè)計等方面做好準備和安排，及時處理，有效封堵。

我們在2#工位基坑止水帷幕設(shè)計與施工時，對設(shè)計方案進行了完善，并對在1#工位施工過程中存在的一些施工質(zhì)量問題進行了改進，2#工位整體止水效果明顯好于1#工位。

6 結(jié)束語

該工藝采用三軸水泥攪拌樁有效對巖石層以上（填土層、細砂層、含砂珊瑚碎屑）的強透水層進行止水；采用高壓旋噴樁對巖石層以及巖石層與含砂珊瑚碎屑層的交接面進行全封閉隔水；適用于地質(zhì)情況復(fù)雜、含水率較高且地基承載力標準值大于120kPa的基坑止水帷幕施工。

該工藝施工時無震動、無噪聲、無污染，可在市區(qū)和密集建筑群中使用，三軸水泥攪拌樁和高壓旋噴樁的組合止水帷幕施工工藝節(jié)約了成本，提高施工速度，改善止水效果的作用，減小勞動強度，縮短施工周期，提高經(jīng)濟效益，提高了工程質(zhì)量。

參考文獻

[1] 《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-99）

[2] 《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5200―2004）