深基坑止水帷幕三重管雙高壓旋噴樁施工技術

□文/劉勝永

深基坑止水帷幕三重管雙高壓旋噴樁施工技術

□文/劉勝永

通過天津市西站建設工程第十二標某地鐵站為實例，介紹地鐵深基坑圍護結構地下連續墻接縫處外側采用三重管雙高壓旋噴樁為止水帷幕的施工工藝和質量保證措施，采取的技術、措施取得了較好的止水效果，在深基坑開挖過程中地下連續墻接縫達到不漏水，確保深基坑開挖的施工安全質量。

深基坑；旋噴樁；止水帷幕；三重管；雙高壓

1　工程概況

天津市西站建設工程十二標某地鐵站，建筑面積1.4萬m2，基坑深度最深28m，圍護結構采用深50 m、厚1 m地下連續墻，接頭形式為工字鋼，地下連續墻接縫處外側采用高壓旋噴樁為止水帷幕，每個接縫3根φ800mm@500mm旋噴樁，長度為40m。

通過調查，普通工藝旋噴樁成樁質量及各項指標難以滿足設計要求。結合工程實踐，本工程采用三重管雙高壓旋噴樁施工。

2　工程地質條件

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粘土為主；3～5層主要以粉質粘土和粘土為主；5～7層土層主要以粉土和粉砂為主；7～9層主要以粉質粘土和粉砂為主。

同時場區地下水位在地表下0.4～1.5 m范圍內，地下水位較高，微承壓水穩定埋深有兩層，一層在地表以下20～30 m，二層在37～42 m，地下連續墻深入第二層微承壓水隔水層，根據基坑深度主要關注62、64層，其特點在該層以粉土、粉砂為主，地下連續墻接縫易漏水涌砂，基底易產生涌砂和管涌等不利因素，見圖1。

圖1　工程地質條件與開挖面相對關系

3　三重管雙高壓旋噴樁施工原理

3.1施工原理[1]

地下連續墻接縫外側止水帷幕采用三重管雙高壓旋噴樁，是利用鉆機把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進至地層的預定位置后，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噴射器上、下部的噴嘴噴出，上部的高壓水噴射流先對土體進行一次切割破碎，再將水泥漿液通過鉆桿下部的噴嘴，向四周以高速水平噴入土體沖擊力切削土層，而且水、氣同時作用于土體，增強了破壞土體的能力，鉆桿一面以一定的速度旋轉，一面低速徐徐提升，使土體與水泥漿充分攪拌混合，膠結硬化后即在地基中形成直徑比較均勻、具有一定強度的樁體，從而使地層得到了較好的加固和止水效果，見圖2。

圖2　三重管雙高壓旋噴樁施工原理

3.2主要設計參數

根據本工程的地質特點，三重管雙高壓旋噴樁的主要設計參數見表1。

表1　主要設計參數

根據試樁的檢驗成果來看，各項參數要根據地層的不同而改變，由于粉質粘土和粘土層中夾有大量粉土透鏡體，儲水量較高，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。

根據試樁成樁記錄，繪制出了成樁深度與時間曲線見圖3。

圖3　成樁深度與時間曲線

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具包括鉆孔機械和噴射注漿設備兩類。根據現場的工程地質條件，引孔采用H GY-300深型地質鉆機成孔，造孔時巖芯管長度＜2.0 m，噴漿采用三重管鉆機。

4.1工藝流程

平整場地、測量定位→鉆機就位→引孔鉆進→終孔移位→旋噴機就位→下旋噴管→提管旋噴→終孔移機。

4.2施工步驟

4.2.1測量定位

高壓旋噴樁施工在兩幅墻接縫處進行施工。探明兩幅墻接縫處具體位置，在地下連續墻接縫處由中線往外左右各50 cm，距離地下連續墻邊外返40 cm處，設置3根樁位。

4.2.2鉆機就位

緩慢移動至施工部位，由專人指揮，用水平尺和定位測錘校準樁機，使樁機水平，鉆桿應與地面垂直，為保證樁位準確，必須使用定位卡，樁位對中誤差≯50mm。

4.2.3引孔鉆進

從導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；以此重復施工。

鉆孔過程保持鉆孔垂直，鉆孔垂直度偏差不得大于H/400（H為導墻高度）。

4.2.4漿液制備

高壓旋噴樁的漿液，采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿液配制嚴格按設計要求控制為水灰比1∶1，密度1.50～1.55kg/m3。按設計水灰比計算出每罐投入的水泥及用水量，嚴格按計算出的水泥量及用水量投入。

漿液用量Q=qt（1+β）

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

每延米噴射時間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，每延米水泥漿液質量M=Q×ρ=（700～1050×1.512=1058.4～1587.6（kg）。

根據現場高壓旋噴樁試驗樁實際施工情況，確定每延米水泥量為800kg。

先加水，然后加水泥，每次灰漿攪拌時間不得少于5 min，水泥漿應在使用前1 h制備，漿液在灰漿拌和機中要不斷攪拌，直到噴漿前。拌漿臺設專人負責，固定拌漿操作程序，減少操作失誤并將配合比標牌掛在攪拌臺醒目位置。噴漿時，水泥漿從灰漿拌和機倒入集料斗時，過濾篩，把水泥硬塊剔出。

4.2.5下旋噴管

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

4.2.6旋噴提升

當鉆孔及漿液配置全部完成后，將注漿管放入到設計底標高深度，開啟高壓清水泵、高壓注漿泵和空壓機，檢查各施工參數是否符合設計要求。開啟提升裝置，旋轉并提升注漿管直至設計頂標高。提升過程中卸管后繼續噴漿時復噴搭接長度≮100mm，以確保旋噴樁質量。

4.2.7鉆機移位

旋噴提升到設計樁頂標高時停止旋噴，提升鉆頭出孔口，清洗注漿泵及輸送管道，然后將鉆機移位。

5　質量保證措施

5.1嚴控注漿壓力和提升速度

針對“鉆頭提升過快和旋噴壓力過小”的現場施工控制問題。雙高壓旋噴樁施工前，首先現場做試驗樁，28 d后對試驗樁鉆芯取樣，如其無側限抗壓強度滿足設計值1.5MPa要求，則可開始施工。專人負責樁位的定位放樣，鉆孔前需要復核孔位，誤差≯50mm。

加強雙高壓旋噴樁的施工過程控制，嚴格執行雙高壓旋噴樁設計所給的水灰比、控制噴漿、攪拌提升速度及重復攪拌時的下沉和提升速度、旋噴壓力等技術參數并有專人抽檢，做到每孔均有記錄。

5.2鉆孔垂直度的控制

1）安裝鉆機時應嚴格檢查鉆機的平整度和主動鉆桿的垂直度，鉆進過程應定時檢查主動鉆桿的垂直度，發現偏差應立即調整，如不能調整到滿足要求的立即清場更新能夠滿足施工要求深型地質鉆機引孔機械。通過加強對旋噴機械垂直度的控制，能夠保證樁身位置的準確，加強止水效果。

2）定期檢查鉆頭、鉆桿、鉆桿接頭，發現問題及時維修或更換。

3）在軟硬土層交界面，應低速低鉆壓鉆進。發現鉆孔偏斜，及時回填粘土，沖平后再低速低鉆壓鉆進。

4）鉆孔時必須有鉆孔深度記錄，技術人員要核對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計要求。

通過對鉆孔垂直度的控制，保證了鉆孔的垂直度滿足設計施工要求，從而保證了雙高壓旋噴樁的質量。

5.3串漿和回漿處理措施

地層中空隙大不回漿時，增大注漿量，降低提升和旋轉速度，提高噴射壓力，更換大孔徑噴嘴；回漿量過大時，減少注漿量，加快提升和旋轉速度，以減少回漿量，通過調節噴射壓力和注漿量，改小孔徑噴嘴。

6　樁體質量檢測

6.1樁體直徑檢測

旋噴樁成樁7d后進行樁體直徑檢測，檢測時將樁體頂部1 m左右的樁體剝離出來，采用尺量的辦法，測量樁體直徑。要求樁體直徑不小于設計值。

6.2樁體完整性檢測

旋噴樁成樁不少于28 d后進行樁體完整性檢測，采用鉆芯取樣檢測，檢測數量不宜少于總樁數的2%且不得少于3根。

6.3樁體抗滲檢測

旋噴樁成樁28后可進行樁體抗滲檢測，采用鉆孔壓水法檢測。

7　結論

1）場地土層分布不同，各項參數要根據地層的不同而改變，土體中如果含水量偏大，如不及時調整參數由此造成樁體強度偏低且增長緩慢。

2）通過對施工人員的管理培訓、機械的施工管控，提高施工工藝過程的管理，解決樁體完整性差和樁位偏差過大的問題，節約了再次復噴的費用。

3）在后續施工中，進一步鞏固雙高壓旋噴樁的施工質量措施，持續保持工序質量責任制度，加強施工管理人員的質量意識，確保現場施工質量。

[1]徐至鈞，全科政.高壓噴射注漿法處理地基[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]GB0299—1999，地下鐵道工程施工及驗收規范[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，中鐵一局天津建設工程有限公司，從事地鐵施工管理工作。