城際鐵路深基坑圍護結構動水砂層止水旋噴樁施工技術

劉 寶

中鐵十六局集團有限公司

城際鐵路深基坑圍護結構動水砂層止水旋噴樁施工技術

劉 寶

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城際鐵路在地區經濟與社會的發展中發揮著相當重要的作用，近年來城際鐵路建設也取得了相當巨大的成績。在城際鐵路建設的過程中，深基坑施工是相當重要的。在文中就深基坑圍護結構動水砂層止水旋噴樁施工技術進行介紹，以期可以改善城際鐵路施工質量。

城際鐵路，深基坑，旋噴注漿法

1 引言

本文針對城際鐵路明挖區間圍護結構旋噴樁止水帷幕施工在地層處于富水砂層且地下水為流動水的情況下，通過分析地層及了解當地水文地質變遷情況，在原有試樁失敗后，調整施工工藝，充分考慮水泥漿凝固時間來確保成樁質量及成樁率，并在后續基坑開挖中充分發揮止水帷幕的作用，使基坑安全開挖到底。

旋噴注漿法興起于二十世紀七十年代的高壓噴射注漿法，八、九十年代在全國取得全面發展和應用。實踐證明此法對處理淤泥、淤泥質土、粉性土、沙土等有良好的效果。高壓旋噴樁止水帷幕，就是深基坑鉆孔灌注樁外側利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定的深度后，以20～40Mpa的壓力把將夜或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。當能量大、速度和脈動狀的射流，其動壓大于土層結構強度時，土顆粒便從土層中剝落下來，一部分細顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在射流的沖擊力、離心力和重力作用下，與漿液混合，漿液凝固后，便在土層中形成一個固結體，多個固結體與鉆孔灌注樁形成一個帷幕，用來作為將地下水體隔離在基坑外側的一種止水施工方法，從而保證基坑外側建構筑物基礎下土體的穩定性，進而確保基礎的穩定。

2 工程概況

莞惠城際鐵路云山西路至客運北站區間采用明挖法施工，區間沿惠州大道由南向北布置，區間圍護結構采用直徑1.2m@1.35m鉆孔灌注樁+直徑600mm旋噴樁止水帷幕的形式，工程所處地層主要為：素填土、粉質粘土、砂層、含礫砂巖，其中砂層分為中砂、粗砂。

中砂：淺黃、灰白色，級配差，稍密，飽和。厚1.70～10.30m，層頂高程3.00～13.45m，層底高程-2.46～11.45m。沖積中砂層，含水量大，具強透水性，建議取滲透系數k＝40.0m/d。

粗砂：淺黃、褐黃色，級配一般，稍密，飽和。厚2.90～8.50m，層頂高程0.64～8.93m，層底高程-4.72～4.43m。沖積粗砂層，含水量很大，具強透水性，建議取滲透系數k＝50.0m/d。

2.1 地層范圍內砂層基本覆蓋了旋噴樁施工范圍，且具有強透水性

此范圍砂層形成原因：施工場地臨近東江，東江為珠江水系干流之一。向西南流經廣東省龍川縣、東源縣、紫金縣、惠城區、博羅縣至東莞市石龍鎮進入珠江三角洲，于增城市禺東聯圍東南匯入獅子洋。集水面積35340平方公里，河長562公里，平均年徑流量257億立方米。施工場地原為東江一支流回填后形成，地下水較豐富且處于流動狀態，流向與明挖基坑走向垂直，造成此范圍內地下水為動態水。

3 施工中存在問題

3.1 旋噴樁無法成樁

旋噴樁施工前，進行了多地層段的試樁施工，設計要求旋噴樁采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比1.0～1.5，高壓水泥漿射流的壓力宜大于20Mpa，氣流壓力宜取0.7Mpa，提升速度可取0.1～0.25m/min，要求加固后土體28天無側限抗壓強度大于等于1.0Mpa，滲透系數k≤10-6cm/s。試樁時采用海螺42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比不低于1.2，注漿壓力分別采用20Mpa，25Mpa，30Mpa，空氣壓力不小于0.9Mpa，共試樁6根，完成后等待28天強度后，進行抽芯，在砂層段的旋噴樁試樁抽芯無法取出，無砂層段取芯正常且強度符合要求。后續通過加大注漿壓力，同樣未取芯成功。由此判斷砂層段地層無法成樁。

3.2 噴射水泥漿液被流水帶走

根據此處地層資料及惠州此處水文變遷情況分析，由于此處區域為東江支流回填形成，連接東江上下游，因此懷疑此處地下水為流動狀態，砂層孔隙率大，滲透能力強將水泥漿液帶走無法形成有效加固體。

4 地層分析

4.1 地層取樣

由以上情況分析后，采用地質鉆進行土體取樣，砂層分布與設計所給數據相差不大，砂層為粗砂居多，得出結論與設計相符。

4.2 砂層分析

所取土樣經試驗及觀察的，砂層粒徑≥0.5mm質量的占總重量的51%，其余巖土物理力學指標參數為：

巖土名稱 ③ 5中砂③ 6粗砂巖土狀態 中密 中 密快剪內摩擦角(度)25 30凝聚力(kPa)0 0壓縮系數(MPa-1)壓縮模量(MPa)質量密度ρ(g/cm3)1.95 1.98基本承載力σ0（kPa）200 250側壓力系數0.40 0.37 0.27泊松比0.29基床系數K(MPa/m)10 10

目前市面上水泥粒徑多數為3～65μm，施工中所采用的水泥漿經噴射至土層中如處于靜態環境中可與順利與土層攪拌均與形成固結體，如處于動態水中，則很容易隨水的流動在漿液凝固前將水泥漿帶走，造成水泥漿流失無法形成固結體。

4.3 施工工藝調整

在充分考慮以上情況后，施工時采取在拌制水泥漿時添加速凝劑，添加膨潤土及添加水玻璃等三種形式進行重新試樁，試樁中經多次試樁，添加速凝劑及膨潤土無法達到成樁效果，添加水玻璃考慮到要確保水泥漿順利噴出及旋噴過程中不凝結的因素，只能添加少許水玻璃，試樁完成后，取芯僅發現有少許固結體遠遠達不到止水帷幕的效果。

以上顯示只能采取加大水玻璃的參量，加大噴射水泥漿壓力，加快提升速度的方式，但加大水玻璃摻量后，水泥漿從拌制到噴出總發生堵管現象，造成漿液大量浪費，加快提升速度易造成成樁不連續。后續經反復討論后決定采用鉆進兩次、旋噴兩次的施工方式即噴射一遍水泥漿，第二次采用純水玻璃加水復噴一次，考慮到成樁質量，噴射水泥漿時正常速度進行噴射，完成后水玻璃代替水泥漿進行第二次噴射，考慮到凝結速度，噴射水玻璃需快速完成噴射及提升，使得水泥漿快速形成凝結體確保不被水流帶走，后續水泥強度在慢慢增長。采取此種方法試樁后取芯，大部分可成樁。

5 施工中的控制

5.1 水泥用量控制

水泥漿拌制時候，需嚴格測試水泥漿比重控制水泥用量，采取措施為：對水泥漿拌制人員進行技術交底，施工過程中技術人員嚴格控制，采用水泥漿比重測定儀測試。

5.2 水玻璃控制

嚴格按照所給定的配比進行配制，采用帶刻度的儀器裝取水玻璃與水，事先做好材料供應及配制，在時間上做好施工組織。

5.3 施工中控制

鉆進中第一次鉆進與第二次鉆進要控制在同一位置，噴射過程中要嚴格控制注漿壓力，噴射水玻璃時控制提鉆速度確保在噴射過程中不凝結。

6 結束語

此次施工主要是由于當地水文質地的特殊情況，未考慮到此處水文變遷的因素，在施工中按以往經驗施工，造成試樁失敗。雖經過一定技術修正后試樁成功，但仍有部分樁位未成樁，導致后續基坑內降水緩慢，基坑開挖后樁間有部分涌水涌沙現象且特別嚴重，此種現象僅發生在右線，左線則未出現，也充分說明了此段地層內地下水為流動狀態，從基坑右線向左線流動，右線靠近上游，左線靠近下游。

相應的施工技術修正主要目的就是確保旋噴樁成樁，起到止水帷幕作用，確保后續基坑開挖，由于上述施工方法不是100%成樁，開挖時仍需注意：樁間及時處理，此處采用了網噴混凝土的方式，掛網時必須與圍護結構鉆孔樁做好緊固連接；開挖時支撐施工必須及時跟上防止因涌水涌沙現象造成基坑失穩；基坑開挖時存在漏水現象的一側土方要準備好堵漏設備及人員；堵漏完畢后必須在此位置地表處進行鉆孔跟蹤注漿；此處堵漏采用水泥漿加水玻璃形式，后續施工時發現采用此種方式具有一定的時效性，因此后續結構施工必須緊跟。