旋噴樁止水帷幕在富水砂卵石地層深基坑中的應用研究

(1.中建五局土木工程有限公司 湖南 長沙 410016；2.湘潭大學土木工程與力學學院 湖南 湘潭 411105)

伴隨著我國經濟飛速發展，城市地鐵工程越來越多，進而產生了大量的地鐵深基坑工程。深基坑在開挖過程中經常需要采取降水措施，而隨之則會帶來一定量的地表沉降變形，如果地鐵車站附近有較多高樓大廈，那么降水所產生的沉降變形將有可能導致鄰近建筑物傾斜、開裂甚至是倒塌，因此，必須采取合理的措施來控制降水所帶來的不利影響。布置旋噴樁形成止水帷幕便是解決這種問題的可行方法。

一、工程背景

晚報大道站是長沙市軌道交通五號線一期工程第12個車站，位于萬家麗路與晚報大道交匯處。本站場地范圍內地勢平坦，地面高程約32.0～32.5m。該站位于十字口路，交通繁忙，站點西側臨近已建萬家麗路高架橋，車站周邊建構筑物較多，地下管網縱橫交錯，周邊環境對施工影響較大，基坑平面位置如圖1所示。

圖1 基坑平面位置圖

車站為地下二層14m寬島式站臺車站，全長321.5m，標準段寬22.7m。本站地下一層為站廳層、地下二層為站臺層，有效站臺中心里程處頂板覆土厚約3.65米，底板埋深約19.2米，軌面高程為15.136m。

二、工程特點

依據長沙市規劃設計院在該路段的地質勘察結果，發現本標段主要為瀏陽河形成的Ⅱ級堆積階地，由河流相二元結構組成，為典型的河流沖蝕、堆積地貌。降水開挖施工場地范圍內地層巖性從上至下分別為素填土、雜填土、淤泥質粉質黏土、粉細砂、中粗砂、卵石、中風化礫巖等構成，如圖2所示。該地鐵基坑為典型的富水砂礫石地層，基坑距離瀏陽河僅1km，地質情況及周邊環境非常復雜，地鐵基坑與瀏陽河之間有較多高層建筑物，在施工過程中需嚴格做好各類防滲措施，防止出現較大沉降造成不利影響。

圖2 基坑地質縱剖面

三、設計與施工方案

該地鐵車站兩端區間均采用盾構法施工，根據工籌在本站盾構場外過站，北端接收，南端始發。本站采用明挖法施工，部分由于交通疏解的要求采用蓋挖法施工。根據本地鐵深基坑的功能，結合地質及周邊環境，依據基坑規范和總體技術要求的有關規定，可知，本基坑安全等級為一級，基坑側壁重要性系數為1.1，變形控制保護等級為一級。

支護結構應滿足基坑穩定的要求，應不產生傾覆、滑移和局部失穩；基坑底部應不產生隆起、管涌；錨桿不產生抗拔失效；支撐系統應不失穩；支護結構構件受荷載作用后不發生強度破壞。經計算分析，并考慮經濟上上的合理性，最終決定采用旋噴樁止水帷幕來作為該富水砂卵石地層深基坑的主要維護結構。

四、旋噴樁止水帷幕施工要點

(一)施工工藝流程

現場根據富水砂卵石地層的特點，進行了試樁試驗，在深基坑周圍選擇了6個點進行試樁，通過試樁最終確定了現場旋噴樁施工工藝流程，如圖3所示。

圖3 旋噴樁施工工藝流程圖

同時，通過試樁確定了富水砂卵石地層中噴漿量Q與旋噴長度H、噴漿管提升速度v、排漿量q之間的關系，如下式所示，其中，β為漿液損失系數，通常可在0.1～0.2之前取值，現場通過試樁最終確定β=0.14。

Q=H/[vq(1+β)]

(二)施工要點

通過在現場大量的施工，從而明確了在富水砂卵石地層中打設旋噴樁的注意事情，分別如下所示。

(1)做好施工前檢查工作。這部分是工作的好壞直接影響著是整個旋噴樁質量能否滿足要求，因此，需要對原材料、水灰比、設備、電路、場地等等進行全方位檢查。

(2)在旋噴樁施工過程中，應該著重檢查：鉆桿的傾斜度、灌漿壓力、漿液灌入量、冒漿情況、泥漿回收情況等，施工過程是直接決定旋噴樁質量的最主要環節，一定要予以充分重視。

(3)在噴射注漿時還需要派人注意冒漿的情況，從而分析各種施工參數設計的合理性，如果合理性不滿足要求，那么需要及時動態調整。如果在富水砂礫石地層選擇單管或者一重管來施工，那么冒漿量通常不應該超過注漿量的20%，如果超過了這個量，亦或者沒有任何冒漿，則需要查找原因所在。

(4)應合理控制旋噴樁鉆機的擺放位置，及其和注漿泵的之間的距離；應該嚴格控制旋噴樁鉆孔的偏差，與設計要求相比應小于50mm；如果在鉆孔過程中遇到了孤石、溶洞、空隙等情況和地勘報告不一致的情況，需記錄下來，組織專家進行討論。

(5)旋噴樁所采用的水灰比必須嚴格執行，禁止隨意改變；水泥如果已經過期或者受潮，則不能用于旋噴樁。

(6)對于旋噴樁施工過程中產生的泥漿，需要按照環保部門和建設部門的要求妥善處理，嚴謹隨意排放污染環境，最好請有資質的環保公司對泥漿進行無害化處理。

(7)當一根旋噴樁施工到了設計標高以后，需要馬上把注漿管拔出來，采用清水對整個灌漿系統進行清洗，不能有漿液或者其它雜質殘留在注漿管道中，以免影響后續使用。整個旋噴樁施工工程結束后，對于關鍵零部件則應涂一層機油或凡士林，做好保養維護工作。

(三)施工質量檢驗

旋噴樁施工結束后，為了檢驗施工效果，在現場進行了補充勘察，基坑不同位置和地層的結果如下所示。

(1)車站西側ZDK32+685.26補勘結果：①地面以下0～3.3m段：雜填土，抗滲系數K=1～3m/d=1.15～3.47×10-3cm/s>1×10-5cm/s。②地面以下3.3～4.2m段：砂質素填土，抗滲系數K=8～10m/d=9.26～11.57×10-3cm/s>1×10-5cm/s。③地面以下4.2～8.2m段：粉質黏土，抗滲系數K=0.008m/d=0.93×10-5cm/s<1×10-5cm/s，抗滲系數滿足要求。④地面以下8.2～9m段：粉土，抗滲系數K=0.5m/d=0.58×10-3cm/s>1×10-5cm/s。

(2)車站西側ZDK32+696.25補勘結果：①地面以下0～4.5m段：雜填土，抗滲系數K=0.7m/d=0.81×10-3cm/s>1×10-5cm/s。②地面以下4.5～7.8m段：粉質黏土，抗滲系數K=0.008m/d=0.93×10-5cm/s<1×10-5cm/s，抗滲系數滿足要求。③地面以下7.8～9m段：粉土，抗滲系數K=0.5m/d=0.58×10-3cm/s>1×10-5cm/s。

(3)車站東側ZDK32+652.5補勘結果：①地面以下0～4.5m段：雜填土，抗滲系數K=0.7m/d=0.81×10-3cm/s>1×10-5cm/s。②地面以下4.5～7.2m段：粉質黏土，抗滲系數K=0.008m/d=0.93×10-5cm/s<1×10-5cm/s，抗滲系數滿足要求。③地面以下7.2～9m段：粉土，抗滲系數K=0.5m/d=0.58×10-3cm/s>1×10-5cm/s。

由于車站抗滲設計要求為不小于1×10-5cm/s，根據現場補勘數據顯示，地面以下0～4.5m段和7.2～9m段抗滲不能滿足設計要求。因車站東側緊挨小區25層高樓，車站西側緊挨萬家麗高架橋，考慮旋挖樁樁間存在20cm間隙存在滲水、涌水隱患，因此，在相應區域按原設計參數增設了三重管旋噴樁，實現了防水全封閉，從而避免了后期基坑開挖期間影響基坑外土體的穩定和附近建筑物結構安全。

五、結論

富水砂礫石地層由于其滲透性較好，同時地層又含有較多的地下水，對于城市地鐵深基坑施工有著非常不利的影響，必須予以充分重視，不能盲目的通過降低地下水以便于基坑施工，這很有可能引發周邊建筑物的傾斜、開裂等一系列問題。本文結合現場施工情況，對旋噴樁止水帷幕的施工工藝、施工要點展開了著重闡述，并對施工效果進行了分析，可為相關城市地鐵深基坑施工工程提供一定借鑒和參考。