復雜地質支護樁旋挖鉆孔工藝及堵漏淺析

周贊良

0 引言

旋挖鉆孔灌注樁是近幾年來在我國粘土、粉土、砂土、淤泥質土、人工回填土及含有部分卵石、碎石地層中的基礎和地下工程應用較多的一項新技術,但旋挖鉆機在硬巖層、較致密的卵礫石、孤石層施工比較困難[3],本文結合深圳市某基坑工程砂層厚、孤石多的復雜地質條件,提出了全鋼護筒護壁、沖抓錘沖抓孤石和旋挖鉆機組合成孔的圍護樁施工工藝。

通過旋噴樁和圍護排樁之間相互搭接形成隔水帷幕,但該方法常因樁距大小不一致和旋噴樁沿深度方向土層特性的變化導致旋噴樁體直徑不一而滲漏水[4]。本文在文獻[4][6]～[9]的基礎上,提出了分階段、設置多道屏障治理隔水帷幕滲漏水及管涌的處理流程和系統。

1 工程概況

深圳市某基坑工程采用直徑1.0m、長20.66m、間距1.3 m的灌注樁、與圍護樁相互搭接的旋噴樁隔水帷幕及兩道鋼筋混凝土內支撐。基坑開挖面積約1856m2,深度約14.96m?；悠矫娌贾脠D見圖1。

工程地質條件如下:①雜填土:由粘性土混雜建筑垃圾組成,層厚3.10m～6.00m;②含有機質粉質粘土:不均勻混雜粉細砂40%左右,層厚3.10m～6.00m;③粉質粘土,層厚1.00m～2.70m;④粘性土中砂,不均勻混雜粘性土20%左右,層厚1.40m～5.60m,滲透系數1.16×10-2cm/s;⑤含粘性土礫砂,不均勻混雜20%左右的卵石,卵石大小2cm～10cm左右,不均勻含粘性土20%左右,層厚2.80mm～6.60mm,滲透系數2.31×10-2cm/s;⑥礫質粉質粘土,由粗粒花崗巖風化殘積而成,層厚1.60m～3.30m,校正后標準貫入試驗擊數17擊～29擊,平均25擊;⑦場地基巖,其中全風化粗?；◢弾r層校正后標準貫入試驗擊數33擊～46擊,平均38擊。后經現場旋挖鉆孔及旋噴引孔發現,地表下3 m～10m區域有大量毛石、塊石,直徑在10cm～85cm之間。

2 圍護樁成孔工藝

2.1 工程特點及難點

1)地質條件復雜,含大量毛石、孤石及建筑垃圾等,砂層從地表下6m～16m連續分布;2)地下水豐富,中砂和礫砂層為強透水性層,滲透系數達2.31×10-2cm/s,地下水位埋深3.10m～3.70m,對圍護樁孔壁穩定極為不利,極易產生塌方事故;3)基坑周圍環境復雜,周邊為小區道路,東邊基坑邊線距煤氣管線僅5 m,場地空間狹小,北側圍護樁中心距建筑紅線只有80cm的距離;4)基坑開挖深度大,圍護樁下部土層標貫值達46擊,成孔困難;5)場地處于市中心區,對施工噪聲、泥漿排放、泥土挖運要求嚴,工期緊。

2.2 圍護樁施工方案

現場施工場地狹小,泥漿難以存放,若直接外運,受到交通及環保條件限制,也難以及時清理出場地。東側是住宅樓,施工時必須選用低噪聲、低污染、無振動、機械自動化程度高、施工效率高的施工機械。故提出了全鋼護筒護壁、沖抓錘沖抓孤石和旋挖鉆機組合成孔的圍護樁成孔工藝。

2.3 工藝特點

2.3.1 全鋼護筒護壁

在施工過程中采用全鋼護筒護壁,即護筒底部必須穿過砂層進入殘積土層,同時必須超過基坑底(現場施工時護筒埋設深度一般在17 m～19 m),這樣既保證了圍護樁的施工質量,又有效的控制了周圍地面的沉降,沉降曲線也表明圍護樁施工階段煤氣管線的沉降得到了有效控制(有個別監測點在圍護樁施工階段沉降達到4mm,但后續開挖段沉降較小)。

2.3.2 振動錘埋設、起拔鋼護筒

先將兩臺經緯儀在護筒周圍互相垂直架設,以此監測并調整鋼護筒的垂直度,確認鋼護筒垂直后由吊機緩慢將鋼護筒下放,靠其自重沉入土層。當自重沉入受阻,并確認鋼護筒垂直后,即可啟動振動錘繼續沉入鋼護筒。啟動振動錘要采用試振方式,避免對地層造成大的擾動。在沉入時若鋼護筒發生傾斜,則應將鋼護筒拔起,糾正傾斜后再繼續沉入。

起拔鋼護筒初期要用振動錘振動起拔,所用吊具、索具必須安全可靠,禁止超負荷運轉。起拔要緩慢,吊機提升力要適中。起拔全過程要求吊機天輪、振動錘、鋼護筒軸線成直線。

2.3.3 沖抓錘及旋挖鉆機聯合作業毛石、孤石層

因場地含大量直徑在10cm～85cm之間的毛石、孤石,護筒遇阻難以下沉,現場采用旋挖鉆機及沖抓錘聯合作業的方法來處理毛石、孤石層。步驟為:隨著第一節護筒的壓入(深度為1 m～3 m),跟著用履帶吊起吊沖抓錘從護筒內沖抓毛石、孤石,抓一段石塊土層壓一段護筒,待第一節護筒全部壓入后(一般地面上留1 m左右,以便于焊接護筒)檢測垂直度,合格后焊接第二節護筒,如此循環直至穿越毛石、孤石層,然后直接用振動錘埋設護筒至殘積土層,再用旋挖鉆機旋挖成孔至設計樁底標高。

3 隔水方案及堵漏應急措施

3.1 隔水方案

本工程采用旋挖鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁相互交叉間隔布置的隔水方案。為了保證隔水效果,樁間采用三重管高壓旋噴樁,并在遇到兩相鄰圍護樁中間有毛石、孤石時,在原設計的基礎上再在兩樁外側各補一條三管旋噴樁,并輔以引孔測斜,樁位具體布置見圖1。

3.2 漏水管涌應急措施

3.2.1 隔水帷幕滲水

在滲水量較小時直接由坑底排水溝排出。對滲水量較大,可采用“引流—加固”的方法:先將滲水部位樁間土清除,用水泥袋或麻布袋插鋼筋等塞進漏水點攔住泥沙,再在外側插入引流管(PVC管,口徑必須與后續注漿管對應)將水引出,然后在兩樁對應面植筋(或打膨脹螺絲釘)、掛網、支模、澆筑速凝防水混凝土(加速凝劑或水玻璃)。鋼筋網采用 Φ 6鋼筋按 100×100網格綁扎(或采用鐵絲網),并與植入圍護樁中的鋼筋焊接或機械連接牢固,同時植筋固定模板,Ⅰ階段“引流—加固”示意圖如圖2所示。待修補封堵的混凝土達到一定強度,且水量逐步減小后,可將引流管堵住。如堵住管口后出現第二處滲漏時,按上述方法再進行“引流—加固”。若引流的水為清水且出水量不大,只需將水引入基坑的排水溝排出即可,但應加強周圍水位及沉降監測,若下降較大應及時回灌。

3.2.2 隔水帷幕漏水和管涌

在基坑東北角及西北角分別距離坑底1 m,5 m的位置隔水帷幕出現空洞,大量的地下水夾帶沙粒涌入基坑,致使坑外產生了嚴重的水土流失?，F場迅速啟用應急預案,將裝滿剛攪拌好的碎石、水泥、沙包往管涌口堆壘,并迅速用水泥袋或麻布袋插鋼筋將管涌堵住,將水用管引出,再掛網、支模、植筋、澆筑速凝防水混凝土;此時一般流出的仍是帶沙的渾水,24 h內必須輪班觀察,且加強監測頻率,若水逐漸變清且流量也逐漸減小,則繼續采用上述堵漏水的方法進行注漿加固封堵;若仍然一直流渾水甚至管涌,為防止“外殼”被管涌脹破爆肚,則在外側再施工第二道堵沙屏障,往外繼續接引流管將水引出后再注漿封堵,Ⅱ階段“引流—加固”示意圖見圖3。因管涌量較大,導致基坑外側水土損失嚴重,急需進行主動區補償地層損失注漿;基坑東北角煤氣管線監測顯示漏水管涌后沉降有突變趨勢(兩天內沉降了9mm),必須進行矯正變形跟蹤注漿[9];且坑內漏水也須進行雙液注漿封堵。啟用注漿堵漏流程——Ⅲ階段注漿,示意圖如圖4所示,同時加強監測,在信息化施工管理下進行。經過坑內坑外及時雙液注漿封堵、補償注漿及管線注漿加固(沿管線縱向注漿點間距2 m),周邊地面沉降和管線變形得到了有效控制。

3.2.3 隔水帷幕失效原因分析

單排旋噴樁垂直度偏差大,與圍護樁疊加搭接時出現“開檔口”;與平均標貫值達38擊的砂層結合部漿液未能足夠進入,形成縫隙、空洞;旋噴樁遇地下障礙物(孤石及建筑垃圾等),漿液難以全方位包裹孤石及建筑垃圾等。

4 結語

1)在砂層厚、地下水位高、毛石孤石多的復雜地質條件下采用全鋼護筒護壁、沖抓錘沖抓石塊和旋挖鉆機組合成孔的工藝是經濟有效的,值得推廣。2)在標貫值大的砂土或礫砂層、堆積松散且含有孤石等建筑垃圾的填土層不宜采用單排旋噴樁隔水,宜結合樁間掛網噴混凝土或雙排旋噴樁連續咬合,且最好通過現場試驗后確定隔水方案。3)堵漏應急措施必須切實有力、監控及時高效、反應迅速到位,形成一套較完整的堵漏流程和系統。應設多道屏障治理漏點,不留“復活”漏點,多管齊下,分階段各工序快速推進,前后協調,連續進行直至周邊沉降穩定。

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