富水砂層地鐵車站基底地層改良初探

劉世濤

摘 要：太原地鐵二號線建設(shè)中，某車站采用懸掛式止水，施工過程中出現(xiàn)涌水涌沙，周邊建筑物沉降報(bào)警。經(jīng)專家論證分析決定采用基底土層大面積封底改良工藝。本文論述了該車站基底地層改良工藝，有效的確保了施工過程中周邊建筑物的安全。富水沙層中大面積封底改良工藝施工應(yīng)用尚數(shù)首次，旋噴和注漿工藝相結(jié)合封底止水工法也為后續(xù)類似工程起到了良好的借鑒作用。

1 工程簡介

太原地鐵2號線府西街站位于太原市迎澤區(qū)內(nèi)，起點(diǎn)位于府西街、府東街、解放路交叉口以南，終點(diǎn)位于羊市街、鼓樓街、解放路交叉口以北，基坑兩側(cè)老舊民房多且距離基坑較近，周邊市政管線眾多，環(huán)境極其復(fù)雜。

府西街站主體結(jié)構(gòu)采用地下雙層三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，島式車站采用明挖順做法施工，厚度800mm地連墻+三道內(nèi)支撐作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。車站第一道支撐采用混凝土支撐，其余支撐均采用鋼支撐。原設(shè)計(jì)采用坑內(nèi)降水，明挖順做法施工。但由于地質(zhì)、水文，在開挖過程中出現(xiàn)涌水、涌沙現(xiàn)象，施工風(fēng)險(xiǎn)巨大，鑒于此基坑開挖方式變?yōu)樽{和旋噴工藝結(jié)合封底止水。

基坑位置地質(zhì)根據(jù)鉆探揭示，地層分布較為穩(wěn)定，本站均為第四系（Q）地層覆蓋。地表多為第四系人工填土（Q4ml），其下為第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）黏質(zhì)粉土、砂（粉）類土、圓礫土及上更新統(tǒng)（Q3al+pl）粉質(zhì)黏土、砂類土等組成。

2 車站基底地層改良工程設(shè)計(jì)

2.1注漿堵水帷幕目的

府西街車站地層處于高壓富水粉細(xì)砂層，經(jīng)過長時間懸掛式降水?dāng)_動，地層松散、穩(wěn)定性極差，因此通過旋噴工藝和注漿工藝相結(jié)合，達(dá)到深基坑府西街站基底地層改良封底止水效果，以確保深基坑府西站開挖施工安全。

2.2工程特點(diǎn)及相關(guān)巖土工程問題分析

（1）依據(jù)工程概況，影響區(qū)間開挖的地下水主要為潛水，局部地段具有承壓性，水位高，壓力大，地下水豐富。

（2）地下水含水層巖性主要為粉細(xì)砂，地層孔隙率小，滲透性差，只采用注漿工藝，可能出現(xiàn)局部強(qiáng)度不夠，產(chǎn)生粉細(xì)砂層液化，所以先采用三重管旋噴做骨架后再采用同步注漿解決空隙。

（3）因基坑內(nèi)施工空間狹小，所以采用小型履帶式液壓鉆機(jī)。

（4）地下水含水層巖性主要為粉細(xì)砂，地層孔隙率小，滲透性差，選取速凝且滲透性強(qiáng)的漿液。

（5）經(jīng)過長時間的降水，車站土體多次擾動，導(dǎo)致注漿時漿液流失控制難度大，必須采取多孔同位同步快速注漿方法。

2.3注漿堵水帷幕加固封底方案

（1）深基坑府西站旋噴注漿堵水帷幕封底加固采用分區(qū)進(jìn)行，每區(qū)域長度控制在25m到35m左右，共分9塊區(qū)域。區(qū)域之間采用2排高壓旋噴，形成連續(xù)加固體，將區(qū)域之間的水系隔斷，排距和孔間距為0.6m。

（2）每個區(qū)域范圍地面先澆筑30cm厚的混凝土止?jié){盤。

（3）考慮到水頭高度，封堵深基坑府西站，底板以下2～9米即加固范圍為7m。在考慮到工藝特點(diǎn)旋噴加固范圍定為底板以下3-8米，注漿止水加固范圍定為底板以下2～9米。

（4）考慮到注漿滲透半徑封底方案布孔設(shè)計(jì)為兩排旋噴一排注漿，交替布設(shè)，在考慮到工藝特點(diǎn)旋噴加固范圍定為底板以下3-8米，注漿止水加固范圍定為底板以下2～9米。

（5）施工順序采用一個方向推進(jìn)方案，每個區(qū)域又采用模塊式推進(jìn)，先做三重管旋噴再做雙重管后退式注漿。

（6）旋噴孔間距為0.6m，梅花孔布設(shè)，注漿孔間距為0.8m，（見圖2.1）。

（7）注漿采用漸進(jìn)式差別化同步動態(tài)注漿工藝，同步注多孔（4～8孔），使地層形成一個整體。

（8）雙重管后退式注漿最前面安裝注入前端裝置專利，使雙液漿攪拌均勻，凝固時間一致，還防止因地下壓力大而引起的漿液反漿。

（9）漿液選擇速凝且滲透性強(qiáng)的漿液，注漿時雙液漿與化學(xué)漿混合注漿。

（10）注漿時配備流量計(jì)，實(shí)時觀測注漿過程中漿液的流量及壓力，實(shí)時調(diào)整漿液凝固時間，做到最佳擴(kuò)散半徑。

（11）注漿壓力控制在2.5～3.5MPa，嚴(yán)格控制注漿順序。

（12）鉆孔采用大功率小型履帶式液壓鉆機(jī)，鉆頭直徑95mm、鉆桿89mm的鉆具，鉆頭直徑適中，在粉細(xì)砂地層中成孔快，注漿時好封孔，有效防止?jié){液往上竄漿。

3 主要施工方法、安排及技術(shù)措施

3.1注漿施工工藝流程

封底施工中三重管旋噴樁施工工藝流程見圖3.2所示。

3.2注漿堵水加固封底工程設(shè)計(jì)范圍

設(shè)計(jì)范圍為明挖深基坑底板以下2-9米范圍，共7米注漿堵水加固范圍。

3.3 注漿止水加固封底設(shè)計(jì)

3.3.1注漿鉆孔設(shè)計(jì)布置

① 深基坑府西站注漿堵水帷幕封底加固采用分區(qū)進(jìn)行，每區(qū)域長度控制在25m到35m左右，共分9塊區(qū)域。注漿前每個區(qū)域范圍先澆筑30cm厚的混凝土止?jié){盤。

② 注漿工藝采用漸進(jìn)式差別化同步動態(tài)注漿方案，同步注多孔（3～6孔），使地層形成一個整體。

施工順序采用一個方向推進(jìn)方案，每個區(qū)域又采用模塊式推進(jìn)，注漿時做到同步、同位、均勻注漿。

做到上下有別，反映在注漿材料、壓力。保證均勻擴(kuò)散。動態(tài)反映在擾動土體和非擾動土體不同對待。保證從平面到立面，形成空間立體。

③ 鉆孔結(jié)構(gòu)：注漿孔孔徑Φ95mm，孔深至深基坑底板下4m，成孔后下如Φ42mm雙重管，并用填殼料封注固結(jié)。

3.3.2注漿量計(jì)算

加固土體孔隙率0.4，漿液損耗率0.1%，填充率0.9。

3.4 施工安排

以實(shí)際現(xiàn)場條件為準(zhǔn)，每天平均完成32個孔（鉆孔、注漿），預(yù)計(jì)5個月完成。

3.5.施工技術(shù)

3.5.1成孔

（1）鉆孔保證措施：

① 應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行鉆孔。鉆孔孔位及角度偏差符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，若現(xiàn)場鉆孔孔位因現(xiàn)場條件不能滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行移位重新鉆孔，必要時應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔。

② 在鉆孔施工過程中要確保鉆機(jī)穩(wěn)定，勻速鉆進(jìn)，杜絕無經(jīng)驗(yàn)的新手貿(mào)然進(jìn)行操作。

（2）鉆孔技術(shù)要求

① 放點(diǎn)時孔位要求

嚴(yán)格按設(shè)計(jì)孔位坐標(biāo)測量放樣。

② 終孔標(biāo)準(zhǔn)

終孔深度為底板下9m。

④ 鉆孔要求

所有鉆孔采用水鉆進(jìn)，鉆孔孔徑φ95mm。

⑤ 孔斜要求

孔斜應(yīng)不大于1°，在鉆進(jìn)過程中應(yīng)進(jìn)行孔斜度的測量和校正，以保證鉆孔垂直度，為正常注漿創(chuàng)造良好工作條件。

⑥ 封孔

注漿結(jié)束后采用水灰比0.8：1的濃漿封堵所有鉆孔。

3.5.2下雙重管

成孔后，在鉆桿內(nèi)吊放雙重管，吊放雙重管時應(yīng)注意檢查密封圈，雙重管蓋帽確保吊放過程中堵管。

3.5.3注漿

1）注漿材料

① 注漿加固范圍內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要為沙層，所以采用水泥加添加劑與化學(xué)漿的混合液。

A液：水泥漿采用普通硅酸鹽P.O42.5水泥，配合比為水：水泥：=1.5：1～0.8：1。在水泥漿液中添加海川5040減水劑等添加劑。

B液：水玻璃采用濃度42Be’，稀釋成35Be’。

C液：速凝劑。（35kg固化劑能配置3方漿液）

注漿過程中根據(jù)現(xiàn)場情況決定采用的注漿種類，壓力小時采用B液與C液，壓力大時選用A液，B液與C液配比為1：1。

雙液漿漿液凝膠時間為 B液與C液2S～10S，A液與B液30min～90min。

②漿液攪拌

按每次攪拌體積確定加入所需的水量，再加入水泥攪拌3分鐘以上。

2）注漿方式

①同時注4～6孔，且兩側(cè)對應(yīng)，盡量做到同時同步同位注漿，控制好井筒兩側(cè)注漿量和壓力平衡。

③注漿段長0.2--0.5米。

3）注漿順序

注漿時先從井口開始往里，且先從井上，再井兩側(cè)，注兩側(cè)時從外往內(nèi)，且跳孔注漿。具體按如下順序進(jìn)行：

4）注漿流量控制

每次注漿流量控制在20～40L/min，注漿過程中觀測注漿壓力，以達(dá)到慢慢滲透擠密的效果。

5）注漿壓力

① 注漿泵試運(yùn)轉(zhuǎn)

注漿施工前對注漿系統(tǒng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)確保注漿系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

② 注漿開始時先進(jìn)行壓水（取10個孔做注漿前壓水試驗(yàn)），再逐步變換成靜壓注漿，壓力不大于3.5MPa。

6）注漿配合比參數(shù)

減水劑：摻入減水劑，使?jié){液流動性好，滲透性強(qiáng)，且不易沉淀。

速凝劑：當(dāng)注漿量較大時，摻入速凝劑。

7）壓力、注漿量控制

通過流量計(jì)觀察注漿壓力，檢查隨注漿量的增加，壓力變化情況。注漿過程中采用壓力控制，注漿壓力達(dá)到3.5Mpa時，止?jié){塞往上提0.5--1米后，繼續(xù)注漿。

8）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)壓力和設(shè)計(jì)注漿量雙重控制。

① 注漿末期，泵壓逐漸升高，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，或注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)單孔注漿量時，穩(wěn)定15min注漿結(jié)束。

② 雖然注漿壓力未超過控制壓力，但當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)單孔注漿量時注漿結(jié)束。

4 結(jié)束語

地鐵車站深基坑施工采用旋噴加注漿相結(jié)合封底止水的施工工法不僅對原有深基坑地層進(jìn)行有效的加固，而且有很好的止水堵漏作用。通過太原地鐵2號線府西街站基坑止水封底工程應(yīng)用，取得了非常好的應(yīng)用效果。較好完成了承壓水粉細(xì)砂地層懸掛式止水圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程施工，保證了地鐵車站周邊建筑物的安全。