降雨頻繁地區(qū)超深巨厚砂層中止水帷幕施工設(shè)備及工藝

袁敬

（珠海君豪巖土科技有限公司 廣東珠海 519090）

0 引言

中國(guó)人口多、土地資源有限的基本國(guó)情，決定了要充分開(kāi)發(fā)利用地下空間。基于這樣的認(rèn)識(shí)，當(dāng)前全國(guó)各地的地下空間開(kāi)發(fā)利用正如火如荼地進(jìn)行著，導(dǎo)致與地下空間開(kāi)發(fā)利用相關(guān)的基坑工程越來(lái)越多，而且其深度也越來(lái)越大。為了保證后續(xù)基坑工程順利開(kāi)挖，降低開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)，常規(guī)工程措施是開(kāi)挖前對(duì)基坑側(cè)壁施工止水帷幕[1-6]。施工止水帷幕的機(jī)械設(shè)備很多，如旋噴樁機(jī)、水泥土攪拌樁機(jī)。旋噴樁機(jī)因?yàn)樵O(shè)備售價(jià)比水泥土攪拌樁機(jī)售價(jià)底，施工工效高，施工成本低，加上設(shè)備易被操作，而成為巖土地下工程中止水帷幕的主要施工設(shè)備[7-10]。

在降雨頻繁地區(qū)，由于水系發(fā)達(dá)，地層中常發(fā)育砂層，且砂層中地下水徑流強(qiáng)烈，使得砂層富水性、連通性及透水性良好。由于基坑深度越來(lái)越大，基坑穿越的砂層中，砂層底埋深≥12m的超深砂層、砂層厚度≥10m的巨厚砂層也越來(lái)越多。由于砂層埋深、厚度大，在自重及上覆地層的壓力下，砂層密實(shí)度常常表現(xiàn)為中密～密實(shí)[11]。

為了發(fā)揮旋噴樁機(jī)在止水帷幕施工中的作用，選擇何種類型的旋噴樁機(jī)？確保在中密～密實(shí)、富水性、連通性及透水性良好的超深巨厚砂層中施工能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的止水帷幕，是一個(gè)十分有意義的問(wèn)題。作者依托南方降雨頻繁地區(qū)某基坑支護(hù)工程，介紹了中密～密實(shí)、富水性、連通性及透水性良好的超深巨厚砂層中止水帷幕施工設(shè)備及施工工藝，供同行借鑒參考。

2 三重管旋噴樁施工工藝

2.1 單高壓三重管旋噴樁施工工藝

按噴管數(shù)目，旋噴樁機(jī)分為單重管、二重管和三重管旋噴樁機(jī)，單重管旋噴樁機(jī)向地層中噴水泥漿，二重管旋噴樁機(jī)向地層中噴水泥漿、空氣，三重管旋噴樁機(jī)向地層中噴水泥漿、空氣和水。很顯然，為了能充分切割粉碎中密～密實(shí)砂層，以便所形成的柱狀固結(jié)體旋噴樁直徑大，相鄰樁之間搭接充分，止水帷幕的止水效果好，噴管數(shù)目越多越好，壓力越大越好。所以，三重管旋噴樁機(jī)是在中密～密實(shí)砂層中施工止水帷幕的首選設(shè)備。

單高壓三重管旋噴樁施工工藝是指用傳統(tǒng)的三重管旋噴樁機(jī)在地層中施工止水帷幕，其特點(diǎn)是：有3根噴管，分別向地層中噴水泥漿（壓力≥0.8MPa）、空氣（壓力≥0.7MPa）和水（壓力≥30MPa），單高壓是指一根噴水管的水壓力≥30MPa。

單高壓三重管旋噴樁施工作業(yè)時(shí)，把噴嘴置于樁底，旋轉(zhuǎn)鉆桿，從鉆桿底部一個(gè)噴嘴中噴出的高壓水（壓力≥30MPa）橫向切割粉碎砂層。與此同時(shí)，另兩個(gè)噴嘴將低壓水泥漿（壓力≥0.8MPa）、低壓空氣（壓力≥0.7MPa）橫向噴射注入到被切割粉碎的砂層中，使水泥漿與砂混合達(dá)到止水的目的，并借助空氣的上升力把被切割破碎的土帶到地表排除。在施工過(guò)程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使水泥漿與砂層充分混合，在砂層中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體。

單高壓三重管旋噴樁施工工藝缺點(diǎn)是：①對(duì)中密～密實(shí)超深巨厚砂層來(lái)說(shuō)，靠一根高壓水管來(lái)切割粉碎砂層，會(huì)降低切割粉碎效果，影響水泥漿的噴射距離、噴入量，降低了止水的效果，給后續(xù)開(kāi)挖工作增加了風(fēng)險(xiǎn)或阻礙后續(xù)基坑開(kāi)挖工作的開(kāi)展；②在降雨頻繁地區(qū)，水系發(fā)達(dá)，砂層富水性、連通性及透水性良好，因?yàn)閲娝岣吡松皩拥母凰裕铀俚叵滤牧鲃?dòng)，水泥漿容易隨地下水流走，加上只有一根低壓力噴水泥漿管，噴出的水泥漿量少，使單高壓三重管旋噴樁止水效果差。

2.2 雙高壓三重管旋噴樁施工工藝

雙高壓三重管旋噴樁施工工藝是指棄用噴水管改作噴水泥漿管，改用一根噴空氣（壓力0.6～0.8MPa）、兩根噴水泥漿（壓力≥30MPa），雙高壓是指兩根噴水泥漿管的壓力≥30MPa。

雙高壓三重管旋噴樁施工工藝優(yōu)點(diǎn)是：①兩根噴水泥漿管，不僅更能橫向切割粉碎中密～密實(shí)砂層，使水泥漿噴射距離更遠(yuǎn)，旋噴樁的直徑得到了保證，確保相鄰樁之間的搭接量，保證了止水帷幕的止水效果；②兩根噴水泥漿管噴出的水泥漿量大，使留在砂層中的水泥漿量增加；③棄用噴水管，不增加砂層中的含水量，使砂層的富水性沒(méi)有提高。

3 應(yīng)用雙高壓三重管旋噴樁施工工藝實(shí)例

3.1 工程概況

南方某省會(huì)城市綜合商業(yè)廣場(chǎng)占地面積50068.87m2，場(chǎng)地北部位置為主樓，主樓由三座“品”字形塔樓組成，3座塔樓的層數(shù)分別為58F、60F、73F，采用框筒結(jié)構(gòu)，三座塔樓在地面150m高處有一連接體，層高10層；場(chǎng)地南部位置為裙房，裙房層數(shù)為8～9F，局部1F；場(chǎng)地下部設(shè)有4層、局部5層地下室，地下室平均開(kāi)挖深度23.50m，三幢塔樓下均設(shè)有坑中坑。項(xiàng)目建成后，是集辦公、酒店及商業(yè)為一體的綜合商業(yè)廣場(chǎng)。

坑中坑頂標(biāo)高-25.35～-26.95m、底標(biāo)高-30.10～-33.70m，坑中坑最大開(kāi)挖深度8.35m。坑中坑支護(hù)結(jié)構(gòu)樣式為放坡+支護(hù)樁+一道支撐+三重管旋噴樁止水帷幕。從標(biāo)高-6.95m計(jì)起，三重管旋噴樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)33.15m，其中虛樁部分長(zhǎng)18.40m，實(shí)樁部分長(zhǎng)14.75m，見(jiàn)圖1，樁直徑1000mm，相鄰樁之間搭接寬度300mm。

3.2 工程地質(zhì)條件

因?yàn)樵撌?huì)城市位于祖國(guó)長(zhǎng)江以南地區(qū)，降雨頻繁，水系發(fā)達(dá)。場(chǎng)地位于長(zhǎng)江河漫灘之上，瀕臨長(zhǎng)江，地下水十分豐富，砂層富水性、連通性及透水性良好，見(jiàn)表1。

表1 場(chǎng)地砂層滲透系數(shù)

根據(jù)坑中坑三重管旋噴樁止水帷幕設(shè)計(jì)要求，結(jié)合場(chǎng)地地層分布情況，三重管旋噴樁鉆遇②3粉砂：灰色，中密，局部為細(xì)砂，含少量云母碎片，局部夾薄層粉土、粉質(zhì)粘土，具水平層理，層頂埋深6.0～17.2m，層厚0.9～13.8m；②4粉細(xì)砂：灰色，中密，含少量云母碎片，局部夾薄層粉質(zhì)粘土，層頂埋深 13.0～24.2m，層厚 7.5～17.5m；②5粉細(xì)砂：灰色，密實(shí)，底部夾少量中砂，局部夾薄層粉質(zhì)粘土，含少量云母碎片，層頂埋深29.0～33.8m，層厚24.0～31.2m。即砂層中密～密實(shí)、砂層底埋深＞33.15m、砂層厚度14.75m。

3.3 工程實(shí)例

先用單高壓三重管旋噴樁施工工藝進(jìn)行試樁，28d齡期后通過(guò)鉆孔取芯判定施工效果，通過(guò)對(duì)芯樣的目測(cè)顯示，標(biāo)高-25.80~-36.00m未見(jiàn)完整水泥土芯樣。從試樁芯樣看，傳統(tǒng)三重管旋噴樁機(jī)在中密～密實(shí)、富水性、連通性及透水性良好的砂層進(jìn)行止水帷幕施工，止水效果較難保證。

然后用雙高壓三重管旋噴樁施工工藝進(jìn)行試樁，抽芯檢測(cè)雙高壓三重管旋噴樁，目測(cè)顯示只在虛樁上部6m位置處芯樣不連續(xù)，連續(xù)芯樣經(jīng)試驗(yàn)室檢測(cè)顯示滲透系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。據(jù)此，用雙高壓三重管旋噴樁施工工藝進(jìn)行止水帷幕的施工，從而為坑中坑的開(kāi)挖提供了保障，后期在坑中坑開(kāi)挖過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生地下水滲漏事故。作業(yè)時(shí)，雙高壓三重管旋噴樁施工中主要參數(shù)：水灰比1，噴嘴直徑2.2mm，水泥漿壓力30MPa，噴漿量100L/min-150L/min，氣壓0.7MPa，氣量8m3/min。

4 結(jié)論

（1）在中密～密實(shí)、富水性、連通性及透水性良好的砂層中止水帷幕時(shí)，為了確保止水帷幕的止水效果，要對(duì)傳統(tǒng)的單高壓三重管旋噴樁機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，由單高壓三重管旋噴樁機(jī)改進(jìn)為雙高壓三重管旋噴樁機(jī)，并提出了相應(yīng)的雙高壓三重管旋噴樁施工工藝。

（2）雙高壓三重管旋噴樁施工工藝是指棄用噴水管改作噴水泥漿管，不增加砂層中的含水量，用一根噴空氣（壓力0.6～0.8MPa）、兩根噴水泥漿（壓力≥30MPa）。

（3）兩根噴水泥漿管，更能橫向切割粉碎中密～密實(shí)砂層，而且噴出的水泥漿量大，使留在砂層中的水泥漿量增加，從而提高了止水帷幕的止水效果。