梁成華,王之軍,呂海濱

(1.北京建材地質(zhì)工程公司,北京 100102;2.山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司,山東濟南 250014）

樁間特定深度帷幕止水在深大基坑工程中的應(yīng)用

梁成華1,王之軍1,呂海濱2

(1.北京建材地質(zhì)工程公司,北京 100102;2.山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司,山東濟南 250014）

主要介紹了在某深基坑開挖工程中,針對特定的地下水賦存情況,有針對性地采取了樁間特定深度帷幕止水措施及施工工藝,達到止水目的,節(jié)約工期和工程造價。

基坑支護;樁間特定深度帷幕止水;設(shè)計與施工

為保護地下水資源和環(huán)境安全,減少水資源浪費,實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展,北京市建委及北京市水務(wù)局聯(lián)合下發(fā)的關(guān)于印發(fā)《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法》(京建科教〔2007〕1158號）:自2008年3月1日起,本市所有新開工的工程限制進行施工降水。建設(shè)單位或者施工單位應(yīng)當采用連續(xù)墻、護坡樁+樁間旋噴樁、水泥土樁+型鋼等帷幕隔水方法,隔斷地下水進入施工區(qū)域。根據(jù)此項管理辦法,在北京某工程施工中,針對基坑開挖深度范圍內(nèi)的地下水,創(chuàng)造性地采取局部深度區(qū)域樁間止水帷幕施工工藝,在節(jié)約工期和造價上取得明顯效果,并達到基坑開挖深度范圍內(nèi)的止水目的。

1 工程概況

1.1 工程概況

擬建工程位于北京市朝陽區(qū),擬建建筑物為酒店和商業(yè)辦公樓,地下4層,基礎(chǔ)埋深約20 m,基坑長235 m,寬105 m,屬深大基坑,本工程基坑周邊環(huán)境條件復(fù)雜,對地下水變化引起的沉降較敏感。

1.2 工程地質(zhì)條件

場區(qū)地層特點自上而下依次為:①層雜填土,底標高351.54～39167 m;②層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土,底標高31157～35154 m;③層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土,底標高29106～32169 m;④層中粗砂,底標高22186～27186 m;⑤層中圓礫,底標高18137～23173 m;⑥層粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土,底標高15181～22168 m;⑦層中粗砂,⑦1層粉細砂,底標高12167～15152 m;⑧層卵石、圓礫,底標高8135～10167 m;⑨層粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土,底標高1156～3156 m。

1.3 水文地質(zhì)條件

(1）上層滯水:水位埋深為2130～8110 m,含水層為①層雜填土,②層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土及③層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土。

(2）潛水:水位埋深為15120～17150 m,含水層為④層中粗砂及⑤層中圓礫。

(3）層間水;水位埋深為23140～25140 m,含水層為⑦層中粗砂,⑦1層粉細砂及⑧層卵石、圓礫。

2 地下水處理設(shè)計與施工

2.1 地下水處理方案確定

第一層上層滯水,水位埋深為2130～8110 m,主要賦存于基坑西側(cè),為舊管道及生活用水下滲形成,對該層地下水采用明排的方法導(dǎo)流排走。

第三層地下水為層間潛水,位于基底以下,不做處理。

第二層地下水為潛水,水位埋深為15.20～17150 m,本層地下水含水量大,場區(qū)平均分布,厚度015～3 m,含水層為④層中粗砂及⑤層中圓礫,滲透系數(shù)大(達到50～518 m/d）,補給迅速。主要接受大氣降水及側(cè)向徑流補給,以側(cè)向徑流和越流補給下一層地下水的方式排泄,而且側(cè)向水壓較大,受基坑外側(cè)的潛水補給影響嚴重。潛水層的下部為連續(xù)完整的隔水⑥層粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土,低壓縮性,隔水能力強。

本工程基坑支護上部1110 m采用1∶0.2坡度的預(yù)應(yīng)力復(fù)合土釘墻,1110 m以下采用樁錨支護,護坡樁直徑018 m,樁間距115 m。第二層層間潛水位于樁頂以下5～7 m左右(即樁錨支護的第2排錨桿標高附近）,位于基底以上,且在基底以上存在明顯隔水層,根據(jù)《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法》規(guī)定,本工程應(yīng)采用帷幕止水方案。

該層水為非承壓水,對該層水,實施帷幕止水可采用墻后帷幕、樁間帷幕2種方式,通常對樁錨支護的基坑止水,可以利用護坡樁的止水性,既達到止水效果,又節(jié)約帷幕造價,因此多采用樁間帷幕止水。

從施工工藝分析,樁間帷幕可采用攪拌樁、長螺旋攪噴樁、高壓噴射法等。因本工程含水層為砂卵石地層,因此攪拌樁工藝不適合該地層;長螺旋攪噴樁,工藝上可行,但施工在護坡樁施工完后,必須在樁頂部位施工,需要先引孔,后攪噴,該工藝需額外增加較長工期,且攪噴法樁長較長,成本較高,采用大型設(shè)備安全風(fēng)險也較大。高壓噴射注漿法適合本工程的施工,但若采用常規(guī)施工工藝,需要在樁頂部位施工,同樣存在造價偏高和耽誤工期問題。

本工程擬采用特定深度范圍內(nèi)樁間高壓旋噴注漿止水帷幕施工工藝,在施工安全、工期、經(jīng)濟性、止水工藝的可實施性等方面具有較大的優(yōu)越性。該工藝采用跟管鉆機施工(具有機械設(shè)備小、安全風(fēng)險低的優(yōu)點）;施工作業(yè)面正好位于樁支護的第二排錨桿的作業(yè)面附近,在施工完錨桿后養(yǎng)護期間,采用錨桿施工用跟管鉆機施工帷幕樁,可節(jié)約工期;可以對帷幕樁成孔角度任意調(diào)整(0～360°）,可實施性強;在地下水位附近施工帷幕,在滿足止水需要的條件下,可有效減小樁長,節(jié)約大量造價。

2.2 區(qū)間止水帷幕參數(shù)設(shè)計

2.2.1 帷幕注漿量設(shè)計

(1）本工程注漿目的是為了樁間隔水,因此施工控制標準為保證高壓旋噴注漿能在樁間形成一道隔水墻。阻止坡后地下水滲入基坑。

(2）施工控制標準。注漿后的質(zhì)量指標只能在施工結(jié)束后通過現(xiàn)場檢測來確定。本工程的施工質(zhì)量可以通過先期試鉆并現(xiàn)場開挖檢驗,達到止水效果則施工質(zhì)量指標達到設(shè)計要求。初步設(shè)計必須制定一個能保證獲得最佳注漿效果的施工控制標準。

在正常情況下注入理論耗量Q為:

式中:Q——漿液總用量,m3;D——旋噴樁直徑,取018 m;d0——注漿管直徑,01108 m;k1——填充率,一般取0175～019;h1——旋噴長度,415 m;k2——未旋噴范圍土的填充率,一般取015～0175;h2——未旋噴長度,015 m;β——未損失系數(shù),一般取011～012。

經(jīng)計算,Q=1187 m3。實際施工按此耗量進行控制,要求實際注入量大體與此值相符,若出現(xiàn)較大出入,應(yīng)分析原因,并及時調(diào)整注漿參數(shù)(壓力、提升速度等）。

2.2.2 確定擴散半徑

漿液擴散半徑R是一個重要參數(shù),它對灌漿工程量及造價具有重要的影響。R值可按下面理論公式(maag公式）進行估算,本工程通過現(xiàn)場注漿試驗最終確定施工參數(shù)。

式中:R——擴散半徑;k——土的滲穩(wěn)定系數(shù);p——注漿壓力;r0——注漿半徑;t——注漿時間;n——土的孔隙率;β——損失系數(shù),一般取011～013。

經(jīng)過初步推算,結(jié)合現(xiàn)場試驗,確定R=016 m,取有效影響半徑為014 m。

在進入槽底粘土層因滲透性較小而不能達到R值時,可提高注漿壓力或漿液的流動性,必要時還可在局部地區(qū)增加鉆孔以縮小孔距。

2.2.3 孔位布置

止水帷幕設(shè)置于護坡樁之間,護坡樁直徑800 mm,樁間距115 m。

注漿孔在樁間布置,根據(jù)漿液有效范圍應(yīng)相互重疊,使被加固土體在平面和深度范圍內(nèi)連成一個整體的原則決定的。根據(jù)漿液的有效影響半徑014 m,設(shè)計注漿孔間距為015 m,每個樁間布孔2個,樁間凈距為017 m,咬合約013 m,注漿長度510 m(進入隔水層⑥層不少于115 m）,采用跟管鉆機施工,鉆孔傾角約80°。

2.2.4 注漿壓力

注漿壓力是指不會使注漿孔口產(chǎn)生變化的前提下可能采用的最大壓力,其與被加固土體的上覆土層的壓力、泥漿粘度、漿液流量等因素有關(guān),在注漿過程中,注漿壓力標準不是一成不變的,根據(jù)施工經(jīng)驗,注漿壓力為20 MPa,單孔持續(xù)時間為10～15min,轉(zhuǎn)速20 r/min。實際注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗最終確定。

2.2.5 注漿順序

注漿順序必須采用適合于地基條件、現(xiàn)場環(huán)境及注漿目的的方式進行,不宜采用自注漿地帶某一端單向推進壓注方式,應(yīng)按跳孔間隔注漿方式進行,以防止串漿,提高注漿孔內(nèi)漿液的強度與約束性。本方案注漿方式采用跳孔間隔注漿方式進行施工(即同一樁間兩點分兩次注漿）,以保證施工質(zhì)量。

本工程上部為砂層,往下為卵礫石層,土層的滲透系數(shù)隨深度而增大,因此采取自下而上順序進行高壓旋噴注漿。

2.2.6 止水帷幕的設(shè)計參數(shù)

止水帷幕的設(shè)計參數(shù)為:鉆孔深度5 m、鉆孔直徑108 mm、鉆孔傾角80°、鉆孔間距015 m;帷幕有效影響半徑014～015 m;注漿方法為高壓旋噴;注漿材料為P.S.A32.5、水灰比015;注漿壓力20 MPa。樁間止水帷幕設(shè)計見圖1。

圖1 樁間止水帷幕設(shè)計布置圖

2.3 施工過程簡介

本工程施工在位于地下水位以上115 m左右進行,注漿長度5 m,采用意大利產(chǎn)C6型跟管鉆機進行施工,鉆頭為帶有高壓噴射孔的硬質(zhì)合金鉆頭。注漿泵為2TGZ-I型高壓注漿泵,最大注漿壓力25 MPa,最大流量73 L/min,注漿管采用高壓注漿管。

注漿施工采用跳打的方式進行,成孔至設(shè)計深度后邊提鉆邊實施高壓旋噴注漿至孔口。本工程施工注漿點858點,累計完成進尺4290 m。

2.4 施工效果檢驗

通過實施樁間止水帷幕,有效的隔斷了第二層層間潛水對基坑邊坡及基槽的影響,在砂、卵石層中使用帷幕樁止水,輔助明溝排水的條件下,保證了基坑的正常開挖。

2.5 該工藝的先進性與優(yōu)越性

目前在北京地區(qū)常用的止水帷幕施工工藝主要有:單、二、三管高壓旋噴樁施工工藝,長螺旋攪噴樁施工工藝,深層攪拌樁施工工藝等。相對于以上幾種工藝,跟管鉆進施工工藝具有較大優(yōu)點:

(1）設(shè)備體積小,采用步履式跟管鉆機,移動方便;

(2）成孔角度自由,可360°自由控制(該特點是采用此新型工藝的最重要的前提條件）;

(3）施工速度快,跟管鉆機主要用于砂卵石及巖石地層錨桿的施工,具有較高的施工進尺速度和鉆進能力,能有效的提升施工速度,注漿速度根據(jù)地層條件可無級調(diào)整;

(4）可適用較大的注漿壓力,能很好的保證注漿質(zhì)量;

(5）鉆機采用全液壓控制,輔助工作少,能有效的節(jié)約勞動力,提高施工經(jīng)濟效益;

(6）帷幕樁施工長度和角度可任意控制,比如本工程控制角度為80°左右,施工長度5 m,相對與其他施工工藝,能有效的節(jié)約投資,本工程若采用攪噴樁的施工工藝,則施工成本將增加至少1/3。

基于以上特點和優(yōu)點,本工程利用跟管鉆機在護坡樁錨桿施工完畢后就地施工帷幕樁,節(jié)約了大量的人力、物力,同時也節(jié)約了工期,取得了較好的經(jīng)濟效益。

3 結(jié)語

(1）針對本工程影響基坑開挖的地下水的賦存情況,采取了樁間局部深度范圍帷幕止水的處理方式,取得了較好的止水效果,滿足了施工要求,并縮短了工期,降低了造價。

(2）在本工程中對樁間特定深度帷幕止水的設(shè)計及相應(yīng)的施工工藝實踐達到了預(yù)期的目的,對北京地區(qū)在砂、卵石含水層中局部進行帷幕止水具有指導(dǎo)意義。

[1] JGJ/T111-98,建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 京建科教〔2007〕1158號,北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法[S].

Application ofWater-stop Curta in at SpecificDepth between Piles in Large andDeep Foundation Pit Engineering

LIANG Cheng-hua,WANG Zhi-jun,LBHai-bin(1.Beijing Building Material Geotechnical Engineering Corporation,Bei-jing 100102,China;2.Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.,Ltd.,Jinan Shandong 250014,China）

The paper introduced a deep excavation engineering.According to the specific groundwater storage,water2stop curtain at specific depth between pileswas applied to shorten construction period and reduce the engineering cost.

foundation pit support;water2stop curtain at specific depth between piles;design and construction

TU473

:A

:1672-7428(2010）05-0064-03

2010-04-14

梁成華(1976-）,男(漢族）,四川眉山人,北京建材地質(zhì)工程公司技術(shù)負責(zé),地質(zhì)工程專業(yè),碩士,從事巖土工程設(shè)計與施工管理工作,北京市望京西路甲50-1號卷石天地大廈4層,fqylch@sina.com;王之軍(1968-）,男(漢族）,河北張家口人,北京建材地質(zhì)工程公司副總經(jīng)理,地質(zhì)工程專業(yè),博士,從事巖土工程設(shè)計與施工管理工作。