魯鴻福，王麗梅

(1．甘肅工程地質(zhì)研究院，甘肅 蘭州730000;2．甘肅地質(zhì)工程有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730000)

深基坑施工中止水和降水技術(shù)既是在地下空間開發(fā)中的關(guān)鍵問題，又是巖土學(xué)中比較復(fù)雜和困難的問題。由于影響深基坑降水及止水施工的因素多，隨機性強，使得基坑止水和降水施工難以達(dá)到設(shè)計止水效果，從而導(dǎo)致重大經(jīng)濟損失，并延誤建設(shè)工期［1－2］，甚至造成人員傷亡。

西寧市地處湟水河谷地帶，其地質(zhì)條件復(fù)雜，卵漂石層較厚，地下水豐富。2008年某單位曾在緊鄰“青海省微電機廠棚戶區(qū)改造項目”的東北位置深基坑止水施工中，采用了7排單重管高壓旋噴樁止水帷幕方案，止水帷幕完成后，開挖基坑時地下水滲漏嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅到后續(xù)施工安全，經(jīng)青海省深基坑專家委員會建議，改為素混凝土咬合樁止水方案，造成工程成本升高、工期延長。因此如何科學(xué)、合理、安全、經(jīng)濟地解決卵漂石地層深基坑施工中遇到的地下水問題，已成為城市建設(shè)工程中迫切需要解決的主要問題［3］。

1 工程概況

青海省微電機廠棚戶改造項目位于西寧市五一路東側(cè)、濱河路南側(cè)的原青海省微電機廠家屬院內(nèi)，由6棟30～32層高層住宅樓及配套用房組成?；映书L條形，東西長約280 m，南北最寬處79．6 m，最窄處44．7 m，周長670 m，開挖深度11．50 m。

1．1 工程地質(zhì)條件

場地地處湟水河南岸河漫灘上，地面標(biāo)高為2217．60 ～2219．10 m，相對高差 1．50 m，地形較平坦。場地地層除雜填土外為第四系晚更新統(tǒng)沖洪積物及第三系泥巖組成。地層揭露自上而下為:

①雜填土Q44ml，灰褐、雜色，以粉土為主，含有圓礫、磚塊、混凝土塊等建筑及生活垃圾，松散，潮濕—飽和，層厚 2．5 ～3．7 m;

②卵石Q43al，雜色，骨架顆粒主要由石英巖、花崗巖等硬質(zhì)巖石組成，粒徑20～60 mm，約占總質(zhì)量的65%，約含5%的漂石，直徑最大達(dá)86 cm(見圖1)，表面微風(fēng)化，多呈亞圓狀，充填物為圓礫、中粗砂及細(xì)砂，稍密，飽和，層厚3．8 ～4．7 m;

③1第三系全風(fēng)化泥巖，棕紅色，局部青灰、灰綠色，成粘土狀，泥巖結(jié)構(gòu)已破壞，可塑、硬塑，遇水軟化，層厚1．9 ～2．8 m。

1．2 水文地質(zhì)條件

圖1 基坑開挖出的漂石

場地地處西寧市湟水河南岸，距河約100 m。地下水以潛水為主，局部略具承壓性，埋深一般1．0～3．0 m，穩(wěn)定水位為1．2～3．0 m 間。含水層為卵石層，地下水自南向北流動，主要為大氣降水、高階地地下水補給，以地下潛流的形式向區(qū)外排泄?？辈炱陂g為平水期，豐水季節(jié)可上升約0．5 m，隔水層為新近系泥巖。據(jù)本場地3號樓ZK－26孔的簡易抽水實驗資料(見表1)，滲透系數(shù)K=63．8 m/d。

表1 ZK－26孔簡易抽水試驗表

1．3 周邊環(huán)境情況

根據(jù)業(yè)主提供的相關(guān)資料及現(xiàn)場踏勘，基坑周邊環(huán)境復(fù)雜:東側(cè)距五一路19．5 m，地下市政管網(wǎng)密布;北側(cè)距離分別為3．4、5．1 m處有2棟7層磚混結(jié)構(gòu)舊樓，基礎(chǔ)不詳;南側(cè)緊靠上濱河路(見圖2)。

圖2 基坑止水帷幕平面布置圖

2 止水方案設(shè)計

西寧地區(qū)深基坑地下水的常見處理方式為降水或是素混凝土咬合樁止水帷幕，降水方式在老城區(qū)因經(jīng)常造成道路或建筑不均勻沉降被嚴(yán)禁使用，素混凝土咬合樁止水帷幕存在造價高、施工期長、廢渣排放量大等缺點。

高壓旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)與素混凝土咬合樁相比，具有造價低、工期短、施工中無棄渣外運等優(yōu)點。綜合各種因素，擬采用高壓旋噴樁止水帷幕進(jìn)行本項目地下水處理。

根據(jù)我院(公司)在上海、武漢等地的深基坑止水帷幕的施工經(jīng)驗，設(shè)計的止水帷幕由2排單重管高壓旋噴樁組成，樁徑600 mm，樁心距500 mm，排心距300 mm，樁底進(jìn)入強風(fēng)化泥巖不小于1．5 m，樁頂高于地下水位不小于1．0 m(見圖3、4)。

圖3 基坑止水帷幕大樣圖

圖4 基坑止水帷幕剖面圖

3 高壓旋噴樁止水帷幕機理

高壓旋噴樁是利用鉆機把注漿管放至土層或砂礫層的預(yù)定位置，通過鉆桿下端的噴射裝置，將水泥漿液向四周以高速水平噴入土體或砂礫層，借助流體的沖擊力切削土層或砂礫層，使土體或砂礫與水泥漿液充分?jǐn)嚢杌旌?，膠結(jié)硬化后在地層中形成一定直徑、有一定強度的柱體。再通過高壓旋噴樁柱體之間的相互咬合形成一定厚度的連續(xù)密封墻體，隔斷地下水之間的聯(lián)系的止水帷幕。主要適用于土層、砂礫層等地層［4－6］。在砂卵石、塊石等地層采用高壓旋噴樁止水帷幕已有成功案例［7－8］，但卵漂石層的成功案例尚未見報道。

4 技術(shù)難點及解決措施

4．1 技術(shù)難點

卵漂石層高壓旋噴樁止水帷幕在青海省內(nèi)尚未有成功案例，加之本項目中采用的方案受前期某單位失敗影響，青海省深基坑審查專家委員會對此設(shè)計方案持疑慮態(tài)度。通過與專家的交流溝通，認(rèn)為在卵漂石地層實施雙排單重管高壓旋噴樁止水帷幕，技術(shù)上存在以下難點。

4．1．1 鉆孔垂直度保證

本場地雜填土以粉土為主，含有圓礫、磚塊、混凝土塊等建筑及生活垃圾;卵漂石顆粒主要由石英巖、花崗巖等硬質(zhì)巖石組成，這種地層鉆孔時極易造成鉆孔傾斜，無法保證旋噴樁的有效咬合。

4．1．2 旋噴樁有效樁徑

本場地卵漂石主要由石英巖、花崗巖等硬質(zhì)巖石組成，水泥漿液向四周以高速水平噴入時，流體的沖擊力不能有效切削卵漂層，使卵漂石與水泥漿液不能充分?jǐn)嚢杌旌希z結(jié)硬化后在地層中無法形成一定直徑、有一定強度的柱體，達(dá)不到設(shè)計樁徑，使得高壓旋噴樁之間不能有效咬合成止水帷幕止水。

4．1．3 地下水稀釋漿液

卵漂石層地下水豐富、透水性強且具有承壓性，從而造成漿液旋噴時遇水嚴(yán)重稀釋，部分漿液隨水流流失，使得高壓旋噴成樁困難，無法旋噴成樁形成有效的止水帷幕，且造成水泥漿液的浪費。

4．2 解決措施

4．2．1 卵漂石破碎成小顆粒狀

經(jīng)過仔細(xì)分析研究相鄰深基坑止水帷幕的案例，發(fā)現(xiàn)其失敗的主要原因是采用的90 mm小口徑鉆孔，從大直徑的卵漂石中間穿過時，不能將其全面破碎，造成旋噴樁有效樁徑偏小，無法咬合成閉合帷幕(見圖5、圖6)。

圖5 90 mm孔成樁剖面示意圖

圖6 90 mm引孔成樁平面示意圖

根據(jù)我單位空氣潛孔錘鉆孔卵漂石地層施工經(jīng)驗，結(jié)合設(shè)計的樁心距、排心距參數(shù)，采用150 mm空氣潛孔錘鉆進(jìn)引孔，成孔直徑達(dá)170～200 mm，可將大粒徑卵漂石破碎成小顆粒狀，有效保證了旋噴樁的咬合程度(見圖7、圖8)。試驗證明，150 mm口徑是比較合適的，可利用現(xiàn)有的錨桿(索)跟管鉆進(jìn)機械設(shè)備，工藝成熟。當(dāng)然為了將大的卵漂石徹底破碎，口徑理論上愈大愈好，但相應(yīng)的機械設(shè)備也要調(diào)整，從經(jīng)濟方面來看不合理。

圖7 150 mm孔成樁剖面示意圖

圖8 150 mm引孔成樁平面示意圖

4．2．2 保證鉆孔垂直度措施

由于設(shè)計的是雙排單重管高壓旋噴樁，引孔質(zhì)量也是決定高壓旋噴樁體能否較好咬合的因素之一，本項目施工組織設(shè)計提出了鉆孔垂直度控制在0．5%以內(nèi)的要求。在軟硬不均的易造斜地層，保證鉆孔的垂直度是較難的，通過以下3個方面進(jìn)行了解決。

(1)對施工場區(qū)用C15混凝土進(jìn)行硬化，鉆孔機械設(shè)備安裝嚴(yán)格執(zhí)行公司的鉆探技術(shù)規(guī)程。

(2)開孔時控制鉆進(jìn)速度，鉆速控制在10 cm/min以內(nèi)。由于空氣潛孔錘鉆井效率較高，作業(yè)人員思想上盲目追求進(jìn)尺，容易造成打出廢孔。

(3)鉆進(jìn)過程中注意監(jiān)測鉆機的垂直度，一旦發(fā)現(xiàn)鉆機傾斜，立即停鉆檢查鉆孔垂直度，對垂直度超出設(shè)計要求時，用M20快干水泥砂漿回填，8 h后再重新鉆孔。

4．2．3 縮短漿液凝結(jié)時間

本項目高壓旋噴樁的主要目的是形成止水帷幕，不希望漿液過度擴散，同時盡可能降低被地下水稀釋，所以縮短漿液凝結(jié)時間至關(guān)重要。通過摻加一定量的速凝劑可即達(dá)到縮短漿液凝結(jié)時間，又可減少水泥用量的目的。

速凝劑的摻入量通過正交試驗法得出(水泥質(zhì)量百分比):白天5%，夜間7%。其凝結(jié)時間為180～200 s。

5 施工工藝

鑒于單重管法具有工藝簡單、施工設(shè)備少的優(yōu)點，本次施工采用單重管高壓旋噴工藝(見圖9)。其技術(shù)參數(shù)的選取為:水灰比1，轉(zhuǎn)速19 r/min，提升速度10～15 cm/min，高壓泵壓力控制在20～25 MPa。

圖9 高壓旋噴樁止水帷幕工藝流程

5．1 測量定位

為保證放點準(zhǔn)確性及鉆孔垂直度，對止水帷幕區(qū)域內(nèi)的場地進(jìn)行平整，清除樁位處地上、地下的一切障礙物，場地低洼處用粘性土料回填夯實后用C15混凝土硬化。

5．2 引孔放點

用全站儀標(biāo)定止水帷幕橫向軸線，再用鋼卷尺標(biāo)定旋噴樁處的引孔位置，用混凝土電鉆鉆眼后砸入長20 cm的16 mm鋼筋，外露5 cm，并用紅油漆涂紅做好標(biāo)記。

5．3 鉆機就位

鉆機就位后，用水平尺和定位測錘校準(zhǔn)鉆機，使鉆機水平，導(dǎo)向架和鉆桿應(yīng)與地面垂直，傾斜度＜0.5%，對中誤差≯1 cm。

5．4 鉆進(jìn)

鉆孔采用跳鉆法，10 m劃分成一個段進(jìn)行標(biāo)號施工，先施工內(nèi)側(cè)鉆孔，內(nèi)側(cè)施工完成后，再進(jìn)行外側(cè)鉆孔施工。

圖10 跟管鉆進(jìn)引孔

引孔鉆進(jìn)結(jié)束后，對引孔質(zhì)量進(jìn)行檢查，主要內(nèi)容有:孔徑、孔深、垂直度，要求其數(shù)據(jù)不得超出施工方案確定的指標(biāo)?？讖?、孔深通過測量套管外徑、鉆桿長度確定。垂直度通過套管內(nèi)下110 mm鋼管是否順暢來確定。不合格的鉆孔用M20快干水泥砂漿回填灌漿后重新鉆孔。

5．5 插管

5．6 制漿

根據(jù)試驗確定的最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行制漿，攪拌灰漿采用雙筒高速攪拌機。首先將水加入上層筒罐中，再將水泥倒入，漿液攪拌時間控制在10～15 min，攪拌好后打開閥門，漿液流入下層筒罐中，旋噴鉆機就位后，在下層筒罐中按比例加入速凝劑，再開泵噴漿。漿液在拌和中不得中斷攪拌，直到噴射結(jié)束。

5．7 噴漿

噴漿管下沉到達(dá)引孔孔底后，開始噴射，在孔底噴漿5 s后，邊噴漿，邊旋轉(zhuǎn)，勻速旋轉(zhuǎn)提升注漿管，直至距樁頂1 m時，放慢提升速度。

5．8 注意事項

(1)施工前要求檢查高壓旋噴管密封圈是否封閉，合格后方可噴射漿液。

(2)制作漿液時，水灰比要按設(shè)計嚴(yán)格控制，不得隨意改變。在旋噴過程中，應(yīng)防止泥漿沉淀，濃度降低。不得使用受潮或過期的水泥。漿液攪拌完畢后送至吸漿桶時，應(yīng)有篩網(wǎng)進(jìn)行過濾，過濾篩孔要小于噴嘴直徑1/2為宜。

(3)噴射時，先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿量后再逐漸提升注漿管。中間發(fā)生故障時，應(yīng)停止提升和旋噴，以防樁體中斷，同時立即進(jìn)行檢查排除故障;如因機械出現(xiàn)故障中斷旋噴，應(yīng)重新鉆至樁底設(shè)計標(biāo)高后，重新旋噴。

(4)旋噴過程中，冒漿量小于注漿量的20%為正?，F(xiàn)象，若超過20%或完全不冒漿時，應(yīng)查明原因。

(5)鉆桿旋轉(zhuǎn)和提升必須連續(xù)不中斷，拆卸接長鉆桿或繼續(xù)旋噴時要保持鉆桿有10～20 cm的搭接長度，避免出現(xiàn)斷樁。

(6)相鄰兩樁施工時間間隔≮48 h。高壓噴射注漿完畢后，應(yīng)迅速拔出噴射管。

6 止水帷幕檢驗

本項目試驗段完成14天后，進(jìn)行了開挖驗證，坑內(nèi)積水抽干后，四周側(cè)壁未發(fā)現(xiàn)地下水的滲漏，證明該止水方案是成功的，經(jīng)青海省深基坑審查專家實地查看后同意按原設(shè)計方案實施?；佑?013年9月初開挖，2014年6月基坑回填完畢，止水帷幕經(jīng)歷了冬春季的凍融考驗。

深基坑止水帷幕防滲效果的檢驗分4個階段:

第一階段:止水帷幕試驗段，根據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行現(xiàn)場試驗驗證，通過試驗坑檢查止水效果，確定設(shè)計參數(shù)是否合理。

第二階段:止水帷幕施工完成后，進(jìn)行下部土石方開挖、支護(hù)施工，當(dāng)開挖至地下水位以下時，可直觀的觀察出止水帷幕的防滲效果，若基坑側(cè)壁無地下水滲出，可繼續(xù)開挖和支護(hù)作業(yè);若地下水滲漏嚴(yán)重，則必須進(jìn)行封堵處理，以免影響下步施工。

第三階段:開挖到設(shè)計坑底后開始地下結(jié)構(gòu)層的施工，此時基坑內(nèi)各種建筑材料密布，作業(yè)人員眾多，基坑處于最危險時期，一旦因地下水滲漏引起施工，后果不堪設(shè)想。應(yīng)派專人加強巡邏觀測基坑側(cè)壁，發(fā)現(xiàn)有地下水滲漏苗頭，立即撤出作業(yè)人員，對滲漏進(jìn)行加固封堵，待安全后再繼續(xù)作業(yè)。

第四階段為因季節(jié)性停工的冬凍春融后，復(fù)工前加強基坑壁面的檢查，確保下步施工安全。

7 結(jié)語

雙排單重管高壓旋噴樁作為止水帷幕在卵漂石地層深基坑止水的成功案例在青海省尚屬首次，對青海省城市地下空間的開發(fā)帶來良好社會效益和經(jīng)濟效益，同時對西北地區(qū)類似工程條件深基坑止水也有借鑒意義。

(1)高壓旋噴樁止水帷幕是一種主動的地下截堵水形式，在卵漂石地層深基坑雙排單重管高壓旋噴樁注漿封堵地下水是可行的，正式施工前必須先做試驗，驗證有關(guān)設(shè)計參數(shù)。

(3)引孔垂直度將直接影響到旋噴樁咬合的效果，在軟硬不均的易造斜地層，通過各種技術(shù)措施將鉆孔垂直度控制在0．5%以內(nèi)可達(dá)到有效咬合。

(4)高壓旋噴樁的主要目的是形成止水帷幕，不需漿液過度擴散，同時盡可能降低被地下水稀釋，所以縮短漿液凝結(jié)時間至關(guān)重要。通過摻加一定量的速凝劑可即達(dá)到縮短漿液凝結(jié)時間，又可減少水泥用量的目的。

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