李宏安，李梁，梁俊峰

(1.北京市軌道交通建設管理有限公司，北京100037;2.中建交通建設集團有限公司，北京100161)

止水帷幕攪噴樁在地鐵車站施工中的應用研究

李宏安1，李梁2，梁俊峰2

(1.北京市軌道交通建設管理有限公司，北京100037;2.中建交通建設集團有限公司，北京100161)

結(jié)合北京地鐵14號線東湖渠站采用長螺旋改裝攪噴樁的工程實踐，通過對比分析攪噴樁與攪拌樁、旋噴樁的施工工藝參數(shù)、適用地層特征和設備組成，論證攪噴樁與鉆孔灌注樁組成聯(lián)合止水帷幕，相比攪拌樁與鉆孔灌注樁、旋噴樁與鉆孔灌注樁組成的聯(lián)合止水帷幕更具優(yōu)越性。對該成樁工藝的主要施工要點進行研究，以保證成樁質(zhì)量和止水效果。通過試樁和開挖后成樁效果檢查，發(fā)現(xiàn)該施工工藝具有止水效果良好、施工成本較低、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點。

長螺旋攪噴樁 攪拌樁 旋噴樁 止水帷幕

深基坑工程通常采用井點降水，一定程度上會造成水資源浪費。在此背景下，北京市建設委員會、北京市水務局聯(lián)合發(fā)布了《北京市建設工程施工降水管理辦法》，規(guī)定北京市自2008年3月1日起，行政區(qū)域內(nèi)所有新開工的各類工程都限制進行施工降水。因此，在深基坑工程施工中，如何采取更科學、經(jīng)濟、環(huán)保的地下水處理方法成了重要的研究課題。止水帷幕法具有經(jīng)濟、安全等優(yōu)勢，同時符合盡量不降水的環(huán)保理念，在各種基坑工程中應用越來越廣泛。

國內(nèi)常用于工程實踐的止水帷幕方法有攪拌樁［1］、旋噴樁［2-7］和長螺旋改裝攪噴樁［8-11］三種成樁工藝。其基本原理都是鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升使?jié){液與崩落下來的土充分攪拌，經(jīng)過一段時間的凝固后形成固結(jié)體，通過咬合在一起的連續(xù)樁體，形成一圈豎向止水帷幕。

1 長螺旋改裝攪噴樁特點

1.1攪噴樁止水原理

攪噴樁是利用鉆機把安裝在注漿管底部側(cè)面的特殊噴頭設置于樁底設計高程后，將預先配好的漿液用15～20 MPa的高壓噴出，形成能量高度集中的液流直接沖擊破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升使?jié){液與崩落下來的土充分攪拌，并經(jīng)過一定的時間凝固后，在土中形成一定形狀的固結(jié)體，從而使地基得到加固。再加上后續(xù)施工的主體結(jié)構(gòu)圍護樁在土中形成一個四周封閉的堵水結(jié)構(gòu)，從而在車站基坑開挖過程中形成起止水作用的帷幕。

1.2 改裝型長螺旋鉆機與普通長螺旋鉆機的區(qū)別

改裝型長螺旋鉆機與普通長螺旋鉆機的區(qū)別主要有兩點:

1)改裝型長螺旋鉆機其鉆桿中心有兩路高壓輸液管線，一路從鉆頭底部噴射，另一路從鉆頭側(cè)向噴射。鉆機在鉆桿提升的過程中沿兩路出漿口噴射出高壓水泥漿。鉆頭側(cè)向噴出的漿液切割鉆桿兩側(cè)土體，使樁周土體與水泥漿充分拌合，同時增大成樁直徑。鉆頭底部噴出的水泥漿主要與沿鉆桿掉落的少量土體充分拌合形成固結(jié)體。

2)改裝型長螺旋鉆機由于要在成孔的同時進行水泥漿液的噴射，所以它需具有更大的動力設備。表1對攪拌樁、旋噴樁和長螺旋改裝攪噴樁從成樁參數(shù)、地層特征、設備組成三方面進行了比較。

1.3 成樁工藝比較

通過多項指標的對比分析，發(fā)現(xiàn)長螺旋改裝攪噴樁作為止水帷幕更具優(yōu)勢，其作為車站止水帷幕結(jié)構(gòu)成樁效果更佳，止水效果更好。

其施工工藝主要優(yōu)點包括:

1)成孔直徑大，能保證射出的水泥漿液與土體充分拌合，成樁質(zhì)量好。

2)有效成樁深度能達到30 m，在深基坑止水帷幕工藝中的應用范圍更廣。

3)鉆桿直徑大，因此在成樁過程中鉆桿的撓度小，樁體垂直度控制難度較小，能控制在0.5%～1.5%。

4)鉆機能在粉土、黏性土、砂土、卵礫石、雜填土、強風化巖石中成樁，且成樁效果更好。

表1 北京地區(qū)三種常用止水帷幕工藝

2 工程實例

2.1 工程概況

北京地鐵14號線東湖渠站采用蓋挖逆作法施工，車站位于廣順北大街下，站位南邊是利澤西街和利澤中街，北邊是望京西路和望京北路，沿廣順北大街走向布置。車站標準段凈寬19.5 m，總凈長255.0 m，車站覆土約4.4 m，基坑深度約18.0 m。

2.2 止水帷幕施工工藝

基坑采用長螺旋改裝噴攪樁與結(jié)構(gòu)圍護樁搭接咬合組成聯(lián)合止水帷幕，既作為車站施工過程中的止水屏障，又作為該車站蓋挖逆作施工過程中的支撐體系。攪噴樁與結(jié)構(gòu)圍護樁搭接長度不小于250 mm，攪噴樁直徑不小于1 000 mm。即使兩種樁均有0.5%的垂直度偏差仍然能保證搭接質(zhì)量。攪噴樁沿基坑邊緣展開布置，它與車站結(jié)構(gòu)、圍護樁的相對位置關系如圖1所示。

圖1 攪噴樁與圍護樁的水平位置關系(單位:mm)

3 止水帷幕質(zhì)量控制要點

要保證攪噴樁與φ1 000圍護樁組成的聯(lián)合止水帷幕在車站負一層、負二層結(jié)構(gòu)施工中起到很好的止水作用，必須對攪噴樁施工過程中下列要素進行控制。

1)垂直度。嚴格控制鉆桿垂直度在0.5%以內(nèi)，保證攪噴樁和φ1 000圍護樁的充分咬合。主要控制措施是在鉆機成孔之前和成孔過程中用全站儀校核、監(jiān)控鉆桿垂直度。同時在鉆桿上焊接垂直度控制垂桿，桿長不小于1 m，桿下端焊接三角鐵，三角鐵的下尖端需與下面已經(jīng)焊接在鉆桿上的三角鐵的上尖端對中。

2)注漿壓力。注漿壓力控制在15～25 MPa，以保證利用φ800 mm鉆桿成孔。通過高壓出漿口噴射出的水泥漿切割周邊土體，達到最小成樁直徑1 000 mm以上。

3)提升速度、旋轉(zhuǎn)速度。提升速度控制在(25± 5)cm/min，旋轉(zhuǎn)速度控制在(10±5)r/min，以保證土和水泥漿液充分拌勻。同時，注漿壓力、提升速度共同控制攪噴樁中水泥漿液的摻入量，保證成樁質(zhì)量。實踐經(jīng)驗表明，水泥摻入量約為285 kg/m。

4)樁位偏差。樁位偏差控制在20 mm以內(nèi)。

5)φ1 000圍護樁成樁時間。在施工過程中應先施工攪噴樁，后施工圍護樁。且圍護樁施工時間應控制在攪噴樁施工完成后15 d以內(nèi)，否則攪噴樁形成的水泥土固結(jié)體達到一定強度后，圍護樁成樁垂直度要求難以保證，形成的聯(lián)合止水帷幕止水效果不佳。

6)漿液比重。漿液水灰比為1∶(0.75～0.95)，漿液比重不小于1.4 g/cm3。

7)水泥漿液中膨潤土摻入量。通過調(diào)整膨潤土摻入量可對成樁后樁體強度增長速度進行調(diào)節(jié)，摻入量越大，樁體強度增長越慢。

4 成樁效果

攪噴樁與圍護樁組成的聯(lián)合止水帷幕止水工藝在工程實踐中運用較少，僅在北京北苑地區(qū)某房建項目基坑工程中成功運用。該工藝經(jīng)濟、節(jié)能環(huán)保、適用于各種施工工藝地鐵車站，并被試驗性應用于北京地鐵14號線的2個蓋挖逆作法施工的地鐵車站中。為了保證良好的止水效果，東湖渠站對攪噴樁進行了非原位試樁。經(jīng)過試樁發(fā)現(xiàn)φ800 mm的鉆桿成樁直徑達到1 000～1 200 mm，能保證攪噴樁和圍護樁的充分咬合。同時在頂板基坑工程施工時，開挖檢驗成樁質(zhì)量，檢測效果如圖2所示。兩邊是長螺旋攪噴樁，中間是結(jié)構(gòu)圍護樁，不難看出攪噴樁與結(jié)構(gòu)圍護樁咬合得很好，完全可以起到止水帷幕的作用。攪噴樁與圍護樁聯(lián)合止水的施工工藝是值得推廣的。

圖2 攪噴樁與結(jié)構(gòu)圍護樁的咬合

5 結(jié)論

本文比較長螺旋改裝攪噴樁、旋噴樁、攪拌樁三種樁的施工工藝，總結(jié)了攪噴樁成樁質(zhì)量控制要點。主要結(jié)論如下:

1)長螺旋改裝攪噴樁與攪拌樁、旋噴樁相比具有成孔直徑大、成樁深度大、垂直度易控制、適用于多種土質(zhì)地層等優(yōu)點。其作為止水帷幕結(jié)構(gòu)成樁效果更佳，止水效果更好。

2)為保證攪噴樁與圍護樁的聯(lián)合止水作用，在施工過程中需對攪噴樁的垂直度、注漿壓力、提鉆速度、旋轉(zhuǎn)速度、樁位偏差、漿液比重、水泥漿液中膨潤土摻入量及后續(xù)施工的圍護樁施工時間進行嚴格控制。

3)攪噴樁和圍護樁組成聯(lián)合止水帷幕的施工工藝具有止水效果佳、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟等優(yōu)點，是一種良好的止水工藝。

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(責任審編 李付軍)

U231+.4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.23

1003-1995(2015)02-0082-03

2014-08-10;

2014-09-20

李宏安(1979—)，男，陜西扶風人，高級工程師，博士。