高壓噴射灌漿工藝在城市工民建中的應用

張曉鵬,游 萍

(1.山東水務眾興建設發展有限公司,濟南,250014;2.四川省電力職業技術學院,成都,610072)

1 工程概況

某小區位于濟南市天橋區三孔橋街,北靠繁華的北園大街,南臨大明湖、五龍潭公園,周圍生活設施齊全,是一個無污染全電氣化的水景生態社區。項目總占地10.2hm2,規劃建筑面積23.56萬m2,綠化率達45%,是目前首屈一指的大型中高檔樓盤。

濟南素有泉城的美譽,市區內名泉眾多,地下泉脈更是錯綜復雜,要保證泉水的常年噴涌,控制地下水的開采和排放是關鍵。另一方面,該小區位于老城區內,新建的建筑物周圍有很多老房、危房和一些名勝古跡等,這些建筑物因為年代比較早,基礎形式比較簡單,根本經不起地下水位的過大變化,若不采取措施,在基坑降水時周圍建筑物就會因沉降不均勻造成破壞。為了保護周圍建筑物的安全,本項目采用了水利工程上比較常見的高壓噴射灌漿工藝進行地基加固施工。經過分析論證,總體的施工方案是用高噴帷幕墻將擬建的樓座全部封閉起來,主要作用是:①在基坑降水時能大大減少地下水的排放量;②對降水影響半徑范圍內已有建筑物進行保護,避免因降水引起的較大沉降而導致破壞。

2 工程地質概況

在建設場區內地層,上部以第四系河流沖積層的粘性土為主,下伏燕山期閃長巖侵入體風化帶,自上而下地層分布情況如下:①素(雜)填土:褐黃～黃褐色,軟～可塑,濕,以粘性土為主,含磚屑、煤渣、碎石等,厚度1.4m～3.8m;②粉質粘土:褐黃色,軟～可塑,濕。層底深度2.2m～4.5m;③粘土:黃褐～褐黃色,可塑,濕。層底深度3.6m～5.9m;④粉土:黃灰～灰色,很濕,稍密,含有機質,振動析水。層底深度4.6m～6.4m;⑤淤泥質粘土:淺灰～灰色,軟～流塑,飽和,含有機質。層底深度5m～6.5m;⑥粉質粘土:灰～灰黑色,可塑,濕。含有機質,局部粘粒含量高,層底深度5.8m～8.2m;⑦粘土:灰褐色,可～硬塑,濕。含鐵錳氧化物,層底深度6.7m～9.7m;⑧粉質粘土:灰黃～褐黃色,可塑,濕。姜石(卵石)含量高,為姜石(卵石)透鏡體。層底深度8.3m～11.1m;⑨粉質粘土～姜石:微棕黃色,可～硬塑,濕,含鐵錳氧化物,少量姜石。姜石層呈不規則狀,粒徑1cm～7cm,含量50%～85%,層底深度10.3m～12.5m;⑩粘土:棕黃色,硬塑,濕,含鐵錳氧化物及其結核,少量姜石、卵石、圓礫。滲透系數1×10-6cm/s,比其上的各地層的滲透系數都小,因此在該工程中就以此層作為帷幕墻的基礎。

3 設計參數

在該工程中,采用三管法小角度擺噴法灌漿,主要設計參數有孔距、水壓、氣壓、擺動頻率、提升速度等,設計指標見表1所示。高壓噴射灌漿帷幕墻連接形式見圖1。

表1 高壓噴射灌漿帷幕墻施工參數

圖1 帷幕墻連接形式示意

4 施工方法

4.1 施放孔位軸線

在工民建領域中,高噴帷幕墻軸線基本都是在基坑的周邊位置。因此在孔位軸線施放前,要參考基坑的支護方案,盡可能將軸線布置在土釘末端外,避免土釘施工時穿透帷幕墻,破壞帷幕墻的整體性。

4.2 施放孔位

在高噴帷幕墻的施工軸線上,按設計參數準確施放孔位;在軸線拐點處的孔位,要根據拐點處的噴射方向做適當調整。如果是內角搭接,可以按設計參數施放孔位;如果是外角搭接,則要減小孔距布孔,以保證帷幕墻可以搭接上。

4.3 造孔

將XY-2型地質鉆機(該鉆機具有機身重、鉆桿粗、回轉運行穩定、工效高、成孔垂直度高等優點)移至孔位裝上鉆具,對準孔位中心后用水平尺測量鉆機水平度,以保證成孔的垂直度,并在鉆進過程中隨時檢查鉆機的水平情況,保證孔斜率不大于孔深的1.5%。若成孔未能滿足設計要求,則必須重新掃孔,直至滿足要求,以保證噴射管可以順利地到達噴射位置。

4.4 噴射灌漿

移動高噴臺車(該臺車由我單位自行研制,具有全液壓控制、自動步履、自帶監控平臺、提升高度大等優點)至孔位,安裝調試高壓水泵、空壓機、高壓臺車監控平臺等各種輔助設備并進行試運轉。開始噴射前,在孔口作高壓水試噴,并檢查各設備是否達到設計要求(如水壓、氣壓、漿液比重、擺噴角度、提升速度等),一切準備就緒后開始下放噴射管,開始噴射灌漿。

4.5 回灌

這是高壓噴射灌漿的最后一道工序,也是非常重要的一道工序,回灌質量的好壞直接影響帷幕墻的成墻質量。因此在噴射結束后,一定要及時用符合設計要求的漿液進行回灌,直到回灌的漿液不再下沉為止,以避免因漿液排水固結引起帷幕墻頂部出現塌陷。

5 主要質量環節控制及檢查

5.1 水壓力的控制及檢查

水壓力的大小直接影響噴射范圍的大小,關系到Ⅰ、Ⅱ序帷幕墻是否能搭接上的關鍵參數。因此,在施工過程中要嚴格控制水壓力的大小和范圍,要求水壓力均勻,不同孔之間水壓力不能有太大的變化,避免墻體厚度不均。所以在噴射過程中要時刻檢查水壓力值。

5.2 漿液的制備

該工程制備漿液的主要材料為32.5#R普通硅酸鹽水泥。為保證漿液的質量,制備過程采用的是二級攪拌站方式,原因有兩個:一是在一級攪拌站使回漿能得到充分利用,減少棄漿的排放,有效保護環境;二是在二級攪拌站使漿液充分攪拌均勻,便于施工。

5.3 提升速度和擺動頻率的控制及檢查

提升速度和擺動頻率是確保墻體均勻性和完整性的重要參數指標,必須嚴格按照設計參數進行控制和檢查,才能確保在施工工程中土體能得到徹底的劈裂。

5.4 鉆孔取芯及開挖檢查

該工程帷幕墻主要起防滲作用,要求帷幕墻底必須插入相對不透水層(第⑩層粘土層),且不小于1m。在鉆孔過程中必須保證鉆入粘土層,個別孔還要取出連續完整的粘土芯樣進行檢查。帷幕墻的連續性,可以采用在施工軸線上的開挖方法直觀檢查。

6 常見故障及處理措施

6.1 不冒漿或斷續冒漿。若因土質松軟造成,可適當復噴,復插深度不小于0.5m;若因地層灌漿量比較大造成孔口不返漿,則要關閉提升裝置原位灌漿,直至孔口返漿。

6.2 大量冒漿壓力稍有下降。注漿管可能被擊穿或有孔洞,應拔出注漿管進行檢查。

6.3 壓力驟然上升。噴嘴或管路被堵塞,應對注漿管進行檢查并清理其中的雜物。

6.4 漿液灌注流量不變而壓力突然下降或排量達不到要求?？赡艽嬖谛孤┈F象,應檢查閥門、活塞缸等零件是否磨損過大;吸水管道是否通暢、是否漏氣;噴嘴是否磨損嚴重等。

7 結語

通過對施工過程全程的觀測,增加帷幕墻后的基坑降水排水量只有傳統降水方式排水量的1/5～1/8;專業測量單位對周邊建筑物進行了全程跟蹤觀測,沉降值極小且均勻,建筑物安然無恙,帷幕外側觀測井的水位變化較小。

高壓噴射灌漿工藝在該工程中只是一次簡單的應用,但卻解決了減少地下水排放和保護周邊建筑物的雙重作用,解決了城市發展與環境保護之間的矛盾,是一種造價低且有效的措施,值得我們大力推廣。