長螺旋旋噴攪拌帷幕止水樁在砂卵石含水地層基坑中的成功應用

習鐵宏，劉 伍，劉興龍

（北京市地質工程設計研究院，北京 101500）

長螺旋旋噴攪拌帷幕止水樁在砂卵石含水地層基坑中的成功應用

習鐵宏1，劉 伍2，劉興龍3

（北京市地質工程設計研究院，北京 101500）

結合本工程特點，從長螺旋旋噴攪拌帷幕止水樁的優點、設計條件、施工控制、質量檢驗等方面，對該技術在含水砂卵石地層中的有效止水作用，進行了系統的介紹。作為成功實例之一，意在使此項新技術能得到更好的推廣、完善，使北京地區在含水砂卵石地層中的基坑帷幕止水工作更得心應手，減少淺部地下水排放，保護淺部地下水資源。

長螺旋旋噴攪拌帷幕止水樁；含水砂卵石地層；帷幕樁設計參數；帷幕樁施工控制；帷幕樁質量檢驗

0 引言

在北京地區，針對砂卵石含水地層中的阻水工作，當采用傳統的攪拌樁工藝、旋噴樁工藝時，往往是阻水效果很不理想，主要表現為水泥漿固化后的砂卵石水泥土固結體均勻性差、強度低，漏水點太多，甚至出現帷幕墻體殘缺現象。因此，在北京地區針對砂卵石含水地層中的帷幕阻水工作一直處于攻堅狀態。近幾年，北京建材地質公司提出了長螺旋旋噴攪拌帷幕樁止水技術，其最大特點是，利用長螺旋鉆機強勁的動力，增大了對砂卵石地層的攪動能力，通過主鉆桿輸漿，再由鉆桿底部改裝后的螺旋葉片側面出漿孔，高壓噴射水泥漿等漿液至設計標高，經多次上下攪拌、多次噴漿，最終形成的砂卵石水泥土帷幕樁固結體均勻性好、強度較高，止水效果明顯好于常規的單一攪拌樁工藝、旋噴樁工藝止水。此項技術正在推廣之中，并在不斷完善。

1 工程概況

（1）位置

本工程場地位于北京市積水潭醫院院內，現有門診樓的北側。參見照片1

照片1 積水潭醫院門診樓擴建項目場地原貌

圖1 積水潭醫院門診樓擴建項目規劃設計總平面示意圖

（2）擬建物情況

擬建工程為門診樓，東西長約80.0m，南北寬約24.0m，門診樓為地上3層，地下4層，鋼框架結構，獨立基礎。參見圖1

本工程±0.00=51.85m，自然地坪相對標高為-1.85m，墊層底標高為-16.67m，局部為-18.27m，槽深約為14.82m，局部為16.42m。

（3）地下水條件

2008年10月鉆孔中實測到一層地下水，地下水穩定水位埋深為13.0m，地下水類型為層間水。含水層為卵石④層，含水層厚度約5.50m。

（4）地層條件

地面絕對標高約50.00m。自上而下主要地層依次為：

雜填土①層，以房渣土為主，稍密，濕，厚約4.0～5.0m，最厚達8.0m；

砂質粉土②層，土黃色，濕，密實，厚約3.0～4.0m；

細粉砂③層，土黃色，濕，密實，厚約4.0～5.0m；

卵石④層，雜色，濕-飽和，中密，粒徑一般2.0～4.0cm，最大8cm，級配好，中砂充填，含量25～40%。厚約3.0～5.0m；

粉質粘土、粘質粉土⑤層，褐黃色，飽和，中上密，厚約2.5～3.0m；其下略。參見圖2。

圖2 典型地層剖面示意圖

（5）擬建物周邊環境情況

①擬建物北側為著名的積水潭人工湖，擬建物地下室外墻北側東段距湖岸僅1.0m，西段距湖岸約10.0m，湖底深約4.0m，湖內水深約1.5m。

②擬建物東側為醫院內道路。

③擬建物南側及西側為現有門診樓，擬建物基礎南界距現門診樓外墻最小水平距離約3.6m，西界距現門診樓外墻最小水平距離約2.7m。現門診樓地上3層，地下1層，獨立柱基，基礎埋深3.6m。參見圖1

（6）業主特殊要求

擬建物北側緊鄰積水潭，因其景觀特殊（前身為具有380年歷史的誠親王新府花園，園內積水潭具有典型的南方園林風格，玉蘭花開映柳綠，荷塘月色照亭臺，非常爽心悅目，是積水潭醫院的標志性景觀），建設單位決定在施工期間保持湖中水體及景觀現狀，施工中不得抽排、污染湖水。

2 基坑支護及止水方案

本工程基坑深度約14.82m，局部16.42m，基坑安全等級為一級，基坑側壁重要性系數取1.1。根據場內地層條件、基坑周邊環境及基坑深度，在基坑開挖及使用過程中，既要保正基坑側壁本身的安全，也要保護比鄰的已有門診樓的安全，同時，必須對地表湖水及地下潛水進行控制，達到基坑干槽作業。

經方案比選，本次選用“支護排樁+樁頂擋土墻+旋噴攪拌帷幕止水樁方案”。參見圖3。

圖3 基坑支護及止水帷幕平面布置示意圖

限于篇幅，本次僅介紹基坑北側的支護+止水方案。

2.1 基坑北壁東段支護方案

基坑北側壁采用樁錨支護結構，樁頂設擋土墻，高度2.0m，樁徑800mm，樁間距1.60m，嵌固深度5.0m，設2道錨索。參見圖4、表1。

圖4 基坑北壁東段支護及止水帷幕工程剖面示意圖

表1 基坑北壁東段支護參數統計簡表

2.2 基坑北壁東段帷幕止水方案

（1）基坑北壁止水層位

需要阻止2層水體進入基坑，即，阻止積水潭湖水側向滲漏至擬建基坑，同時阻止坑底附近的層間潛水涌入基坑（見表2）。

（2）“長螺旋旋噴攪拌帷幕樁”設計

1）布樁：旋噴攪拌樁布置在護坡樁中心線以外100mm，與護坡樁咬合成墻，形成止水帷幕。

表2 基坑北側壁止水層位與基坑關系基本資料統計表

2）止水帷幕樁進入下臥相對隔水層深度計算：

本旋噴攪拌帷幕樁進入下臥粉質粘土、粘質粉土⑤層的長度應滿足下式：

l——帷幕進入隔水層的長度，當l＜1.50m時，宜取l=1.50m。本工程實際采用1.90m；

?hw——基坑內外水頭差值，本工程考慮電梯井埋深，擬將坑內層間潛水基本疏干，?hw取5.5m；

b——帷幕的厚度，本工程取0.394m；

經驗算，帷幕進入隔水層的長度滿足要求。參見圖5、表3。

表3 坑北側壁攪噴樁設計參數統計表

圖5 攪噴樁與護坡樁接觸關系大樣

2.3 止水帷幕內殘留水處理方案

對于止水帷幕內存在的殘留水，采用在基坑內布設疏干井抽排至地面；對于槽壁產生的局部滲水，采用槽壁插管導流，槽底明溝匯集，自集水井抽排至地面。

基坑外側四周設置水位觀測井，觀測井同時兼作應急預案中的水位控制措施，必要時，可作為抽水井使用。

（1）疏干井：井徑6 0 0 m m，無砂水泥管Φ400mm，外纏80目尼龍網，管外充填石屑，井深21.0m，間距約10.0m，共布設8眼；

（2）觀測井：井徑6 0 0 m m，無砂水泥管Φ400mm，外纏80目尼龍網，管外充填石屑，井深21.0m，間距15.0～20.0m左右，共布設14眼，觀測井采用降水管井結構。

3 長螺旋旋噴攪拌帷幕樁的施工控制

3.1 施工準備

（1）平整、壓實場地極為重要，這是保證鉆桿垂直度的關鍵；

（2）放線定樁位；

（3）水泥用PO42.5，進場復試，并保管好，防潮、防結塊；

（4）施工機械及附屬設施：液壓步履式改裝長螺旋鉆機、往復式高壓注漿泵、配電柜、攪漿筒、振動篩、濾網等；

（5）檢查噴射工藝是否適合地質條件，在施工前須進行工藝試噴，試噴在原樁位位置，試噴樁孔數量不得少于2孔，必要時調整噴射工藝參數；

3.2 工藝流程（見圖6）

（1）施工順序

本次施工采用先施工攪噴樁，后施工支護排樁的新型施工順序理念，即“先軟后硬”，進一步驗證“先軟后硬”的咬合效果優于“先硬后軟”的傳統施工順序做法；

攪噴樁采用跳打的方式（隔一打一），防止串漿，后續支護排樁也應采用跳打的方式進行施工。正常情況下攪噴樁施工3天后可施工護坡樁，相鄰的攪噴樁施工時間間隔不宜少于48小時；

（2）樁位校驗

施工前對樁位進行校驗，保證帷幕樁的位置準確；

（3）引孔

用?800mm直徑長螺旋鉆具引孔，鉆機移至樁位，鉆機調平、調直，鉆至設計標高，回填鉆出的粉土、粘性土至適當高度，防止提鉆后孔內坍塌；

引孔完畢后，將長螺旋鉆具更換為噴攪復合鉆具，組裝調試旋噴設備，確保設備運轉正常，注漿管路暢通；

（4）攪漿

按照設計水灰比，對水和水泥重量進行計量，按單根樁長計算出單根樁水泥用量，為該樁所配的水泥漿要全部用完，不得有剩余，這樣，樁身強度才有保證。在攪漿桶里攪拌均勻后，經60目振動篩過濾后，放入儲漿池中；

儲漿池中放置泥漿泵，對水泥漿進行不間斷攪拌，防止水泥漿沉淀；

注漿泵泵頭用細目紗網罩罩住，防止吸入粗顆粒物而堵塞鉆頭噴嘴；

（5）攪拌、旋噴

復合攪拌鉆具向下鉆進，同時開動注漿泵，泵送高壓水泥漿至孔內，邊旋噴邊攪拌，本次工程采用4噴3攪的噴攪方式；

改裝后的長螺旋鉆機鉆進2個回次，第1個回次下鉆和提鉆過程中各進行1次攪拌和旋噴，第2個回次下鉆過程中進行1次旋噴（不攪拌），提鉆過程中進行1次定噴（并攪拌）；

攪噴高度比設計頂標高高0.3～1.0m，以消除漿液析離影響；

根據砂卵石地層強度及礫徑大小，為使砂卵石水泥土更均勻、強度更高，必要時需增加噴攪次數，個別工程已達到6～8次噴攪；

（6）冒漿情況

在噴射注漿過程中，注意觀察冒漿情況，及時了解土層變化情況、噴射注漿的大致效果及噴射參數是否合理。采用噴射注漿時，冒漿量小于注漿量的20%時，屬正常現象；超過20%或完全不冒漿時，應查明原因，并采取相應措施。若因地層中存在較大空隙引起的不冒漿，可在漿液中摻加適量速凝劑或增大注漿量；如冒漿量過大，可減少注漿量或加快提升和回轉速度，也可縮小噴嘴直徑，提高噴射壓力。

圖6 長螺旋旋噴攪拌帷幕樁施工工藝流程圖

3.3 質量檢驗

本次帷幕樁施工按下列條件控制：

（1）樁徑：≥設計樁徑1000mm；

（2）樁長：＋200mm；

（3）樁頂標高：＋30mm，-20mm；（4）垂直度允許偏差：±0.5%；

（5）樁位允許偏差：在護坡樁間時，≤10mm；

（6）咬合寬度：≥100mm；

根據《建筑基坑支護技術規程 JGJ120-2012》中7.2.7條款，本工程攪拌樁長18.40m＞10.0m，咬合寬度應≥200mm；

（7）樁體強度：≥1.5Mpa，滲透系數≤1.0x10-7cm/s；

3.4 截水帷幕的質量檢測

（1）在注漿施工完成28天以后，對帷幕固結體的搭接部位鉆取固結體芯樣，檢測帷幕深度、固結體的單軸抗壓強度及完整性，監測點數量不宜少于總注漿孔的1%；

（2）觀測基坑內外水位變化；

（3）現場開挖，檢驗帷幕截水效果；

3.5 基坑側壁局部點漏水的應急措施

（1）開挖后如發現漏水，應及時采取堵漏措施，視情況可首先采用插管實現有序排放，然后再進行堵塞；當漏水量小，可采用堵漏靈等速凝材料封堵；當漏水量大，可在實現有序排放后，在漏點處支模板打混凝土補丁，并留出帶閥門的水管，待補丁強度足夠大后，可將閥門關閉，即可達到止 水目的。

（2）當出現漏水嚴重，上述辦法難以控制時，須啟動附近水位觀測井進行抽水，降低基坑內外水頭差，再進行妥善處理；

4 施工效果

基坑開挖后，在基坑北側壁臨積水潭湖面部位，基本無滲水現象，淺部阻水效果較好；在基坑側壁下部，原層間潛水水位至槽底部位，也沒有出現明顯的滲漏現象，對卵石④層潛水含水層止水效果也很好。

照片2 基坑支護及止水帷幕施工完畢效果

說明本基坑采用“支護排樁 + 樁頂擋土墻 + 旋噴攪拌帷幕止水樁方案”可行，現場施工控制到位，再次驗證了“長螺旋旋噴攪拌帷幕樁”止水的可行性，值得推廣及進一步完善（見照片2）。

5 結論

通過本項帷幕止水工程，筆者對深基坑帷幕止水設計及施工工作有了更進一步的認識 ：

（1）本工程存在的最大缺陷

攪拌樁與支護排樁咬合長度設計值僅100mm，不滿足新規范要求≥200mm，加大了施工風險。

（2）“長螺旋旋噴攪拌帷幕止水樁”的優點

此項技術的優點具體表現在：①長螺旋鉆機具有強大的動力，對砂卵石地層具有充分的攪動作用；②長螺旋鉆具持續上旋，帶出了部分原位卵石，再向孔內回填粉土，實現了孔內原位卵石的部分置換，有利于形成均勻性更好的水泥土固結體；③高壓旋噴所用水泥用量較大，有利于形成強度較高的水泥土固結體；④高壓旋噴后的樁徑明顯大于鉆具直徑，加大了咬合厚度。

（3）方案比選的重要性

根據擬建工程特點，通過分析、比選工作，選擇出最適宜的基坑支護及帷幕止水設計方案，這是保證基坑帷幕止水工作成功的最關鍵性一環，并且，在多數情況下，基坑支護設計與基坑帷幕止水設計是相互關聯的，必須統一考慮。

（4）精心設計的重要性

在進行基坑支護設計及帷幕止水設計時，對巖土層的物理力學指標的合理取值，設計過程中的精準計算，對計算結果的再分析，及最后的綜合確定，是保證設計方案是否科學、合理、安全、經濟的前提。

（5）施工質量控制的重要性

帷幕止水工程最終能否成功，與現場施工質量控制有直接關系，樁點放位、樁孔的垂直度、咬合寬度、樁體的均勻性、強度、施工順序、進入隔水層深度等一系列關鍵數據、環節，都需要在施工中嚴格執行、精準實施，否則，再好的設計方案也起不到很好的止水作用。

（6）有效的應急預案的重要性

受地質條件復雜性，及施工過程中的意外情況影響，在止水帷幕設計方案及施工組織方案中必須提供有效的應急預案，以防止危險情況發生及危機事態擴大、失控，除各種堵漏措施外，在基坑外側適當多布設觀測井兼應急降水井的措施，對于帷幕止水工程，非常必要。

（7）施工順序的重要性

先施工攪噴樁，后施工支護排樁，這樣的效果是，兩種樁接觸更緊密，咬合更好，止水效果明顯好于傳統的先支護樁，后攪噴樁施工順序。

（8）對帷幕止水樁提高咬合效果的建議

①在帷幕止水方案設計過程中，宜采用較小的“垂直度允許偏差” ，較小的樁位允許偏差，作為設計控制指標，保證兩項均出現最大偏差時，帷幕墻體厚度仍不小于200mm，據此，合理設置理論咬合寬度；

②從帷幕樁止水的有效性及安全性方面分析，對于深度大、復雜的含水砂卵石基坑，采用攪噴樁與支護排樁咬合成止水帷幕墻方案，當場地條件準許時，宜改為在基坑支護結構之外，單獨布設攪噴帷幕止水樁，這樣可以避免不同樁型間的咬合困難，及避免兩種樁型咬合時受基坑水平變形影響，兩種樁體抗變形能力不同，而引起相鄰兩樁咬合部位拉開，引起阻水失敗。此種布樁阻水形式，需解決好支護樁的錨索穿越帷幕時的密閉問題。

[1] JGJ120-2012,建筑基坑支護技術規程. 北京：中國建筑工業出版社.2012.

[2] JGJ79-2002, 建筑地基處理技術規范. 北京：中國建筑工業出版社.2008

[3] 《工程地質手冊》編委會. 工程地質手冊（第四版）.北京：中國建筑工業出版社.2007

[4] JGJ106-2003. 建筑基樁檢測技術規范，北京：中國建筑工業出版社.2008

[5] 周志達，袁野.長螺旋旋噴攪拌水泥土帷幕樁技術在工程中的應用. 《工程勘察》2011年01期.

[6] 王兵.長螺旋鉆機旋噴攪拌水泥土止水帷幕樁施工中常見的質量問題及質量控制措施. 中國非金屬礦工業導刊.總第79期.2009第6期.

The Successful Application of “Long Spiral Rotary Jet Mixing Pile Water-Stop Curtain” in the Foundation Pit Engineering of Sand and Gravel Water-bearing Layers

XI Tiehong1，LIU Wu2，LIU Xinglong3

（Beijing Geo-Engineering Design Research Institute, Beijing 101500）

s:Based on the project characteristics，and the technical advantages, design conditions, construction control, quality inspection etc of “long spiral rotary jet mixing pile water-stop curtain”，this paper introduces in detailed this technology effective sealing effect on the sand and gravel water-bearing layers. As one of the successful examples，this new technology could be generalized and improved. In this case, it would work better in sealing effect on Beijing sandy gravel water-bearing layers，reduce the shallow groundwater discharge，and protect the shallow groundwater resources.

Long spiral rotary jet mixing pile water-stop curtain； Sand and gravel water-bearing layer；The design parameters of the pile water-stop curtain；Construction control of the pile water-stop curtain；Quality inspection of the pile water-stop curtain

TU472

B

1007-1903（2013）02-0042-07

∶ 習鐵宏(1978－ )，男，工程師，從事巖土工程勘察、設計、施工工作。E-mail∶ 13910825633@126.com