城際鐵路深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)水砂層止水旋噴樁施工技術(shù)

劉 寶

中鐵十六局集團(tuán)有限公司

城際鐵路深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)水砂層止水旋噴樁施工技術(shù)

劉 寶

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城際鐵路在地區(qū)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展中發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用，近年來(lái)城際鐵路建設(shè)也取得了相當(dāng)巨大的成績(jī)。在城際鐵路建設(shè)的過(guò)程中，深基坑施工是相當(dāng)重要的。在文中就深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)水砂層止水旋噴樁施工技術(shù)進(jìn)行介紹，以期可以改善城際鐵路施工質(zhì)量。

城際鐵路，深基坑，旋噴注漿法

1 引言

本文針對(duì)城際鐵路明挖區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)旋噴樁止水帷幕施工在地層處于富水砂層且地下水為流動(dòng)水的情況下，通過(guò)分析地層及了解當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)變遷情況，在原有試樁失敗后，調(diào)整施工工藝，充分考慮水泥漿凝固時(shí)間來(lái)確保成樁質(zhì)量及成樁率，并在后續(xù)基坑開(kāi)挖中充分發(fā)揮止水帷幕的作用，使基坑安全開(kāi)挖到底。

旋噴注漿法興起于二十世紀(jì)七十年代的高壓噴射注漿法，八、九十年代在全國(guó)取得全面發(fā)展和應(yīng)用。實(shí)踐證明此法對(duì)處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉性土、沙土等有良好的效果。高壓旋噴樁止水帷幕，就是深基坑鉆孔灌注樁外側(cè)利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層預(yù)定的深度后，以20～40Mpa的壓力把將夜或水從噴嘴中噴射出來(lái)，形成噴射流沖擊破壞土層。當(dāng)能量大、速度和脈動(dòng)狀的射流，其動(dòng)壓大于土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，土顆粒便從土層中剝落下來(lái)，一部分細(xì)顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在射流的沖擊力、離心力和重力作用下，與漿液混合，漿液凝固后，便在土層中形成一個(gè)固結(jié)體，多個(gè)固結(jié)體與鉆孔灌注樁形成一個(gè)帷幕，用來(lái)作為將地下水體隔離在基坑外側(cè)的一種止水施工方法，從而保證基坑外側(cè)建構(gòu)筑物基礎(chǔ)下土體的穩(wěn)定性，進(jìn)而確保基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

2 工程概況

莞惠城際鐵路云山西路至客運(yùn)北站區(qū)間采用明挖法施工，區(qū)間沿惠州大道由南向北布置，區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑1.2m@1.35m鉆孔灌注樁+直徑600mm旋噴樁止水帷幕的形式，工程所處地層主要為：素填土、粉質(zhì)粘土、砂層、含礫砂巖，其中砂層分為中砂、粗砂。

中砂：淺黃、灰白色，級(jí)配差，稍密，飽和。厚1.70～10.30m，層頂高程3.00～13.45m，層底高程-2.46～11.45m。沖積中砂層，含水量大，具強(qiáng)透水性，建議取滲透系數(shù)k＝40.0m/d。

粗砂：淺黃、褐黃色，級(jí)配一般，稍密，飽和。厚2.90～8.50m，層頂高程0.64～8.93m，層底高程-4.72～4.43m。沖積粗砂層，含水量很大，具強(qiáng)透水性，建議取滲透系數(shù)k＝50.0m/d。

2.1 地層范圍內(nèi)砂層基本覆蓋了旋噴樁施工范圍，且具有強(qiáng)透水性

此范圍砂層形成原因：施工場(chǎng)地臨近東江，東江為珠江水系干流之一。向西南流經(jīng)廣東省龍川縣、東源縣、紫金縣、惠城區(qū)、博羅縣至東莞市石龍鎮(zhèn)進(jìn)入珠江三角洲，于增城市禺東聯(lián)圍東南匯入獅子洋。集水面積35340平方公里，河長(zhǎng)562公里，平均年徑流量257億立方米。施工場(chǎng)地原為東江一支流回填后形成，地下水較豐富且處于流動(dòng)狀態(tài)，流向與明挖基坑走向垂直，造成此范圍內(nèi)地下水為動(dòng)態(tài)水。

3 施工中存在問(wèn)題

3.1 旋噴樁無(wú)法成樁

旋噴樁施工前，進(jìn)行了多地層段的試樁施工，設(shè)計(jì)要求旋噴樁采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比1.0～1.5，高壓水泥漿射流的壓力宜大于20Mpa，氣流壓力宜取0.7Mpa，提升速度可取0.1～0.25m/min，要求加固后土體28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于等于1.0Mpa，滲透系數(shù)k≤10-6cm/s。試樁時(shí)采用海螺42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比不低于1.2，注漿壓力分別采用20Mpa，25Mpa，30Mpa，空氣壓力不小于0.9Mpa，共試樁6根，完成后等待28天強(qiáng)度后，進(jìn)行抽芯，在砂層段的旋噴樁試樁抽芯無(wú)法取出，無(wú)砂層段取芯正常且強(qiáng)度符合要求。后續(xù)通過(guò)加大注漿壓力，同樣未取芯成功。由此判斷砂層段地層無(wú)法成樁。

3.2 噴射水泥漿液被流水帶走

根據(jù)此處地層資料及惠州此處水文變遷情況分析，由于此處區(qū)域?yàn)闁|江支流回填形成，連接?xùn)|江上下游，因此懷疑此處地下水為流動(dòng)狀態(tài)，砂層孔隙率大，滲透能力強(qiáng)將水泥漿液帶走無(wú)法形成有效加固體。

4 地層分析

4.1 地層取樣

由以上情況分析后，采用地質(zhì)鉆進(jìn)行土體取樣，砂層分布與設(shè)計(jì)所給數(shù)據(jù)相差不大，砂層為粗砂居多，得出結(jié)論與設(shè)計(jì)相符。

4.2 砂層分析

所取土樣經(jīng)試驗(yàn)及觀察的，砂層粒徑≥0.5mm質(zhì)量的占總重量的51%，其余巖土物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)為：

巖土名稱 ③ 5中砂③ 6粗砂巖土狀態(tài) 中密 中 密快剪內(nèi)摩擦角(度)25 30凝聚力(kPa)0 0壓縮系數(shù)(MPa-1)壓縮模量(MPa)質(zhì)量密度ρ(g/cm3)1.95 1.98基本承載力σ0（kPa）200 250側(cè)壓力系數(shù)0.40 0.37 0.27泊松比0.29基床系數(shù)K(MPa/m)10 10

目前市面上水泥粒徑多數(shù)為3～65μm，施工中所采用的水泥漿經(jīng)噴射至土層中如處于靜態(tài)環(huán)境中可與順利與土層攪拌均與形成固結(jié)體，如處于動(dòng)態(tài)水中，則很容易隨水的流動(dòng)在漿液凝固前將水泥漿帶走，造成水泥漿流失無(wú)法形成固結(jié)體。

4.3 施工工藝調(diào)整

在充分考慮以上情況后，施工時(shí)采取在拌制水泥漿時(shí)添加速凝劑，添加膨潤(rùn)土及添加水玻璃等三種形式進(jìn)行重新試樁，試樁中經(jīng)多次試樁，添加速凝劑及膨潤(rùn)土無(wú)法達(dá)到成樁效果，添加水玻璃考慮到要確保水泥漿順利噴出及旋噴過(guò)程中不凝結(jié)的因素，只能添加少許水玻璃，試樁完成后，取芯僅發(fā)現(xiàn)有少許固結(jié)體遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到止水帷幕的效果。

以上顯示只能采取加大水玻璃的參量，加大噴射水泥漿壓力，加快提升速度的方式，但加大水玻璃摻量后，水泥漿從拌制到噴出總發(fā)生堵管現(xiàn)象，造成漿液大量浪費(fèi)，加快提升速度易造成成樁不連續(xù)。后續(xù)經(jīng)反復(fù)討論后決定采用鉆進(jìn)兩次、旋噴兩次的施工方式即噴射一遍水泥漿，第二次采用純水玻璃加水復(fù)噴一次，考慮到成樁質(zhì)量，噴射水泥漿時(shí)正常速度進(jìn)行噴射，完成后水玻璃代替水泥漿進(jìn)行第二次噴射，考慮到凝結(jié)速度，噴射水玻璃需快速完成噴射及提升，使得水泥漿快速形成凝結(jié)體確保不被水流帶走，后續(xù)水泥強(qiáng)度在慢慢增長(zhǎng)。采取此種方法試樁后取芯，大部分可成樁。

5 施工中的控制

5.1 水泥用量控制

水泥漿拌制時(shí)候，需嚴(yán)格測(cè)試水泥漿比重控制水泥用量，采取措施為：對(duì)水泥漿拌制人員進(jìn)行技術(shù)交底，施工過(guò)程中技術(shù)人員嚴(yán)格控制，采用水泥漿比重測(cè)定儀測(cè)試。

5.2 水玻璃控制

嚴(yán)格按照所給定的配比進(jìn)行配制，采用帶刻度的儀器裝取水玻璃與水，事先做好材料供應(yīng)及配制，在時(shí)間上做好施工組織。

5.3 施工中控制

鉆進(jìn)中第一次鉆進(jìn)與第二次鉆進(jìn)要控制在同一位置，噴射過(guò)程中要嚴(yán)格控制注漿壓力，噴射水玻璃時(shí)控制提鉆速度確保在噴射過(guò)程中不凝結(jié)。

6 結(jié)束語(yǔ)

此次施工主要是由于當(dāng)?shù)厮馁|(zhì)地的特殊情況，未考慮到此處水文變遷的因素，在施工中按以往經(jīng)驗(yàn)施工，造成試樁失敗。雖經(jīng)過(guò)一定技術(shù)修正后試樁成功，但仍有部分樁位未成樁，導(dǎo)致后續(xù)基坑內(nèi)降水緩慢，基坑開(kāi)挖后樁間有部分涌水涌沙現(xiàn)象且特別嚴(yán)重，此種現(xiàn)象僅發(fā)生在右線，左線則未出現(xiàn)，也充分說(shuō)明了此段地層內(nèi)地下水為流動(dòng)狀態(tài)，從基坑右線向左線流動(dòng)，右線靠近上游，左線靠近下游。

相應(yīng)的施工技術(shù)修正主要目的就是確保旋噴樁成樁，起到止水帷幕作用，確保后續(xù)基坑開(kāi)挖，由于上述施工方法不是100%成樁，開(kāi)挖時(shí)仍需注意：樁間及時(shí)處理，此處采用了網(wǎng)噴混凝土的方式，掛網(wǎng)時(shí)必須與圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁做好緊固連接；開(kāi)挖時(shí)支撐施工必須及時(shí)跟上防止因涌水涌沙現(xiàn)象造成基坑失穩(wěn)；基坑開(kāi)挖時(shí)存在漏水現(xiàn)象的一側(cè)土方要準(zhǔn)備好堵漏設(shè)備及人員；堵漏完畢后必須在此位置地表處進(jìn)行鉆孔跟蹤注漿；此處堵漏采用水泥漿加水玻璃形式，后續(xù)施工時(shí)發(fā)現(xiàn)采用此種方式具有一定的時(shí)效性，因此后續(xù)結(jié)構(gòu)施工必須緊跟。