降雨頻繁地區超深巨厚砂層中止水帷幕施工設備及工藝

袁敬

（珠海君豪巖土科技有限公司 廣東珠海 519090）

0 引言

中國人口多、土地資源有限的基本國情，決定了要充分開發利用地下空間。基于這樣的認識，當前全國各地的地下空間開發利用正如火如荼地進行著，導致與地下空間開發利用相關的基坑工程越來越多，而且其深度也越來越大。為了保證后續基坑工程順利開挖，降低開挖風險，常規工程措施是開挖前對基坑側壁施工止水帷幕[1-6]。施工止水帷幕的機械設備很多，如旋噴樁機、水泥土攪拌樁機。旋噴樁機因為設備售價比水泥土攪拌樁機售價底，施工工效高，施工成本低，加上設備易被操作，而成為巖土地下工程中止水帷幕的主要施工設備[7-10]。

在降雨頻繁地區，由于水系發達，地層中常發育砂層，且砂層中地下水徑流強烈，使得砂層富水性、連通性及透水性良好。由于基坑深度越來越大，基坑穿越的砂層中，砂層底埋深≥12m的超深砂層、砂層厚度≥10m的巨厚砂層也越來越多。由于砂層埋深、厚度大，在自重及上覆地層的壓力下，砂層密實度常常表現為中密～密實[11]。

為了發揮旋噴樁機在止水帷幕施工中的作用，選擇何種類型的旋噴樁機？確保在中密～密實、富水性、連通性及透水性良好的超深巨厚砂層中施工能達到設計要求的止水帷幕，是一個十分有意義的問題。作者依托南方降雨頻繁地區某基坑支護工程，介紹了中密～密實、富水性、連通性及透水性良好的超深巨厚砂層中止水帷幕施工設備及施工工藝，供同行借鑒參考。

2 三重管旋噴樁施工工藝

2.1 單高壓三重管旋噴樁施工工藝

按噴管數目，旋噴樁機分為單重管、二重管和三重管旋噴樁機，單重管旋噴樁機向地層中噴水泥漿，二重管旋噴樁機向地層中噴水泥漿、空氣，三重管旋噴樁機向地層中噴水泥漿、空氣和水。很顯然，為了能充分切割粉碎中密～密實砂層，以便所形成的柱狀固結體旋噴樁直徑大，相鄰樁之間搭接充分，止水帷幕的止水效果好，噴管數目越多越好，壓力越大越好。所以，三重管旋噴樁機是在中密～密實砂層中施工止水帷幕的首選設備。

單高壓三重管旋噴樁施工工藝是指用傳統的三重管旋噴樁機在地層中施工止水帷幕，其特點是：有3根噴管，分別向地層中噴水泥漿（壓力≥0.8MPa）、空氣（壓力≥0.7MPa）和水（壓力≥30MPa），單高壓是指一根噴水管的水壓力≥30MPa。

單高壓三重管旋噴樁施工作業時，把噴嘴置于樁底，旋轉鉆桿，從鉆桿底部一個噴嘴中噴出的高壓水（壓力≥30MPa）橫向切割粉碎砂層。與此同時，另兩個噴嘴將低壓水泥漿（壓力≥0.8MPa）、低壓空氣（壓力≥0.7MPa）橫向噴射注入到被切割粉碎的砂層中，使水泥漿與砂混合達到止水的目的，并借助空氣的上升力把被切割破碎的土帶到地表排除。在施工過程中，鉆桿邊旋轉邊提升，使水泥漿與砂層充分混合，在砂層中形成一定直徑的柱狀固結體。

單高壓三重管旋噴樁施工工藝缺點是：①對中密～密實超深巨厚砂層來說，靠一根高壓水管來切割粉碎砂層，會降低切割粉碎效果，影響水泥漿的噴射距離、噴入量，降低了止水的效果，給后續開挖工作增加了風險或阻礙后續基坑開挖工作的開展；②在降雨頻繁地區，水系發達，砂層富水性、連通性及透水性良好，因為噴水，提高了砂層的富水性，加速地下水的流動，水泥漿容易隨地下水流走，加上只有一根低壓力噴水泥漿管，噴出的水泥漿量少，使單高壓三重管旋噴樁止水效果差。

2.2 雙高壓三重管旋噴樁施工工藝

雙高壓三重管旋噴樁施工工藝是指棄用噴水管改作噴水泥漿管，改用一根噴空氣（壓力0.6～0.8MPa）、兩根噴水泥漿（壓力≥30MPa），雙高壓是指兩根噴水泥漿管的壓力≥30MPa。

雙高壓三重管旋噴樁施工工藝優點是：①兩根噴水泥漿管，不僅更能橫向切割粉碎中密～密實砂層，使水泥漿噴射距離更遠，旋噴樁的直徑得到了保證，確保相鄰樁之間的搭接量，保證了止水帷幕的止水效果；②兩根噴水泥漿管噴出的水泥漿量大，使留在砂層中的水泥漿量增加；③棄用噴水管，不增加砂層中的含水量，使砂層的富水性沒有提高。

3 應用雙高壓三重管旋噴樁施工工藝實例

3.1 工程概況

南方某省會城市綜合商業廣場占地面積50068.87m2，場地北部位置為主樓，主樓由三座“品”字形塔樓組成，3座塔樓的層數分別為58F、60F、73F，采用框筒結構，三座塔樓在地面150m高處有一連接體，層高10層；場地南部位置為裙房，裙房層數為8～9F，局部1F；場地下部設有4層、局部5層地下室，地下室平均開挖深度23.50m，三幢塔樓下均設有坑中坑。項目建成后，是集辦公、酒店及商業為一體的綜合商業廣場。

坑中坑頂標高-25.35～-26.95m、底標高-30.10～-33.70m，坑中坑最大開挖深度8.35m。坑中坑支護結構樣式為放坡+支護樁+一道支撐+三重管旋噴樁止水帷幕。從標高-6.95m計起，三重管旋噴樁設計樁長33.15m，其中虛樁部分長18.40m，實樁部分長14.75m，見圖1，樁直徑1000mm，相鄰樁之間搭接寬度300mm。

3.2 工程地質條件

因為該省會城市位于祖國長江以南地區，降雨頻繁，水系發達。場地位于長江河漫灘之上，瀕臨長江，地下水十分豐富，砂層富水性、連通性及透水性良好，見表1。

表1 場地砂層滲透系數

根據坑中坑三重管旋噴樁止水帷幕設計要求，結合場地地層分布情況，三重管旋噴樁鉆遇②3粉砂：灰色，中密，局部為細砂，含少量云母碎片，局部夾薄層粉土、粉質粘土，具水平層理，層頂埋深6.0～17.2m，層厚0.9～13.8m；②4粉細砂：灰色，中密，含少量云母碎片，局部夾薄層粉質粘土，層頂埋深 13.0～24.2m，層厚 7.5～17.5m；②5粉細砂：灰色，密實，底部夾少量中砂，局部夾薄層粉質粘土，含少量云母碎片，層頂埋深29.0～33.8m，層厚24.0～31.2m。即砂層中密～密實、砂層底埋深＞33.15m、砂層厚度14.75m。

3.3 工程實例

先用單高壓三重管旋噴樁施工工藝進行試樁，28d齡期后通過鉆孔取芯判定施工效果，通過對芯樣的目測顯示，標高-25.80~-36.00m未見完整水泥土芯樣。從試樁芯樣看，傳統三重管旋噴樁機在中密～密實、富水性、連通性及透水性良好的砂層進行止水帷幕施工，止水效果較難保證。

然后用雙高壓三重管旋噴樁施工工藝進行試樁，抽芯檢測雙高壓三重管旋噴樁，目測顯示只在虛樁上部6m位置處芯樣不連續，連續芯樣經試驗室檢測顯示滲透系數符合設計要求。據此，用雙高壓三重管旋噴樁施工工藝進行止水帷幕的施工，從而為坑中坑的開挖提供了保障，后期在坑中坑開挖過程中沒有發生地下水滲漏事故。作業時，雙高壓三重管旋噴樁施工中主要參數：水灰比1，噴嘴直徑2.2mm，水泥漿壓力30MPa，噴漿量100L/min-150L/min，氣壓0.7MPa，氣量8m3/min。

4 結論

（1）在中密～密實、富水性、連通性及透水性良好的砂層中止水帷幕時，為了確保止水帷幕的止水效果，要對傳統的單高壓三重管旋噴樁機進行改進，由單高壓三重管旋噴樁機改進為雙高壓三重管旋噴樁機，并提出了相應的雙高壓三重管旋噴樁施工工藝。

（2）雙高壓三重管旋噴樁施工工藝是指棄用噴水管改作噴水泥漿管，不增加砂層中的含水量，用一根噴空氣（壓力0.6～0.8MPa）、兩根噴水泥漿（壓力≥30MPa）。

（3）兩根噴水泥漿管，更能橫向切割粉碎中密～密實砂層，而且噴出的水泥漿量大，使留在砂層中的水泥漿量增加，從而提高了止水帷幕的止水效果。