鉆孔灌注樁結(jié)合高壓旋噴樁隔水帷幕在深基坑支護(hù)止水工程中的應(yīng)用

樸健

（唐山市市政工程環(huán)境衛(wèi)生事務(wù)中心，河北 唐山 063000）

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和建筑技術(shù)的不斷創(chuàng)新，基坑的開(kāi)挖深度越來(lái)越深，因此，基坑支護(hù)的技術(shù)要求也越來(lái)越高。當(dāng)前深基坑施工中仍然存在一定的問(wèn)題，例如，支護(hù)不到位引起的基坑周邊建筑物沉降、傾斜，地下水上浮引起的基坑塌方等。為此，選擇一種安全可靠、技術(shù)可行的深基坑支護(hù)止水方案意義重大且深遠(yuǎn)。

2 支護(hù)止水原理

深基坑工程主要面臨2 個(gè)問(wèn)題：基坑支護(hù)和降排地下水。對(duì)于基坑支護(hù)問(wèn)題，通過(guò)鋼筋混凝土鉆孔灌注樁工藝施工懸臂支護(hù)樁是早期的常用方案，這種方法就是通過(guò)機(jī)械鉆孔形成樁孔，然后下放鋼筋籠并灌注混凝土成樁，從而以柱列式間隔布置的鋼筋混凝土樁作為擋土結(jié)構(gòu)的一種形式，因?yàn)閼冶壑ёo(hù)樁有較大的側(cè)向剛度，所以，可以有效限制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形[1]。而對(duì)于降排地下水問(wèn)題，通過(guò)高壓旋噴樁設(shè)置隔水帷幕是早期的常用方案。利用高壓旋噴工藝使原位軟土形成具有較高強(qiáng)度的大直徑水泥土樁體，可以改善松散軟土的力學(xué)性能，提高土體的內(nèi)摩擦角值、黏聚力和抗?jié)B能力。高壓旋噴樁隔水帷幕可以起到支護(hù)基坑側(cè)壁的作用，更為重要的是，隔水帷幕加大了地下水的滲流距離，延長(zhǎng)了基坑周邊地下水向基坑內(nèi)滲流的路徑，可以截住基坑底的滲水，防止水土流失，將基坑周邊地層因降水導(dǎo)致的附加沉降控制在一定的限度，從而減少基坑降水對(duì)周邊環(huán)境的影響[2]。

如果單獨(dú)設(shè)置懸臂支護(hù)樁，由于施工機(jī)具的限制和成樁直徑、位置的偏差，難以形成完整連續(xù)墻體，無(wú)法同時(shí)解決支護(hù)擋土和止水的問(wèn)題。如果單獨(dú)設(shè)置高壓旋噴樁隔水帷幕，雖然解決了止水問(wèn)題，但是為了滿足擋土支護(hù)要求，需要設(shè)置多排旋噴樁形成很厚的旋噴墻體，這樣又會(huì)加大工程量，延長(zhǎng)了工期且不經(jīng)濟(jì)[3]。為此，可以把鉆孔灌注樁的擋土支護(hù)功能和高壓旋噴樁隔水帷幕的止水功能相結(jié)合，采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁相結(jié)合的形式來(lái)對(duì)深基坑進(jìn)行支護(hù)和止水，內(nèi)側(cè)的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，用來(lái)鞏固基坑側(cè)壁，防止其被破壞，外側(cè)的高壓旋噴樁隔水帷幕用來(lái)阻擋基坑外側(cè)的地下水通過(guò)基坑側(cè)壁和基坑底部滲流至基坑內(nèi)，以防坑外的地下水位下降。

3 懸臂樁施工技術(shù)

3.1 懸臂樁施工工藝流程

懸臂樁即為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，因?yàn)樾阢@機(jī)成孔時(shí)對(duì)環(huán)境污染較小，而且施工效率較高，所以，一般較多采用旋挖成孔工藝。旋挖鉆機(jī)成孔灌注樁的施工工藝流程：聚合物泥漿制備與處理→埋設(shè)護(hù)筒→旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔→吊裝鋼筋籠→下設(shè)導(dǎo)管→混凝土灌注→拔出護(hù)筒并做孔口防護(hù)→導(dǎo)管及護(hù)筒沖洗。

3.2 懸臂樁施工要點(diǎn)

旋挖鉆機(jī)成孔灌注樁在旋挖施工時(shí)需要依靠泥漿護(hù)壁，為此要提前集中制備好聚合物泥漿，這樣既便于控制護(hù)壁泥漿的性能指標(biāo)，也便于集中凈化處理、回收重復(fù)使用。在配制聚合物泥漿時(shí)需要注意的是，應(yīng)該將聚合物泥漿材料均勻地添加在噴射的水流上，并且保持泥漿循環(huán)狀態(tài)直至聚合物泥漿材料充分水化分散，同時(shí)，也應(yīng)通過(guò)供氣系統(tǒng)向泥漿池底部注入一定壓力的氣體，使泥漿保持?jǐn)噭?dòng)狀態(tài)，以此來(lái)確保聚合物泥漿混合均勻。一般泥漿中的聚合物泥漿材料添加量為0.6～0.8 kg/m3。為了在旋挖鉆進(jìn)時(shí)控制好樁位并且防止地面石塊掉入孔內(nèi)，應(yīng)該在旋挖鉆孔之前埋設(shè)好護(hù)筒。埋設(shè)護(hù)筒前需要注意的是，應(yīng)該提前根據(jù)樁位釘上四角控制樁，并且要由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)四角控制樁進(jìn)行復(fù)核之后才可以進(jìn)行后續(xù)施工，以此來(lái)保證護(hù)筒埋設(shè)精度，確保樁位準(zhǔn)確。護(hù)筒的埋設(shè)偏差應(yīng)控制在50 mm 之內(nèi)，而且護(hù)筒外圍要用黏土搗實(shí)。

鉆機(jī)就位場(chǎng)地必須平整、穩(wěn)固，防止鉆孔過(guò)程中沉陷，旋挖鉆孔時(shí)要確保鉆機(jī)的垂直度偏差不大于1%。需要特別注意的是，鉆孔距設(shè)計(jì)深度0.5 m 時(shí)應(yīng)該停止鉆進(jìn)，保持孔內(nèi)聚合物泥漿穩(wěn)定1 h，待泥漿內(nèi)砂土沉淀到孔底之后，再用封閉密實(shí)的挖砂鉆頭將其挖出孔外，并且鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度。如果孔底沉渣厚度不能滿足要求時(shí)也要及時(shí)用筒式撈砂鉆頭清孔。為了保證鋼筋籠在起吊過(guò)程中不變形，鋼筋籠的起吊方式應(yīng)該采用3 點(diǎn)起吊。鋼筋籠在吊裝入孔時(shí)的下放速度要慢，從而減少鋼筋籠對(duì)孔壁的剮蹭，而且要使鋼筋籠中心線與樁中心盡量重合，鋼筋籠安放時(shí)的橫向偏差應(yīng)不大于20 mm，豎向偏差應(yīng)不大于50 mm。

為了保證導(dǎo)管的密封性能，導(dǎo)管的連接方式應(yīng)該優(yōu)先采用雙密封圈絲扣連接方式。要根據(jù)混凝土灌注前的實(shí)際孔深合理確定導(dǎo)管下設(shè)的總長(zhǎng)度，確保導(dǎo)管下端距離孔底30～50 cm。用于鉆孔灌注樁的混凝土必須要有良好的擴(kuò)散性和流動(dòng)性，新拌混凝土1 h 的坍落度損失應(yīng)不大于3 cm，初凝時(shí)間應(yīng)不小于8 h。在灌注混凝土?xí)r，應(yīng)該嚴(yán)格控制導(dǎo)管在混凝土中的埋入深度為2.0～6.0 m，并且要提前安排好人力物力，確保混凝土連續(xù)澆筑，盡量讓每根灌注樁的混凝土在1 h 之內(nèi)澆筑完成。混凝土灌注完成之后，要緩慢勻速拔出導(dǎo)管，以免拔速過(guò)快造成樁頂“空心”的質(zhì)量問(wèn)題。混凝土灌注完成之后即可拔出護(hù)筒，但為了保證人員和機(jī)械設(shè)備安全，應(yīng)該及時(shí)采用蓋板和圍擋相結(jié)合的方式設(shè)置孔口防護(hù)裝置。灌注完成之后的導(dǎo)管和護(hù)筒要及時(shí)用清水進(jìn)行沖洗，導(dǎo)管要重點(diǎn)清洗掉內(nèi)壁以及接頭部位的混凝土，護(hù)筒除了要及時(shí)清除內(nèi)壁上的混凝土，還要清洗掉外壁的黏土。

4 隔水帷幕施工技術(shù)

4.1 隔水帷幕施工工藝流程

隔水帷幕就是利用高壓旋噴樁對(duì)基坑周邊進(jìn)行全封閉隔水止水處理，高壓旋噴樁一般采用二重管法施工，采用純水泥漿液進(jìn)行復(fù)攪二次成樁，第一次下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高之后提升噴漿至樁頂，再一次重復(fù)攪拌下沉，并且重復(fù)攪拌提升噴漿，從而形成柱狀加固體。高壓旋噴樁隔水帷幕的施工工藝流程：布孔放樣鉆機(jī)就位→鉆孔→下噴射管→高壓噴射注漿→機(jī)械清洗。

4.2 隔水帷幕施工要點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放出樁位點(diǎn)并用白灰點(diǎn)和鋼筋做好樁位標(biāo)記，編好孔號(hào)。鉆機(jī)移動(dòng)到預(yù)定樁位之后要使鉆頭尖對(duì)準(zhǔn)樁位標(biāo)記點(diǎn)，并且通過(guò)水準(zhǔn)尺校平使鉆機(jī)的底盤保持水平。鉆機(jī)就位之后要確保機(jī)身平穩(wěn)牢固，控制導(dǎo)向架垂直度偏差不大于1%，從而使成樁后的樁位偏差不大于50 mm。鉆孔過(guò)程中要保持中速鉆進(jìn)，并及時(shí)關(guān)注地層變化情況，如遇到較硬土層時(shí)，應(yīng)該減速慢鉆，避免卡鉆。鉆桿在旋轉(zhuǎn)和提升的過(guò)程中應(yīng)保持連續(xù)進(jìn)行，避免斷樁。

在下高壓噴射管之前應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行檢查，確保管路暢通、密封圈完好無(wú)損、絲口連接緊密，從而保證漿液能夠按照要求進(jìn)入噴射。在下高壓噴射管的過(guò)程中，也應(yīng)該采取措施，防止管外泥砂或者管內(nèi)水泥漿小塊堵塞噴嘴。在下高壓噴射管至距離孔底0.5 m 時(shí)，應(yīng)該同時(shí)啟動(dòng)泥漿泵送漿并將噴射管旋轉(zhuǎn)下放至孔底，下管到底后再啟動(dòng)空壓機(jī)和高壓泵，待各項(xiàng)參數(shù)正常之后就可以噴漿提升[4]。高壓噴射注漿由下而上連續(xù)進(jìn)行，噴漿應(yīng)連續(xù)作業(yè)以保證成樁質(zhì)量。在樁底部1.0 m 長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)該適當(dāng)增加噴漿管的旋噴時(shí)間，以保證樁底端質(zhì)量。噴漿時(shí)應(yīng)該注意檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量、注漿壓力、旋轉(zhuǎn)速度和提升速度是否符合要求，一般情況下，注漿管的旋轉(zhuǎn)速度為20 r/min，提升速度為20 cm/min，在注漿管旋轉(zhuǎn)提升的過(guò)程中也可以根據(jù)不同的土層情況適當(dāng)調(diào)整旋噴參數(shù)。注漿施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)返漿情況觀察，出現(xiàn)異常情況應(yīng)查明原因并采取措施加以處理，發(fā)現(xiàn)孔口不返漿時(shí)，應(yīng)立即停止提升并原位澆注，待回漿正常后才能恢復(fù)正常施工。噴漿結(jié)束后，應(yīng)立即清洗高壓泵、輸漿管路、注漿管及噴頭等機(jī)具設(shè)備，然后將機(jī)具設(shè)備移至下一樁位，重復(fù)相應(yīng)的施工工序。高壓旋噴樁施工時(shí)應(yīng)該分序隔孔施工，相鄰樁之間的咬合應(yīng)該符合設(shè)計(jì)要求。

5 工程應(yīng)用實(shí)例

5.1 工程概況

國(guó)防道給排水工程（竹安路—站前路）地道橋雨水提升泵站工程位于唐山市路北區(qū)國(guó)防道地道橋引道和鐵西路交叉口的西北角，在國(guó)防道地道橋引道最低點(diǎn)設(shè)有雨水收集系統(tǒng)，路面雨水經(jīng)雨水口收集后排至該地道橋雨水提升泵站。泵房形式為半地下式，地下池體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，泵井為圓形結(jié)構(gòu)，直徑18.4 m，井壁厚度1.2 m，肥槽寬度為1.0 m，泵站基礎(chǔ)埋深為14 m。本工程中心東側(cè)距既有鐵路線路基邊坡105 m，南側(cè)、西側(cè)均無(wú)既有建筑物，北側(cè)距唐山火車站近300 m，對(duì)既有建筑的沉降基本沒(méi)有太大影響。

5.2 地質(zhì)情況

該泵站工程場(chǎng)區(qū)地貌單元為古灤河中～晚期沖積平原。所處地質(zhì)構(gòu)造為中朝準(zhǔn)地臺(tái)上的燕山地臺(tái)褶皺帶東段南緣與華北斷坳交界地帶，其四周被深大斷裂所圍限，基底構(gòu)造復(fù)雜。勘察揭露表明，泵站工程場(chǎng)地土勘察深度范圍內(nèi)主要由雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、粉砂、黏土、細(xì)砂等組成，各層土的分布情況及物理力學(xué)指標(biāo)如表1 所示。場(chǎng)地土除第①層雜填土、第②層素填土外，均可作為天然地基土使用，其中，第③層粉質(zhì)黏土的承載力特征值為140 kPa，第④層粉砂的承載力特征值為240 kPa，第⑤層黏土的承載力特征值為165 kPa，第⑥層細(xì)砂的承載力特征值為260 kPa。該泵站工程基礎(chǔ)埋深為14.0 m，基礎(chǔ)坐落于第④層中密～密實(shí)粉砂層，其承載力特征值滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，可以采用天然地基。

表1 基坑土層分布情況及物理力學(xué)指標(biāo)

場(chǎng)地勘察期間揭露一層地下水，埋深9.7～10.0 m，絕對(duì)高程在10.31～10.85 m，為地下潛水，地下水位隨季節(jié)上下變化幅度為1.0 m。通過(guò)勘察表明，第④層粉砂的滲透系數(shù)為6 m/d，第⑤層黏土的滲透系數(shù)為0.02 m/d，第⑥層細(xì)砂的滲透系數(shù)為7 m/d。

5.3 基坑支護(hù)止水

通過(guò)對(duì)地質(zhì)資料的分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地情況，由于場(chǎng)地周圍有一定的放坡空間并且基坑較深，因此，為了確保泵站基坑的穩(wěn)定和安全，減輕基坑開(kāi)挖對(duì)周圍鐵軌線路、市政道路和地下管線的影響，保證按期完工并節(jié)約投資，對(duì)該雨水提升泵站的基坑支護(hù)止水工程采用放坡土釘墻支護(hù)+隔水帷幕+懸臂樁+止水塞的組合支護(hù)形式。基坑開(kāi)挖深度為14.0 m，基坑開(kāi)挖直徑為50.4 m，基坑支護(hù)止水平面布置圖、剖面布置圖分別如圖1、圖2 所示。

圖1 基坑支護(hù)止水平面布置圖

圖2 基坑支護(hù)止水剖面布置圖

其中，土釘墻支護(hù)的最外側(cè)是寬度3.5 m、坡度1∶1 的放坡土釘墻支護(hù)，按照水平距離和豎直距離1 500 mm 梅花狀布置插筋，坡面掛鋼板網(wǎng)噴射厚80 mm 的C20 混凝土；往內(nèi)是寬度2.0 m 的平臺(tái)，平臺(tái)面掛鋼板網(wǎng)噴射厚80 mm 的C20 混凝土；再往內(nèi)是寬度3.5 m、坡度1∶1 的放坡土釘墻支護(hù)，也是按照水平距離和豎直距離1 500 mm 梅花狀布置插筋，坡面掛鋼板網(wǎng)噴射厚80 mm 的C20 混凝土；土釘墻支護(hù)的最內(nèi)側(cè)是寬度5.0 m 的平臺(tái)，平臺(tái)面掛鋼板網(wǎng)噴射厚80 mm 的C20 混凝土。這樣通過(guò)噴射C20 混凝土對(duì)基坑開(kāi)挖邊坡進(jìn)行護(hù)面就能保護(hù)開(kāi)挖邊坡不受雨水沖刷。

在土釘墻支護(hù)全部施工完成，基坑開(kāi)挖到絕對(duì)高程12.5 m之后，即可采用鉆孔灌注樁工藝施工懸臂樁。為了減少懸臂樁樁頂?shù)乃轿灰疲ＷC基坑安全，在懸臂樁樁頂應(yīng)設(shè)置冠梁。懸臂樁樁徑為1 000 mm，樁間距1.2 m，包含樁頂冠梁在內(nèi)的樁長(zhǎng)為20.5 m，按照環(huán)形布置共58 根，懸臂樁樁體材料采用C30 細(xì)石混凝土，懸臂樁樁頂?shù)沫h(huán)形冠梁尺寸為1 200 mm×1 200 mm，冠梁混凝土的材料也采用C30 細(xì)石混凝土。

在懸臂樁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，才可施工懸臂樁外側(cè)的高壓旋噴樁隔水帷幕。懸臂樁外側(cè)的隔水帷幕選用雙排高壓旋噴樁，樁徑為800 mm，高壓旋噴樁之間互相搭接250 mm，與懸臂樁咬合250 mm，高壓旋噴樁樁長(zhǎng)15.0 m，且樁端進(jìn)入第⑤層黏土層不小于2.0 m，使樁端完全進(jìn)入不透水層，共布置266 根。最后，要在懸臂樁內(nèi)側(cè)即基坑底部滿堂布置隔水帷幕，起到止水塞的作用。懸臂樁內(nèi)側(cè)的隔水帷幕也選用高壓旋噴樁，樁徑為800 mm，高壓旋噴樁之間搭接長(zhǎng)為250 mm，樁長(zhǎng)6.5 m，基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)要空打7.0 m，且樁端進(jìn)入第⑤層黏土層不小于2.0 m，使止水塞的樁端也完全進(jìn)入不透水層，共布置1 059 根。高壓旋噴樁的注漿材料選用42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥凈漿，水泥漿液水灰比取0.9～1.1，水泥摻入量宜取土的天然重度的25%～40%。當(dāng)土層中地下水流速高時(shí)，宜摻入外加劑改善水泥漿液的穩(wěn)定性與固結(jié)性。

泵站基坑支護(hù)止水施工完成之后，經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)顯示，基坑坡頂和支護(hù)樁頂?shù)乃轿灰啤⒇Q向位移均符合要求，地下水位沒(méi)有出現(xiàn)變化，基坑底部沒(méi)有出現(xiàn)隆起，證明鋼筋混凝土鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁相結(jié)合的深基坑支護(hù)止水方式安全可靠。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以國(guó)防道給排水工程（竹安路—站前路）地道橋雨水提升泵站工程的深基坑支護(hù)止水為實(shí)例，結(jié)合鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁的施工工藝，簡(jiǎn)要論述了鉆孔灌注樁結(jié)合高壓旋噴樁隔水帷幕的深基坑支護(hù)止水技術(shù)，為今后類似深基坑工程提供了經(jīng)驗(yàn)參考。