特殊砂层中三重管旋喷桩止水帷幕施工关键技术_陆泽峰.pdf

2020年第12期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-03-06修回日期 2020-03-09 作者简介 陆泽峰 （1963-） ， 男 （汉族） ， 江苏常州人， 高级工程师， 现从事岩土工程勘察施工、 地质灾害评估的生产管理和科研工作。 特殊砂层中三重管旋喷桩止水帷幕施工关键技术 陆泽峰*1,2 （1.江苏省有色金属华东地质勘查局， 江苏 南京 210007； 2.南京勘察工程有限公司， 江苏 南京 210007 摘要 用传统的单高压三重管旋喷桩机在中密密实、 强渗透性的特殊砂层中进行止水帷幕施工 时， 因为喷出的水泥浆少， 加上地下水的流动， 喷出的水泥浆随地下水流失， 三重管旋喷桩止水帷幕 的止水效果得不到保证。为了确保中密密实砂层、 强渗透性的特殊砂层中止水帷幕的止水效果， 提出了把传统的单高压三重管旋喷桩施工改成双高压三重管旋喷桩施工的关键技术， 即弃用喷水 管， 把传统的三重管旋喷桩机改成一根喷空气、 两根喷水泥浆的三重管旋喷桩机， 作业时水泥浆压力 不小于30MPa。同时， 提出了停止周围降水井工作、 以确保旋喷桩周围地下水位面平稳的辅助关键 技术。 关键词 双高压； 旋喷桩； 水泥浆； 止水帷幕 中图分类号 TU753 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202012-0024-03 1概述 因为旋喷桩机售价比水泥土搅拌桩机售价低但工 效高， 所以施工成本低， 加上设备易被操作， 使得旋喷 桩机成为岩土地下工程中止水帷幕的主要施工设备。 按喷管数目， 旋喷桩机分为单重管、 二重管和三重管旋 喷桩机， 单重管旋喷桩机向地层中喷水泥浆， 二重管旋 喷桩机向地层中喷水泥浆、 空气， 三重管旋喷桩机向地 层中喷水泥浆、 空气和水。由于三重管旋喷桩机能充 分切割粉碎中密密实砂层， 所以形成的柱状固结体 旋喷桩直径大， 相邻桩之间搭接充分， 止水帷幕的止水 效果好， 所以， 岩土地下工程中常选择三重管旋喷桩机 进行止水帷幕的施工[1-6]。 在我国的南方地区， 由于水系发育， 濒临大江大河 的地层中常发育特殊砂层， 其主要特征表现为 砂层密 实度显示中密密实； 砂层中地下水径流强烈， 使得砂 层具有强渗透性， 即富水性、 连通性及透水性良好。在 特殊砂层中使用传统三重管旋喷桩施工工艺， 止水帷 幕的止水效果得不到保证， 增加了后续基坑开挖风险， 甚至阻碍了后续基坑开挖工作[7-9]。为发挥三重管旋喷 桩机的性能， 确保止水帷幕的性能， 作者依托南方地区 某基坑支护工程， 介绍了中密密实、 强渗透性的特殊 砂层中三重管旋喷桩止水帷幕施工关键技术， 供同行 借鉴参考。 2工程概况及工程地质条件 2.1工程概况 江苏某综合商业广场工程位于南京河西地区的应 天大街以北、 所街路以南、 江东中路以东、 云锦路以西 位置。该工程项目占地面积50068.87m2， 场地北部位 置为主楼， 主楼由三座 “品” 字形塔楼组成， 3座塔楼的 层数分别为58F、 60F、 73F， 采用框筒结构， 三座塔楼在 地面150m高处有一连接体， 层高10层； 场地南部位置 为裙房， 裙房层数为8～9F， 局部1F； 场地下部设有4 层、 局部5层地下室， 地下室平均开挖深度23.50m， 三 幢塔楼下均设有坑中坑。项目建成后， 是集办公、 酒店 及商业为一体的综合商业广场。 坑 中 坑 顶 标 高 -25.35～-26.95m 、底 标 高 -30.10～-33.70m， 坑中坑最大开挖深度8.35m。坑中 坑支护结构样式为放坡支护桩一道支撑三重管旋 喷桩止水帷幕。从标高-6.95m计起， 三重管旋喷桩设 计桩长33.15m， 其中虚桩部分长18.40m， 实桩部分长 14.75m （图1） ， 桩直径1000mm， 相邻桩之间搭接宽度 300mm。 2.2工程地质条件 场地范围内地层发育情况自上而下为 ①-1杂填土 褐褐灰色， 松散状， 由碎砖石、 少 量块石混粉质粘土堆积而成， 密实度、 均匀性差， 填龄 24 2020年第12期西部探矿工程 10 年以上， 局部表层为近期填积的建筑垃圾。层厚 0.7～6.2m。 ①-2素填土 灰褐黄灰色， 软可塑， 由粉质粘 土填积而成， 夹少量碎石及植物根系， 填龄10年以上。 层顶埋深0.8～4.4m， 层厚0.3～4.0m。 ①-2a淤泥质填土 灰黑色， 流塑， 含腐植物， 夹有 少量贝壳。填龄10年以上。层顶埋深1.3～4.0m， 层厚 0.6～2.0m。 ②-1粉质粘土 灰黄灰褐色， 软可塑， 局部为 粘土。稍有光泽反应， 韧性、 干强度中等。层顶埋深 1.6～5.0m， 层厚0.3～4.0m。 ②-2淤泥质粉质粘土 灰色， 流塑， 部分为软塑 流塑粉质粘土， 含少量腐植物， 夹薄层粉土。稍有光泽 反应， 韧性、 干强度低中等。层顶埋深3.0～6.2m， 层 厚0.5～17.5m。 ②-3a粉质粘土 灰色， 软塑流塑， 部分为流塑淤 泥质粉质粘土， 含少量腐植物， 夹薄层粉土， 局部呈互 层状， 以透镜体的形式分布于②-3粉砂层中。稍有光 泽反应， 韧性、 干强度低中等。层顶埋深 7.8～ 20.7m， 层厚1.2～11.6m。 ②-3粉砂 灰色， 中密， 局部为细砂， 含少量云母 碎片， 局部夹薄层粉土、 粉质粘土， 具水平层理。层顶 埋深6.0～17.2m， 层厚0.9～13.8m。 ②-4粉细砂 灰色， 中密， 含少量云母碎片， 局部 夹薄层粉质粘土。层顶埋深13.0～24.2m， 层厚7.5～ 17.5m。 ②-5粉细砂 灰色， 密实， 底部夹少量中砂， 局部 夹薄层粉质粘土， 含少量云母碎片。层顶埋深29.0～ 33.8m， 层厚24.0～31.2m。 根据设计要求， 结合地层发育情况， 止水帷幕钻遇 密实度中密密实、 总厚度 14.75m 的②-3 粉砂层、 ②-4粉细砂层、 ②-5粉细砂层。 场地位于长江河漫滩之上， 濒临长江， 地下水十分 丰富， 砂层具有强渗透性， 表现为砂层富水性、 连通性 及透水性良好 （表1） 。 地层 编号 ②-3 ②-4 ②-5 地层 名称 中密粉砂 中密粉细砂 密实粉细砂 室内试验渗透系数最大值 （10-6cm/s） 垂直Kv 245 253 345 水平Kh 294 309 409 现场抽水试验渗透系数 （10-6cm/s） Kcp 5880 表1场地砂层渗透系数表 图1三重管旋喷桩与坑中坑相互关系图 3止水帷幕施工 3.1传统三重管旋喷桩施工 由于场地濒临长江， 砂层具有强渗透性， 为了确保 工程安全， 设计要求用传统三重管旋喷桩机进行止水 帷幕施工， 设计参数如下 ①高压旋喷桩采用P.O 42.5 级普通硅酸盐水泥， 水泥用量 650kg/m3， 水灰比取 0.8～1.0； ②高压旋喷桩28d无侧限抗压强度标准值不 小于1.5MPa； ③结合相关国家规范和地区经验， 通过 现场试验综合确定施工工艺和参数， 高压水射流的压 力30～35MPa， 水泥浆的压力0.8～1.0MPa， 气压不小 于0.7MPa， 即单高压 （水压力不小于30MPa） 三重管旋 喷桩施工工艺； ④空压机容量不小于6m3， 压缩空气喷 射流量不小于1m3/min； ⑤旋喷提升速度8cm/min， 注 浆量70L/min； ⑥施工中钻孔尽量垂直， 喷射注浆参数 达到规定值后， 提升注浆管， 由下而上喷射注浆； ⑦注 浆管分段提升的搭接长度不小于100mm， 高压旋喷桩 25 2020年第12期西部探矿工程 垂直度偏差不大于1/200。 根据设计要求， 用传统三重管旋喷桩机进行了试 桩， 28d龄期后通过钻孔取芯判定施工效果， 通过对芯 样的目测显示， 标高-25.80～-36.00m未见完整水泥土 芯样。从试桩芯样看， 传统三重管旋喷桩机在中密 密实、 强渗透性砂层进行止水帷幕施工， 止水效果较难 保证， 原因分析如下 ①对强渗透性良好的砂层， 压力 不小于30MPa的高压水能横向切割粉碎中密密实砂 层， 提高了砂层的连通性； 因为喷水， 提高了砂层的富 水性； 水压力大， 加速地下水的流动， 提高了砂层的透 水性； 由于砂层连通性、 富水性及透水性的进一步提 高， 喷出的水泥浆随地下水带走； ②只有一根低压力喷 水泥浆管， 喷出的水泥浆量少； ③作业时， 坑中降水井 未停止抽水， 降水产生的地下水位面不平， 地下水处于 流动状态， 喷出的水泥浆随地下水的流动而流失， 这从 降水井井底取水样观测颜色和味道见异常， 可以判定 旋喷桩施工喷出的水泥浆随地下水流动。 3.2双高压三重管旋喷桩施工 基于试桩中未见完整水泥土芯样的原因分析， 为 了提高中密密实、 强渗透性砂层中三重管旋喷桩的 止水效果， 把传统的单高压三重管旋喷桩施工工艺改 成双高压 （水泥浆压力不小于30MPa） 三重管旋喷桩施 工工艺， 即弃用喷水管， 把喷水管改作喷水泥浆管、 变 成一根喷空气 （压力不小于0.7MPa） 、 两根喷水泥浆 （压力不小于30MPa） 的三重管旋喷桩机， 进行双高压 三重管旋喷桩施工， 该施工工艺的关键技术如下 ①两 根喷水泥浆管， 不仅更能横向切割粉碎中密密实砂 层， 使水泥浆喷射的距离远， 旋喷桩的直径得到了保 证， 确保相邻桩之间的搭接量， 保证了止水帷幕的止水 效果； ②两根喷水泥浆管喷出的水泥浆量大， 使留在砂 层中的水泥浆量增加； ③弃用喷水管， 使砂层富水性没 有提高。 辅助关键技术有 ①为了降低地下水的透水性， 施 工时， 坑中坑内降水井停止工作， 坑中坑外的降水井选 择性地停止工作， 避免产生地下水位面不平， 使注入的 水泥浆不随地下水的流动而流失。②双高压三重管旋 喷桩施工15d后， 再在原桩位处施工双高压三重管旋喷 桩， 确保坑中坑止水帷幕的止水效果。 采用上述关键技术后， 抽芯检测双高压三重管旋 喷桩， 目测显示只在虚桩上部6m位置处芯样不连续， 连续芯样经试验室检测显示渗透系数符合设计要求， 为后续坑中坑的开挖提供了保障。另外， 施工完成后 对停止工作的降水井深度进行了测量， 与双高压三重 管旋喷桩施工前对比没有异常； 同时从井底取水样观 测颜色和味道亦未见异常， 可以判定旋喷桩施工喷射 出的水泥浆没有随地下水流动。 4结论 （1） 为了确保中密密实、 强渗透性的特殊砂层中 止水帷幕的止水效果， 改进传统三重管旋喷桩施工工 艺， 改用一根喷空气、 两根喷水泥浆的三重管旋喷桩施 工工艺， 即把传统的单高压三重管旋喷桩施工工艺改 成双高压三重管旋喷桩施工工艺。 （2） 为了进一步确保双高压三重管旋喷桩施工而 成止水帷幕的止水效果， 采用控制旋喷桩周围地下水 位面的配套措施。 参考文献 [1]莫茗钧.高压旋喷桩止水帷幕在基坑支护中的应用[J].西部 探矿工程,2017814-16. [2]周云东,张书涵,王虎.倾斜地表下地下连续墙泥浆护壁稳定 性分析研究[J].河南科学,2018,363413-418. [3]郭孟林.龙门县工人文化宫地基高压旋喷施工技术应用[J]. 西部探矿工程,2019824-26. [4]胡光云,余日勇,胡一池.城市中心超深基坑工程变形控制的 设计[J].山西建筑,2009,351989-90． [5]其米旺姆,李守德.刚性桩复合地基边桩效应的模型试验研 究[J].河南科学,2019,372230-235. [6]李云霞,李琰,赵争艳.广场工程深基坑支护设计与施工[J].西 部探矿工程,2016104-8. [7]中国建筑科学研究院.JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程 [S].北京中国建筑工业出版社,2012. [8]胡安峰,张光建,王金昌.地铁换乘车站基坑围护结构变形监 测与数值模拟[J].岩土工程学报,2012,34S177-81. [9]王平,王卫东,王子江.深基坑支护技术指南[M].北京中国建 筑工业出版社,2012. 26