高压喷射灌浆工艺在城市工民建中的应用

张晓鹏,游 萍

(1.山东水务众兴建设发展有限公司,济南,250014;2.四川省电力职业技术学院,成都,610072)

1 工程概况

某小区位于济南市天桥区三孔桥街,北靠繁华的北园大街,南临大明湖、五龙潭公园,周围生活设施齐全,是一个无污染全电气化的水景生态社区。项目总占地10.2hm2,规划建筑面积23.56万m2,绿化率达45%,是目前首屈一指的大型中高档楼盘。

济南素有泉城的美誉,市区内名泉众多,地下泉脉更是错综复杂,要保证泉水的常年喷涌,控制地下水的开采和排放是关键。另一方面,该小区位于老城区内,新建的建筑物周围有很多老房、危房和一些名胜古迹等,这些建筑物因为年代比较早,基础形式比较简单,根本经不起地下水位的过大变化,若不采取措施,在基坑降水时周围建筑物就会因沉降不均匀造成破坏。为了保护周围建筑物的安全,本项目采用了水利工程上比较常见的高压喷射灌浆工艺进行地基加固施工。经过分析论证,总体的施工方案是用高喷帷幕墙将拟建的楼座全部封闭起来,主要作用是:①在基坑降水时能大大减少地下水的排放量;②对降水影响半径范围内已有建筑物进行保护,避免因降水引起的较大沉降而导致破坏。

2 工程地质概况

在建设场区内地层,上部以第四系河流冲积层的粘性土为主,下伏燕山期闪长岩侵入体风化带,自上而下地层分布情况如下:①素(杂)填土:褐黄～黄褐色,软～可塑,湿,以粘性土为主,含砖屑、煤渣、碎石等,厚度1.4m～3.8m;②粉质粘土:褐黄色,软～可塑,湿。层底深度2.2m～4.5m;③粘土:黄褐～褐黄色,可塑,湿。层底深度3.6m～5.9m;④粉土:黄灰～灰色,很湿,稍密,含有机质,振动析水。层底深度4.6m～6.4m;⑤淤泥质粘土:浅灰～灰色,软～流塑,饱和,含有机质。层底深度5m～6.5m;⑥粉质粘土:灰～灰黑色,可塑,湿。含有机质,局部粘粒含量高,层底深度5.8m～8.2m;⑦粘土:灰褐色,可～硬塑,湿。含铁锰氧化物,层底深度6.7m～9.7m;⑧粉质粘土:灰黄～褐黄色,可塑,湿。姜石(卵石)含量高,为姜石(卵石)透镜体。层底深度8.3m～11.1m;⑨粉质粘土～姜石:微棕黄色,可～硬塑,湿,含铁锰氧化物,少量姜石。姜石层呈不规则状,粒径1cm～7cm,含量50%～85%,层底深度10.3m～12.5m;⑩粘土:棕黄色,硬塑,湿,含铁锰氧化物及其结核,少量姜石、卵石、圆砾。渗透系数1×10-6cm/s,比其上的各地层的渗透系数都小,因此在该工程中就以此层作为帷幕墙的基础。

3 设计参数

在该工程中,采用三管法小角度摆喷法灌浆,主要设计参数有孔距、水压、气压、摆动频率、提升速度等,设计指标见表1所示。高压喷射灌浆帷幕墙连接形式见图1。

表1 高压喷射灌浆帷幕墙施工参数

图1 帷幕墙连接形式示意

4 施工方法

4.1 施放孔位轴线

在工民建领域中,高喷帷幕墙轴线基本都是在基坑的周边位置。因此在孔位轴线施放前,要参考基坑的支护方案,尽可能将轴线布置在土钉末端外,避免土钉施工时穿透帷幕墙,破坏帷幕墙的整体性。

4.2 施放孔位

在高喷帷幕墙的施工轴线上,按设计参数准确施放孔位;在轴线拐点处的孔位,要根据拐点处的喷射方向做适当调整。如果是内角搭接,可以按设计参数施放孔位;如果是外角搭接,则要减小孔距布孔,以保证帷幕墙可以搭接上。

4.3 造孔

将XY-2型地质钻机(该钻机具有机身重、钻杆粗、回转运行稳定、工效高、成孔垂直度高等优点)移至孔位装上钻具,对准孔位中心后用水平尺测量钻机水平度,以保证成孔的垂直度,并在钻进过程中随时检查钻机的水平情况,保证孔斜率不大于孔深的1.5%。若成孔未能满足设计要求,则必须重新扫孔,直至满足要求,以保证喷射管可以顺利地到达喷射位置。

4.4 喷射灌浆

移动高喷台车(该台车由我单位自行研制,具有全液压控制、自动步履、自带监控平台、提升高度大等优点)至孔位,安装调试高压水泵、空压机、高压台车监控平台等各种辅助设备并进行试运转。开始喷射前,在孔口作高压水试喷,并检查各设备是否达到设计要求(如水压、气压、浆液比重、摆喷角度、提升速度等),一切准备就绪后开始下放喷射管,开始喷射灌浆。

4.5 回灌

这是高压喷射灌浆的最后一道工序,也是非常重要的一道工序,回灌质量的好坏直接影响帷幕墙的成墙质量。因此在喷射结束后,一定要及时用符合设计要求的浆液进行回灌,直到回灌的浆液不再下沉为止,以避免因浆液排水固结引起帷幕墙顶部出现塌陷。

5 主要质量环节控制及检查

5.1 水压力的控制及检查

水压力的大小直接影响喷射范围的大小,关系到Ⅰ、Ⅱ序帷幕墙是否能搭接上的关键参数。因此,在施工过程中要严格控制水压力的大小和范围,要求水压力均匀,不同孔之间水压力不能有太大的变化,避免墙体厚度不均。所以在喷射过程中要时刻检查水压力值。

5.2 浆液的制备

该工程制备浆液的主要材料为32.5#R普通硅酸盐水泥。为保证浆液的质量,制备过程采用的是二级搅拌站方式,原因有两个:一是在一级搅拌站使回浆能得到充分利用,减少弃浆的排放,有效保护环境;二是在二级搅拌站使浆液充分搅拌均匀,便于施工。

5.3 提升速度和摆动频率的控制及检查

提升速度和摆动频率是确保墙体均匀性和完整性的重要参数指标,必须严格按照设计参数进行控制和检查,才能确保在施工工程中土体能得到彻底的劈裂。

5.4 钻孔取芯及开挖检查

该工程帷幕墙主要起防渗作用,要求帷幕墙底必须插入相对不透水层(第⑩层粘土层),且不小于1m。在钻孔过程中必须保证钻入粘土层,个别孔还要取出连续完整的粘土芯样进行检查。帷幕墙的连续性,可以采用在施工轴线上的开挖方法直观检查。

6 常见故障及处理措施

6.1 不冒浆或断续冒浆。若因土质松软造成,可适当复喷,复插深度不小于0.5m;若因地层灌浆量比较大造成孔口不返浆,则要关闭提升装置原位灌浆,直至孔口返浆。

6.2 大量冒浆压力稍有下降。注浆管可能被击穿或有孔洞,应拔出注浆管进行检查。

6.3 压力骤然上升。喷嘴或管路被堵塞,应对注浆管进行检查并清理其中的杂物。

6.4 浆液灌注流量不变而压力突然下降或排量达不到要求。可能存在泄漏现象,应检查阀门、活塞缸等零件是否磨损过大;吸水管道是否通畅、是否漏气;喷嘴是否磨损严重等。

7 结语

通过对施工过程全程的观测,增加帷幕墙后的基坑降水排水量只有传统降水方式排水量的1/5～1/8;专业测量单位对周边建筑物进行了全程跟踪观测,沉降值极小且均匀,建筑物安然无恙,帷幕外侧观测井的水位变化较小。

高压喷射灌浆工艺在该工程中只是一次简单的应用,但却解决了减少地下水排放和保护周边建筑物的双重作用,解决了城市发展与环境保护之间的矛盾,是一种造价低且有效的措施,值得我们大力推广。