高压旋喷桩对周边管线的影响

2011-07-09朱锦峰

山西建筑 2011年29期

朱锦峰

如今随着城市建设的加速发展，高、大、深结构不断涌现，相应地深基坑工程的数量和规模也迅速增大，如高层建筑深基坑、大型管道深沟槽、地铁工程基坑、大跨度悬索桥坑、城市隧道端头井等。在科技发达的社会大背景下，客观条件决定越来越多的城市超深基坑工程必须在原有密集建筑物的包围之下进行施工，这就决定了不仅需要对基坑的变形控制严格规范，而且对周围水位、管线等的控制更加苛刻。下面通过讨论中山医院地下通道工程始发井位置三重高压旋喷桩施工对周边管线的影响，为以后的设计和施工提供经验。

1 工程概况

中山医院肝肿瘤及心血管病综合楼地下通道工程过枫林路地下通道采用顶管法施工。顶管始发井位于枫林路东侧(1-N轴～1-M轴部位)，并与主体结构相连接，顶管接收井位于枫林路西侧。

始发井基坑外包尺寸长约13.56 m，宽度约为12.70 m，深度为11.95 m，接收井基坑外包尺寸长约13.10 m，宽度约为12.30 m，深度为11.72 m。两个工作井均采用 φ850SMW工法桩围护，φ850三轴搅拌桩长度为26 m，水泥掺入量为20%，桩体强度不小于1.20 MPa，内插H700×300×13×24型钢，型钢长度为26 m。

基坑坑内选用φ850三轴搅拌桩满堂加固，坑底5 m以下水泥掺入量为20%，加固后土体强度不小于1.0 MPa，坑底以上部分水泥掺入量为7%。坑位洞口加固选用φ700@1 000双轴搅拌桩加固，加固体与工法桩之间采用φ800@600三重管高压旋喷桩，旋喷桩桩长为16 m，水泥掺入量为450 kg/m3。基坑平面图如图1所示。

图1 基坑平面图

基坑范围内地基土层自上而下主要分为七层，地下水位深约为1.2 m。土层分布如下:①杂填土:土质杂，平均厚为1.35 m;②1褐黄色粘土:夹薄层粉性土，平均厚为1.58 m;②2灰黄色淤泥质粉质粘土:夹薄层粉性土，平均厚为0.90 m;③灰色淤泥质粉质粘土:夹薄层粉性土，平均厚为2.53 m;④灰色淤泥质粘土:夹薄层粉性土，平均厚为9.07 m;⑤1-1灰色粘土:夹薄层粉性土，平均厚为6.85 m;⑤1-2灰色粉质粘土:含有机质，夹薄层粉性土(未钻穿)。

顶管工作井基坑坑底位于④层土。顶管主要位于④层土，顶部约有1 m～2 m范围内位于③层土。

2 高压旋喷桩加固设计

2.1 高压旋喷桩加固基本原理

三重管法是利用三重注浆管钻进到土层的预定深度后，通过在管底部侧面三重喷嘴，同时喷射出高压水和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体，另用泥浆泵喷射水泥浆，进行搅拌。

2.2 设计主要技术参数

被动区加固与围护地下连续墙完成后，两者之间(坑内)采用φ600@400旋喷桩加固连接;地下连续墙外侧墙幅之间采用φ800@500旋喷桩止水，每个接缝处设置3根，形成“品”字形。

水:压力20 MPa～30 MPa;流量80 L/min～120 L/min;喷嘴孔径2 mm～3 mm;空气:压力不小于0.7 MPa;流量1 m3/min～3 m3/min;喷嘴环隙1 mm～2 mm;浆液:压力3 MPa～8 MPa;流量70 L/min～150 L/min;喷嘴孔径2 mm～3 mm;水灰比1;注浆管:提升速度10 cm/min～25 cm/min;旋转速度10 r/min～20 r/min。

3 高压旋喷桩施工

3.1 定位

确定旋喷桩桩位，桩位放样误差小于5 cm，并报甲方及监理检验复核。

3.2 成孔

旋喷桩位放好并经复核合格后，旋喷桩机就位，成孔为旋喷桩机自成孔，成孔时用水平尺检查钻机机架垂直度，桩机垫平垫稳，钻进中不得发生倾斜和移动，垂直度偏差小于1/100(用水平尺检查钻机机架水平度来控制)，确保桩间距和邻桩桩体搭接。

3.3 旋喷注浆作业

以高压水泵等高压发生装置喷射出30 MPa左右压力的水，浆液从泥浆泵内喷嘴中高速喷出，压力达到3 MPa～8 MPa，并用0.7 MPa左右压缩气从外喷嘴中喷出。在高压水和它外圈环绕气流共同作用下，破坏土体的能量显著增大，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土体中形成圆柱状固结体。

3.4 回灌

因旋喷桩成桩后桩顶可能有一个收缩过程，喷射灌浆完毕后，应继续向孔内灌注水泥浆液，保证桩体顶标高。

3.5 清洗、移位

喷浆成桩结束后，拔出钻杆，同时用清水清洗送浆泵，钻杆及输浆管道等，然后移位，进行下一根桩的施工。

4 旋喷桩施工对周边环境的影响

4.1 周围管线布置情况

在始发井西侧毗邻枫林路，道路下面及两侧管线布置较复杂，主要包括上水 φ300、上水 φ150、雨水 φ300、雨水 φ1 200、煤气φ300、煤气φ250、电话18孔、电力4孔等地下管线。

4.2 对周围环境的影响情况

始发井西侧高压旋喷桩总数共计22根，根据跳跃式的施工工艺，在施工第15根高压旋喷桩时，地基隆起幅度较大，且隆起范围较大，远远超过管线报警值。

为反映旋喷桩施工对西侧周边管线影响的主要规律，现取西侧离始发井最近的电力管线检测数据进行分析如下(见图2)，并作隆起影响范围分析(见图3)。

从图2可以看出，管线的隆起位移均远远超过10 mm的警戒值，位于基坑西侧中部D2检测点的隆起值更是达到200 mm的高峰。在施工后的第二天由于旋喷桩的返浆作用，周边管线隆起急剧增大。

从图3可以看出，管线隆起最高点不是在旋喷桩桩位处，而是距离桩位2 m处，与实际比较相符，这是因为施工时返浆主要集中在2 m～3 m。

图2 西侧枫林路管线隆起随时间变化曲线

图3 西侧旋喷桩施工影响范围

以规范规定管线位移±20 mm为报警值，从图3可以看出，西侧旋喷桩施工影响范围达到了10 m之远。因此在旋喷桩施工过程中要特别注重施工要点，才能有效的减小施工过程中对周边环境的影响。

4.3 处理措施

1)采取压顶注浆的方法进行注浆，减小了注浆时对土体的冲击力;2)沿场地内侧开挖一条2 m深的减压槽，以减轻旋喷桩对周边管线的挤压作用;3)对注浆压力及喷头的提升速度相应的减小;4)及时冲刷旋喷时冒出的浆液，用泥浆泵抽离加固区;5)从图2可以看出，旋喷桩施工后的第三天由于采取以上的措施，施工时地面隆起时有波动，但已有明显的缓解，使施工处于良好的可控状态。