基坑止水帷幕优化设计探讨

2014-02-18李金星

城市建设理论研究 2014年5期

关键词：设计优化

李金星

摘要：止水帷幕是利用水泥土（喷浆）搅拌桩相互咬合而成的封闭交圈的帷幕，它的主要作用是阻挡帷幕以外的地下水。本文结合工程实例对基坑止水帷幕的优化设计进行简单探讨。

关键词：基坑止水；止水帷幕；设计优化

中图分类号： TV551.4 文献标识码： A

一．前言

随着我国的人口的不断增加、人均收入的不断增长以及城市化的进程进一步加快，客观上推动了我国的建筑业的迅猛的发展。房建工程深基坑施工过程中，必须采取有效措施处理好地下水问题，这是因为地下水处理的好坏直接关系到整个基坑开挖工程能否顺利进行。为了确保深基坑在开挖过程中能够一直保持“干”状态，将地下水土流失给附近环境带来的影响降到最低，就需要保证整个基坑工程的施工质量，而最好的处理方式是在整个基坑的外围区域以及基底位置根据实际情况设置竖直或者水平的止水帷幕，进而满足止水需要。

二.工程概况

本工程总用地面积约14060m2，总建筑面积约70300m2；地下两层，地上三十四层住宅楼3栋、十四层公寓楼1栋、十七层办公楼1栋；+0.000m相当于绝对标高40.5m，地下室底板的底标高-10.3m相当于绝对标高30.2m；基坑支护总长度约490m。建筑场地岩土层从上至下为：人工填土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、圆砾、第四系残积粉质粘土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。勘察期间，场内各钻孔均遇见地下水。地下水分为两种类型：上部填土层中的上层滞水和下部圆砾层中的孔隙承压水。上层滞水主要接受大气降水和地表生活排水的补给，其水量较小，无稳定水位，基坑土方开挖时采用明沟排水；下部圆砾层的孔隙水与白沙井水系有水力联系，测得圆砾层中稳定水位28.9～35.3m，渗透系数10.5～12.3 m/d，平均值为11.4m/d，为强透水性地层。基坑下部土方开挖和主楼桩基施工需要考虑排水、止水措施。勘察单位提供的抗浮设防水位为37.0m，基础设计须考虑抗浮设计。

三.止水帷幕的方案设计

1.止水帷幕的设计原则。

设置止水帷幕是为了阻止地下水从基坑侧面或者底部渗入坑内，从而影响基坑的正常施工。在基本上满足基坑干作业的前提下，止水帷幕可以允许少量渗流进入基坑，用明排疏干渗入地下水，这样设置止水帷幕符合经济节约的原则，在加强监控，信息法施工控制下，能达到既经济又安全的目的。对于桩锚支护，在支护桩间布置帷幕桩，填补支护桩间的空间，共同组成既挡土又挡水的连续竖向构筑物。

2.止水帷幕的设计。

基坑支护使用上部土钉墙+下部桩锚的方式，止水帷幕使用高压旋喷桩。

（1）止水帷幕的厚度。

一般情况下，如果止水帷幕比围护桩的插入深度浅，则其只需要不开叉、不渗漏，起到止水作用就可以了，由围护桩来承受侧压力。工程在两棵护坡桩之间安置一个高压旋喷，其深度由护坡桩及高压旋喷桩直径小者来确定。

（2）止水帷幕的深度。

止水帷幕深度由土层分布、围护结构、基坑降水方案以及环境条件共同决定。工程槽底以下均为隔水层，止水帷幕按照落底式止水帷幕进行计算。

3. 止水帷幕的必要性。

本工程填土中的上层滞水的水量虽不大，对基坑土方开挖影响也较小；圆砾层具有强透水性，且与白沙井水系有水力联系，地下室基坑土方开挖和桩基施工都要进入或穿过圆砾，若不进行止水及降排水设计，将出现涌水涌砂对基坑支护本身、甚至对周边的建筑物、道路产生开裂或塌陷的危害，危及其安全。因此基坑需要设置止水帷幕。

三.基坑止水帷幕优化设计

1. 止水帷幕设计方案比选

拟采用的止水帷幕设计方案有：

①三重管高压摆喷止水帷幕方案；

②钻孔灌注桩加花管注浆止水帷幕方案；

③花管注浆止水帷幕方案。

方案①在圆砾层中钻孔难度大，效率低；需要大型施工设备，材料尤其是水泥浪费多，水电消耗量大，工程造价较高；如遇到喷嘴附近有卵石遮挡，将使帷幕不连续，造成止水效果欠佳；施工产生的废水废浆多，费时费钱，占用的施工场地面积较大。

方案②较方案①造价较低，止水效果可靠，但由于在较厚的圆砾层中钻孔，难度较大，工效较低。

方案③是当基坑开挖和支护至圆砾层之上2.0m左右时，沿基坑底边线，采用小型钻机钻ψ45的小孔，并将钻头和钻杆留在孔内作为注浆管，采用分段高压注浆工艺，使浆液在压力条件下，较均匀地扩散入土层，形成连续帷幕达到止水目的。这种注浆工法的特点是：钻孔和埋设注浆管一次完成，不用泥浆护壁，不用担心垮孔；钻孔、制浆、注浆可实现流水作业，实现劳动力和设备的优化组合，达到“优质、高效”的效果；所使用的小型钻机轻便、灵活，所需劳动力少，有利于工期控制，有利于根据现场地质条件的变化适时调整孔深孔距，便于信息化施工，确保施工质量。通过比较分析，本工程的基坑止水帷幕决定采用方案③，即花管注浆止水帷幕方案。

2. 施工技术要点

（1）钻孔时一般会借助地质钻机进行施工，一般会从地面的垂直地方开始钻孔，并且要尽量的将成孔的速度提高，通常速度越高，它的可靠性也就越大，这样也就能够更好地来控制整个钻孔的垂直度。

（2）由于注浆需要分段进行，这时候就需要根据地层的实际情况来选择它注浆时的参数，进而确保整个注浆加高的均一性得到进一步的提高，从而使得注浆的施工效果取得有力保障。

（3）施工人员在注浆时一定要双控指标进行定量和定压，只有这样才可以保证整个注浆的施工效果，并有效地避免地表呈现隆起现象。

3.止水帷幕施工应注意的问题：

（1）施工过程中由专人负责记录，记录要求详细、真实、准确。

（2）施工前应平整场地，地上、地下障碍物清除干净，做到桩机地基平整、坚实、稳固和适用。经复核后的搅拌桩轴线进行样槽开挖，样槽开挖深度：止水帷幕顶标高下0.5m左右，发现障碍物及时清除。沟槽挖好后，搅拌机根据定位准确就位，做到对号入座，同时利用搅拌机上设置的线锤和水平尺调整搅拌机的垂直度和水平度，确保搅拌机钻杆保持垂直。垂直度误差不应超出0.3%L（采用经纬仪跟踪）。桩机必须平直稳固，走管上任意两点的高差不可大于2cm。

（3）预搅下沉时，钻头转速控制在60rpm以内，钻速控制在0.5m/min，提升速度不大于50cm/min，预搅下沉电流控制在70A以内。

（4）在配制水泥浆液时，要求搅拌均匀，每桶水泥浆搅拌不小于2分钟，水灰比按0.45～0.55配制，水泥掺入比不小于17%，采用42.5级普通硅酸盐类水泥。

（5）在喷浆搅拌提升过程中，应做到送浆在前，提升在后。做到均匀提升，与注浆同步提升到顶，送浆不得中途停浆。

（6）提升过程中不得停止送浆，如果出现断浆情况，必须重新下沉到停浆位置以下0.5m，然后送浆搅拌提升，以确保桩体完整性。

（7）严格按设计要求及有关规范进行施工，搅拌桩钻进深度、水泥掺量等均应满足设计要求，桩位偏差不大于30mm，成桩垂直偏差不大于0.5%桩长。

（8）工程施工过程中应随时检查钻头直径，直径磨损不大于10mm。

（9）采用一喷二搅的施工工艺，以确保桩体水泥土充分的搅拌。

（10）施工完毕，整理好有关原始资料。

四.结束语

在基坑工程中，止水帷幕施工是一个非常重要的施工环节。为了提高止水帷幕的施工质量，满足基坑工程的要求，需要特别注意方案设计和施工技术的质量和水平。

参考文献：

[1]刘爱娟.基坑止水帷幕优化设计及工程应用[D].华北水利水电学院,2006.