排水固结与搅拌桩在基础处理中的应用

张志昂，赵 辉，郑明光

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276000）

东营市王庄灌区续建配套与节水改造工程主要位于利津县陈庄镇、汀罗镇，盐罗分干桩号6+861～9+370（八东支渠至永新河倒虹末端）。工程全长2.5 km，包括渠道衬砌工程、盐罗分干穿永新河倒虹吸、口门、拆除卢家园节制闸新建生产桥、支渠进水闸等。在降水施工中，考虑到倒虹吸施工场地覆盖河流冲积的黏土、粉质黏土、粉土及粉细砂，沉积有序，总体呈现土、砂循环的沉积韵律。场区黏土及粉质黏土为相对隔水层，将施工场地覆盖区地下水分为3层。潜水区以孔隙水形式存于地表，微承压水与承压水区为主要含水层。本工程基础为软弱地基和特殊土地基，为使基坑底形成一个干燥、便于人工作业的工作面，针对实际地质情况，需要进行地基处理。

1 基础处理方案比选

根据王庄灌区地形、地质条件、水头等情况，初步确定2种基础处理方案。

方案一：排水固结法。在建基面上游采用全段围堰法导流，四周设置深井、轻型等竖向排水体，然后预先加载或利用建筑物本身重量分级逐渐加载，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结。

方案二：胶结法。利用水泥浆液、黏土浆液或其他化学浆液，通过在基础灌注压入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质。排水采用明排法，四周开挖排水沟，堆积碎石编织袋、设置护栏阻挡随承压水流入建基面的黏土、粉质黏土、粉土及粉细砂，用潜水泵将排水沟中的清水排出。

经过反复分析论证，方案一实际由排水系统和加压系统两部分共同组合而成。降水系统通常采用电渗井点、轻型井点、深井井点、管井井点等方法，加压系统则主要采用堆载预压和真空预压。排水固结法的应用条件，除了要有砂井的施工机械和材料外，还必须要有预压荷载、预压时间、适用的土类等条件。预压荷载是其中的关键问题，因为施加预压荷载后才能引起地基土的排水固结。然而施加一个与建筑物相等的荷载较难，小则几千吨，大则数万吨，没有条件施加预压荷载；方案二改善了地基土的物理和力学性质，然而由于开挖深度在4 m以上，建基面周围水压力较大，单纯依靠堆积碎石编织袋、设置护栏无法阻挡随承压水流入建基面的黏土、粉质黏土、粉土及粉细砂，会给后续主体施工带来极大困难。

因此，在施工中考虑两种方案的综合应用，用胶结法中搅拌桩代替排水固结的加压系统，及采用降水井降水、轻型井点降水与粉喷桩综合地基处理方案。

2 施工工艺

2.1 填筑施工平台

根据施工现场条件，回填材料采用开挖弃土。采用15 t或20 t汽车将弃土运至安装平台处，进占法卸料，结合部位采用后退法卸料，采用ZL50装载机辅助PC230挖掘机将石碴推平，每层填筑厚度为50 cm，然后采用PC230挖掘机来回行走，压实弃碴。压实完一层后，进行下一层的填筑，填筑后再压实。

2.2 粉喷桩施工

1）钻机定位：将桩机移动到指定桩位。为保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位偏差不大于50 mm，导向架和搅拌轴应与地面垂直，垂直度的偏差不应超过1.5%。2）钻进搅拌：开启主空压机，打开送风管道，钻机正转下沉，风压控制在100～150 kPa，匀速钻进至桩的设计底标高。3）喷粉提升搅拌：开启副空压机，将料罐压力与送灰管压力调至正常，开阀喷粉并提升。搅拌头提升至设计桩顶标高以上200～500 mm后停止喷粉。然后再重复钻进下沉和喷粉提升各一次，即复喷复搅。4）成桩完毕：将钻头提升至地面，成桩完毕。

2.3 降水井降水

基坑开挖前在底板高程较低的3#、4#、5#箱涵两侧布置14口25 m深降水井。主要施工工艺为：1）钻孔。由于该地区土质较松软，采用回旋钻机成孔。2）井管制作。井管中的滤管段采用无砂滤水管，透水面积不小于20%。3）下管及滤料。井深达到设计要求后，将孔内泥浆用清水逐渐循环稀释到比重为1.05以后，立即居中下管，每节管的接头处包2层尼龙网。下完井管以后，应立即下滤料，滤料的高程超过含水层顶高程20～30 cm。然后用黏土球封填。4）洗井。采用抽水法洗井。滤料填完以后，立即下泵进行抽水，抽至水清后再持续抽12 h，如水继续保持清澈即可认为井合格。5）下泵。应采用质量较好的水泵。

2.4 轻型井点降水

根据现场具体情况，本工程经常性排水采用轻型井点降排水工艺。井点管应在开挖工作面前埋设，安装前需计算井点管的埋设深度。

式中：H为井点管的深度，m；H1为井点埋设面至基坑底面距离，取6.0 m；h为基坑中央最深挖掘面至降水曲线点的安全距离，取0.5 m；L为井点管中心至基坑中心的短边距离，取3 m；i为降水曲线坡度，取1/5；l为滤管长度，取1.4 m。

经计算得H≥8.5 m，取9 m。

基本安装程序：1）安装顺序。 井点放线定位、安装高位水泵、凿孔安装埋设井点管、布置安装总管、井点管与总管连接、安装抽水设备、试抽与检查、正式投入降水程序。2）井点管埋设。用绞车将简易井架移到井点位置，将套管水枪对准井点位置，启动高压水泵，水压控制在0.4～0.8 MPa，在水枪高压水射流冲击下套管开始下沉，并不断地升降套管与水枪。3）冲洗井管。将15～30 m的胶管插入井点管底部进行注水清洗，直至水清。4）管路安装。首先用胶垫螺栓把干管连接起来，主干管连接水箱水泵，然后拔掉井点管上端的木塞，再用10#铅丝绑好，作好冬季降水防冻保温。5）检查管路。检查集水干管与井点管连接的胶管的各个接头在试抽水时是否有漏气现象。

3 开挖成果

轻型井点管网全部安装完毕后进行试抽。当真空度达到550 mmHg(73.33 kPa)，方可进行正式投人抽水。开机后7 d将形成地下降水漏斗，并趋向稳定，土方工程可在降水10 d后开挖。

经过基础处理，开挖后建基面干燥，地基强度特性、变形特性、渗透特性等符合设计要求，为后续主体工程的施工打下良好基础。

4 结语

井点降水结合粉喷桩的软基处理工艺，通过降低地下水位的形式，提高深部地基土的承压强度，工艺简单、造价低廉、维护简便，与传统排水固结法相比优势突出，并且充分发挥了井点降水和胶结法各自的优点，地基处理效果良好，具有明显的经济、社会效益。

[1]建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]陈仲颐，叶书麟.基础工程学[M].北京：中国建筑工业出版社，1990.

[3]叶书麟.地基处理[M].北京：中国建筑工业出版社，1988.

[4]林宗元.岩土工程治理手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1993.