深基坑止水帷幕三重管双高压旋喷桩施工技术

□文/刘胜永

深基坑止水帷幕三重管双高压旋喷桩施工技术

□文/刘胜永

通过天津市西站建设工程第十二标某地铁站为实例，介绍地铁深基坑围护结构地下连续墙接缝处外侧采用三重管双高压旋喷桩为止水帷幕的施工工艺和质量保证措施，采取的技术、措施取得了较好的止水效果，在深基坑开挖过程中地下连续墙接缝达到不漏水，确保深基坑开挖的施工安全质量。

深基坑；旋喷桩；止水帷幕；三重管；双高压

1　工程概况

天津市西站建设工程十二标某地铁站，建筑面积1.4万m2，基坑深度最深28m，围护结构采用深50 m、厚1 m地下连续墙，接头形式为工字钢，地下连续墙接缝处外侧采用高压旋喷桩为止水帷幕，每个接缝3根φ800mm@500mm旋喷桩，长度为40m。

通过调查，普通工艺旋喷桩成桩质量及各项指标难以满足设计要求。结合工程实践，本工程采用三重管双高压旋喷桩施工。

2　工程地质条件

地层由上至下分为9层，1～3层土层厚度为1～3m，主要以杂填土和粉质粘土为主；3～5层主要以粉质粘土和粘土为主；5～7层土层主要以粉土和粉砂为主；7～9层主要以粉质粘土和粉砂为主。

同时场区地下水位在地表下0.4～1.5 m范围内，地下水位较高，微承压水稳定埋深有两层，一层在地表以下20～30 m，二层在37～42 m，地下连续墙深入第二层微承压水隔水层，根据基坑深度主要关注62、64层，其特点在该层以粉土、粉砂为主，地下连续墙接缝易漏水涌砂，基底易产生涌砂和管涌等不利因素，见图1。

图1　工程地质条件与开挖面相对关系

3　三重管双高压旋喷桩施工原理

3.1施工原理[1]

地下连续墙接缝外侧止水帷幕采用三重管双高压旋喷桩，是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至地层的预定位置后，将包裹压缩空气的高压水流和包裹压缩空气的高压水泥浆流分别通过喷射器上、下部的喷嘴喷出，上部的高压水喷射流先对土体进行一次切割破碎，再将水泥浆液通过钻杆下部的喷嘴，向四周以高速水平喷入土体冲击力切削土层，而且水、气同时作用于土体，增强了破坏土体的能力，钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀、具有一定强度的桩体，从而使地层得到了较好的加固和止水效果，见图2。

图2　三重管双高压旋喷桩施工原理

3.2主要设计参数

根据本工程的地质特点，三重管双高压旋喷桩的主要设计参数见表1。

表1　主要设计参数

根据试桩的检验成果来看，各项参数要根据地层的不同而改变，由于粉质粘土和粘土层中夹有大量粉土透镜体，储水量较高，水压在30 MPa左右，提升速度10 cm/min，喷浆量70 L/min，每延米浆液用量为1 050 L。粉砂和粉土相对土体渗透性好，水压就要提高至35 MPa左右，提升速度8 cm/min，喷浆量70 L/min，每延米浆液用量为800 L，按1∶1的水灰比，每延米水泥用量在0.664～0.888t。

根据试桩成桩记录，绘制出了成桩深度与时间曲线见图3。

图3　成桩深度与时间曲线

4　三重管双高压旋喷桩施工工艺

双高压喷射注浆的施工机具包括钻孔机械和喷射注浆设备两类。根据现场的工程地质条件，引孔采用H GY-300深型地质钻机成孔，造孔时岩芯管长度＜2.0 m，喷浆采用三重管钻机。

4.1工艺流程

平整场地、测量定位→钻机就位→引孔钻进→终孔移位→旋喷机就位→下旋喷管→提管旋喷→终孔移机。

4.2施工步骤

4.2.1测量定位

高压旋喷桩施工在两幅墙接缝处进行施工。探明两幅墙接缝处具体位置，在地下连续墙接缝处由中线往外左右各50 cm，距离地下连续墙边外返40 cm处，设置3根桩位。

4.2.2钻机就位

缓慢移动至施工部位，由专人指挥，用水平尺和定位测锤校准桩机，使桩机水平，钻杆应与地面垂直，为保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位对中误差≯50mm。

4.2.3引孔钻进

从导墙顶板引孔至地面下35 m。每一接缝处的旋喷桩先引一孔，接着在其相邻接缝处再同样引一孔，待前一接缝已引孔处施工完高压旋喷桩后再返回该接缝处引另一孔；以此重复施工。

钻孔过程保持钻孔垂直，钻孔垂直度偏差不得大于H/400（H为导墙高度）。

4.2.4浆液制备

高压旋喷桩的浆液，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆液配制严格按设计要求控制为水灰比1∶1，密度1.50～1.55kg/m3。按设计水灰比计算出每罐投入的水泥及用水量，严格按计算出的水泥量及用水量投入。

浆液用量Q=qt（1+β）

式中：q为单位时间的喷射量；t为每根桩的喷射时间；β为损失系数，取0.1～0.2。

每延米喷射时间t=L/V=100/（8～10）=12.5～10（min），每延米水泥浆液用量（体积）Q=70×（12.5～10）×（1.1～1.2）=770～1 050（L），水泥浆液密度=1.512g/cm3=1.512 kg/L，每延米水泥浆液质量M=Q×ρ=（700～1050×1.512=1058.4～1587.6（kg）。

根据现场高压旋喷桩试验桩实际施工情况，确定每延米水泥量为800kg。

先加水，然后加水泥，每次灰浆搅拌时间不得少于5 min，水泥浆应在使用前1 h制备，浆液在灰浆拌和机中要不断搅拌，直到喷浆前。拌浆台设专人负责，固定拌浆操作程序，减少操作失误并将配合比标牌挂在搅拌台醒目位置。喷浆时，水泥浆从灰浆拌和机倒入集料斗时，过滤筛，把水泥硬块剔出。

4.2.5下旋喷管

引孔至设计深度后，拔出岩芯管并换上喷射注浆管插入预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，要边射水边插管，水压不得超过1 MPa，以免压力过高，将孔壁射穿，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以防泥土进入管内。

4.2.6旋喷提升

当钻孔及浆液配置全部完成后，将注浆管放入到设计底标高深度，开启高压清水泵、高压注浆泵和空压机，检查各施工参数是否符合设计要求。开启提升装置，旋转并提升注浆管直至设计顶标高。提升过程中卸管后继续喷浆时复喷搭接长度≮100mm，以确保旋喷桩质量。

4.2.7钻机移位

旋喷提升到设计桩顶标高时停止旋喷，提升钻头出孔口，清洗注浆泵及输送管道，然后将钻机移位。

5　质量保证措施

5.1严控注浆压力和提升速度

针对“钻头提升过快和旋喷压力过小”的现场施工控制问题。双高压旋喷桩施工前，首先现场做试验桩，28 d后对试验桩钻芯取样，如其无侧限抗压强度满足设计值1.5MPa要求，则可开始施工。专人负责桩位的定位放样，钻孔前需要复核孔位，误差≯50mm。

加强双高压旋喷桩的施工过程控制，严格执行双高压旋喷桩设计所给的水灰比、控制喷浆、搅拌提升速度及重复搅拌时的下沉和提升速度、旋喷压力等技术参数并有专人抽检，做到每孔均有记录。

5.2钻孔垂直度的控制

1）安装钻机时应严格检查钻机的平整度和主动钻杆的垂直度，钻进过程应定时检查主动钻杆的垂直度，发现偏差应立即调整，如不能调整到满足要求的立即清场更新能够满足施工要求深型地质钻机引孔机械。通过加强对旋喷机械垂直度的控制，能够保证桩身位置的准确，加强止水效果。

2）定期检查钻头、钻杆、钻杆接头，发现问题及时维修或更换。

3）在软硬土层交界面，应低速低钻压钻进。发现钻孔偏斜，及时回填粘土，冲平后再低速低钻压钻进。

4）钻孔时必须有钻孔深度记录，技术人员要核对注浆管深度和钻孔深度是否相符，钻孔的垂直度必须等于或小于设计要求。

通过对钻孔垂直度的控制，保证了钻孔的垂直度满足设计施工要求，从而保证了双高压旋喷桩的质量。

5.3串浆和回浆处理措施

地层中空隙大不回浆时，增大注浆量，降低提升和旋转速度，提高喷射压力，更换大孔径喷嘴；回浆量过大时，减少注浆量，加快提升和旋转速度，以减少回浆量，通过调节喷射压力和注浆量，改小孔径喷嘴。

6　桩体质量检测

6.1桩体直径检测

旋喷桩成桩7d后进行桩体直径检测，检测时将桩体顶部1 m左右的桩体剥离出来，采用尺量的办法，测量桩体直径。要求桩体直径不小于设计值。

6.2桩体完整性检测

旋喷桩成桩不少于28 d后进行桩体完整性检测，采用钻芯取样检测，检测数量不宜少于总桩数的2%且不得少于3根。

6.3桩体抗渗检测

旋喷桩成桩28后可进行桩体抗渗检测，采用钻孔压水法检测。

7　结论

1）场地土层分布不同，各项参数要根据地层的不同而改变，土体中如果含水量偏大，如不及时调整参数由此造成桩体强度偏低且增长缓慢。

2）通过对施工人员的管理培训、机械的施工管控，提高施工工艺过程的管理，解决桩体完整性差和桩位偏差过大的问题，节约了再次复喷的费用。

3）在后续施工中，进一步巩固双高压旋喷桩的施工质量措施，持续保持工序质量责任制度，加强施工管理人员的质量意识，确保现场施工质量。

[1]徐至钧，全科政.高压喷射注浆法处理地基[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]GB0299—1999，地下铁道工程施工及验收规范[S].

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.020

□TU753.3

□C

□1008-3197（2015）01-57-03

□2014-09-10

□刘胜永/男，1978年出生，工程师，中铁一局天津建设工程有限公司，从事地铁施工管理工作。