SMW旋喷桩在水电站粉细砂层深基坑围护中的应用

2017-04-15钱运东

地下水 2017年1期

关键词：细砂防渗墙型钢

钱运东，张英

(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安 710016)

SMW旋喷桩在水电站粉细砂层深基坑围护中的应用

钱运东，张英

(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安 710016)

高压旋喷桩施工技术在建筑深基坑支护中应用广泛，在复杂地质条件与复杂施工环境下，SMW高压旋喷桩加固技术在水电站粉细砂层深基坑围护结构施工中的成功应用，为软弱地基地质条件下基坑开挖施工提供了一个经济合理、安全可靠的支护方案，通过SMW高压旋喷桩技术在水电站基坑围护结构中的施工，能有效解决因场地狭窄，环境复杂和变形限制严格等问题，加快施工进度，节约成本达到预期效果。为类似深基坑施工提供宝贵经验。

SMW桩；旋喷桩；深基坑；围挡

高压旋喷桩施工技术在建筑深基坑支护中已得到广泛应用，随着水利水电工程开发进程不断加快，工程所处的环境也越来越复杂，深基坑支护技术在水利水电工程中的应用也越来越多。内蒙古海勃湾水电站位于黄河上游内蒙古段乌海市，坝址区主要由第四系松散堆积物组成，上部土体以粉砂、细砂为主，下部以砂砾石为主，总厚度大于500 m，在如此复杂的地质条件下，如何保证开挖面周边结构物安全尤为重要,经过多项方案论证比较，最终确定采用高压旋喷桩内插型钢加强支护。

1 工程概况

海勃湾水利枢纽位于内蒙古乌海市，是一座以防凌、发电等综合利用的Ⅱ等大(2)型工程。枢纽由土石坝、泄洪闸、电站厂房等建筑物组成，右岸坝肩塑性混凝土防渗墙延伸段横跨天然气管道、高压电缆、市政电缆、光缆及路灯管线等，且沿江道路从施工区右侧(直线距离不足2 m)穿过，新建居民区楼房距右边线约50 m。

根据施工设计，右岸坝肩塑性混凝土防渗墙延伸段基坑开挖高程EL1 082～1 069 m，开挖至1069高程后开始进行塑性混凝土防渗墙施工，防渗墙底高程1 026 m，设计深度43 m。

项目右岸坝肩为粉细砂软土层，抗剪强度低，深基坑开挖时会对支护结构产生很大的侧向土压力，加上市政管(天然气主管道)线(光纤光缆等)、道路等横穿施工区且不能放坡。受施工条件影响，必须采取垂直开挖，为解决复杂施工环境深基坑施工，采用SMW旋喷桩技术，在水泥搅拌桩内插入型钢形成劲性桩，兼具良好的抗弯、抗剪和防水性能，有效地减少支护结构的变形，满足基坑工程的技术要求。SMW高压旋喷桩技术首次在海勃湾水电站复杂地质结构和施工环境基坑支护的成功应用，为类似工程提供宝贵经验。

2 工程地质

黄河海勃湾水利枢纽坝址地处黄河弯道段，河谷宽约 540 m，为不对称宽谷，河床高程1 064.0～1 066.5 m；平水期黄河水位约1 066.5 m，水深一般在0.5～2.5 m，主河槽宽度 400 m左右；河谷区为黄河冲积地貌类型，主要是河漫滩。河床表层为新近堆积的细砂、粉砂，松散至稍密，地层岩性是以粉砂、细砂为主，夹有砂砾石、中粗砂和粘性土夹层和透镜体的第四系松散堆积物。河道两岸均为土质岸坡，左岸为黄河Ⅰ级阶地，与乌兰布和沙漠相连，高程在1 069.5 m左右；右岸为黄河Ⅱ级阶地，岸边高程在1 078 m左右。

坝址区右岸主要由第四系松散堆积物组成，上部以粉砂、细砂为主，下部以砂砾石为主，总厚度大于500 m。右岸坝肩为第Ⅲ单元粉砂、细砂夹砂砾石和粘性土(Q3al+l)，其中粉砂临界坡降为0.31～0.32，细砂临界坡降为0.21～0.48；粉砂渗透系数为1.99×10-4(cm/s)，细砂夹砂砾石渗透系数为2.33×10-3(cm/s)，中等透水。

3 基坑开挖支护方案

设计要求右岸坝肩防渗墙施工设备布置及施工要求，防渗墙基础施工平台开挖底宽不小于10 m，深度13 m。根据工程所处施工环境，要求在保护好天然气管道和不破坏现场原有管线设施的基础上，保证现场构筑物及设施安全，为此只能采取垂直开挖，结合粉细砂层地质特性，通过多种方案比选，确定采用高压旋喷桩内插14#工字钢支护(简称SMW旋喷桩支护)方案进行开挖边坡防护，既能保证支护强度，又能满足防水要求。旋喷桩采用单排连续墙方式布置，搭接长度20 cm，轴线间距0.8 m，成桩直径1.0 m，嵌固深度0.4 h，最大深度18 m(顶高程1 082.00，底高程1 064.00)，旋喷桩内插12#工字钢。型钢尽量采用坡口帮焊，且单根工字钢接头不超过两个，相邻接头竖向位置相互错开2 m以上。

SMW高压旋喷桩施工完等强5～7 d，开始进行基坑开挖。天然气管道底部高程以上(约2 m厚度)人工开挖清理，管道底部至防渗墙顶部高程采用人工配合小型挖掘机开挖，每层开挖深度控制在2 m左右，至防渗墙设计施工高程后开始进行下部塑性混凝土防渗墙施工，再进行防渗墙顶部至坝顶高程混凝土截水墙施工，最后按设计要求分层碾压回填至坝顶高程。

4 SMW旋喷桩施工工艺过程

主要施工程序：施工准备——高压旋喷桩钻孔——喷射注浆——桩机移位——型钢插入——冠梁施工——质量检查。

4.1 施工准备

(1)施工前采用地质雷达探明地下管线埋深和位置信息,作好标记。尽量避开管线。

(2)清除旋喷桩施工范围内的垃圾和杂物,并进行地面平整压实，设置临时施工设施。

(3)使用全站仪等进行放样，对施工范围内的所有桩位进行测量定位,并做好明显、牢固的桩位标志。

4.2 钻孔

采用地质钻机钻孔，泥浆护壁。钻机就位时采用水准尺或罗盘定位，孔斜率偏差控制在1.0%以内，钻孔结束后采用量钻杆测量孔深或以下入旋喷管深度确定孔深。

引孔至设计深度后，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。

4.3 喷射注浆

高压旋喷灌浆采用三管法，桩钻机施工前，首先在地面进行试喷，在钻孔机械试运转正常后,开始引孔钻进。在下入或拆卸喷射管时应对喷嘴进行保护以防堵塞，当喷头下到孔底后，进行原地转动静喷。待孔口返出浆液，风压力、返浆比重达到设计值时，正常提升。喷射过程中定时检测原浆、返浆比重，控制风压。为提高桩底端质量，在桩底部1.0 m范围内应适当增加钻杆喷浆旋喷时间。

4.4 桩机移位

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。

4.5 型钢插入

H 型钢桩提前在加工厂将下端加工成尖头形状，表面涂满隔离剂油，且将外漏端焊环，以方便吊运。在完成旋喷桩施工后，H 型钢用汽车式起重机吊起，利用振锤高频振动将H 型钢插入搅拌桩内，深度同旋喷桩底高程，确保型钢垂直插入。考虑桩顶灌梁施工，顶部高出桩顶高程0.5 m。

4.6 冠梁施工

SMW旋喷桩施工完成后，清除桩顶50 cm左右土层，采用槽钢焊将型钢顶部焊接接连成整体，并浇筑0.8 m×0.5 m混凝土冠梁。充分发挥旋喷桩的止水能力和型钢的抗剪强度, 增加抗倾覆能力，解决因施工场地限制而给基坑支护工作带来的困难，满足开挖基坑稳定要求。

4.7 质量检查

注浆前质量检查和验收的内容包括：孔位、孔深、孔斜、水泥等原材料浆液配比等符合设计和施工要求。注浆时质量检查和验收的内容包括：喷管下入深度，现场工艺检查、工序检查、进回浆密度检查、风、水、浆压力等检查项目。在施工过程中，质检人员应及时地进行中间验收，尤其是成孔后必须经过“三检制”签字确认后，进入下一步的喷浆工作。

高喷防渗墙质量检查可采用钻孔检测法，每个单元工程布置一个检查孔，检查孔位宜布置在墙体中心线上的相邻两孔高喷凝结体的搭接处，进行静水头压水试验。

5 SMW高压旋喷桩施工效果

高压旋喷桩与型钢结构结合，并将顶部冠梁将桩体连城整体，具有良好的防渗和稳定作用，考虑到支护架构向基坑内侧倾覆，在设计时采用钢管做横向支撑加固，极大的提高了桩体强度。开挖过程中通过冠梁顶部预埋观测点加强变形观测，经观测数据分析，开挖后SMW旋喷桩墙体最大水平位移为3.5 cm，支护结构整体稳定，为基坑开挖和坝段塑性混凝土防渗墙及回填施工创造了条件，与其他方案相比加快了施工进度，节约了工程成本，达到预期效果。