旋喷桩止水帷幕在富水砂卵石地层深基坑中的应用研究

(1.中建五局土木工程有限公司 湖南 长沙 410016；2.湘潭大学土木工程与力学学院 湖南 湘潭 411105)

伴随着我国经济飞速发展，城市地铁工程越来越多，进而产生了大量的地铁深基坑工程。深基坑在开挖过程中经常需要采取降水措施，而随之则会带来一定量的地表沉降变形，如果地铁车站附近有较多高楼大厦，那么降水所产生的沉降变形将有可能导致邻近建筑物倾斜、开裂甚至是倒塌，因此，必须采取合理的措施来控制降水所带来的不利影响。布置旋喷桩形成止水帷幕便是解决这种问题的可行方法。

一、工程背景

晚报大道站是长沙市轨道交通五号线一期工程第12个车站，位于万家丽路与晚报大道交汇处。本站场地范围内地势平坦，地面高程约32.0～32.5m。该站位于十字口路，交通繁忙，站点西侧临近已建万家丽路高架桥，车站周边建构筑物较多，地下管网纵横交错，周边环境对施工影响较大，基坑平面位置如图1所示。

图1 基坑平面位置图

车站为地下二层14m宽岛式站台车站，全长321.5m，标准段宽22.7m。本站地下一层为站厅层、地下二层为站台层，有效站台中心里程处顶板覆土厚约3.65米，底板埋深约19.2米，轨面高程为15.136m。

二、工程特点

依据长沙市规划设计院在该路段的地质勘察结果，发现本标段主要为浏阳河形成的Ⅱ级堆积阶地，由河流相二元结构组成，为典型的河流冲蚀、堆积地貌。降水开挖施工场地范围内地层岩性从上至下分别为素填土、杂填土、淤泥质粉质黏土、粉细砂、中粗砂、卵石、中风化砾岩等构成，如图2所示。该地铁基坑为典型的富水砂砾石地层，基坑距离浏阳河仅1km，地质情况及周边环境非常复杂，地铁基坑与浏阳河之间有较多高层建筑物，在施工过程中需严格做好各类防渗措施，防止出现较大沉降造成不利影响。

图2 基坑地质纵剖面

三、设计与施工方案

该地铁车站两端区间均采用盾构法施工，根据工筹在本站盾构场外过站，北端接收，南端始发。本站采用明挖法施工，部分由于交通疏解的要求采用盖挖法施工。根据本地铁深基坑的功能，结合地质及周边环境，依据基坑规范和总体技术要求的有关规定，可知，本基坑安全等级为一级，基坑侧壁重要性系数为1.1，变形控制保护等级为一级。

支护结构应满足基坑稳定的要求，应不产生倾覆、滑移和局部失稳；基坑底部应不产生隆起、管涌；锚杆不产生抗拔失效；支撑系统应不失稳；支护结构构件受荷载作用后不发生强度破坏。经计算分析，并考虑经济上上的合理性，最终决定采用旋喷桩止水帷幕来作为该富水砂卵石地层深基坑的主要维护结构。

四、旋喷桩止水帷幕施工要点

(一)施工工艺流程

现场根据富水砂卵石地层的特点，进行了试桩试验，在深基坑周围选择了6个点进行试桩，通过试桩最终确定了现场旋喷桩施工工艺流程，如图3所示。

图3 旋喷桩施工工艺流程图

同时，通过试桩确定了富水砂卵石地层中喷浆量Q与旋喷长度H、喷浆管提升速度v、排浆量q之间的关系，如下式所示，其中，β为浆液损失系数，通常可在0.1～0.2之前取值，现场通过试桩最终确定β=0.14。

Q=H/[vq(1+β)]

(二)施工要点

通过在现场大量的施工，从而明确了在富水砂卵石地层中打设旋喷桩的注意事情，分别如下所示。

(1)做好施工前检查工作。这部分是工作的好坏直接影响着是整个旋喷桩质量能否满足要求，因此，需要对原材料、水灰比、设备、电路、场地等等进行全方位检查。

(2)在旋喷桩施工过程中，应该着重检查：钻杆的倾斜度、灌浆压力、浆液灌入量、冒浆情况、泥浆回收情况等，施工过程是直接决定旋喷桩质量的最主要环节，一定要予以充分重视。

(3)在喷射注浆时还需要派人注意冒浆的情况，从而分析各种施工参数设计的合理性，如果合理性不满足要求，那么需要及时动态调整。如果在富水砂砾石地层选择单管或者一重管来施工，那么冒浆量通常不应该超过注浆量的20%，如果超过了这个量，亦或者没有任何冒浆，则需要查找原因所在。

(4)应合理控制旋喷桩钻机的摆放位置，及其和注浆泵的之间的距离；应该严格控制旋喷桩钻孔的偏差，与设计要求相比应小于50mm；如果在钻孔过程中遇到了孤石、溶洞、空隙等情况和地勘报告不一致的情况，需记录下来，组织专家进行讨论。

(5)旋喷桩所采用的水灰比必须严格执行，禁止随意改变；水泥如果已经过期或者受潮，则不能用于旋喷桩。

(6)对于旋喷桩施工过程中产生的泥浆，需要按照环保部门和建设部门的要求妥善处理，严谨随意排放污染环境，最好请有资质的环保公司对泥浆进行无害化处理。

(7)当一根旋喷桩施工到了设计标高以后，需要马上把注浆管拔出来，采用清水对整个灌浆系统进行清洗，不能有浆液或者其它杂质残留在注浆管道中，以免影响后续使用。整个旋喷桩施工工程结束后，对于关键零部件则应涂一层机油或凡士林，做好保养维护工作。

(三)施工质量检验

旋喷桩施工结束后，为了检验施工效果，在现场进行了补充勘察，基坑不同位置和地层的结果如下所示。

(1)车站西侧ZDK32+685.26补勘结果：①地面以下0～3.3m段：杂填土，抗渗系数K=1～3m/d=1.15～3.47×10-3cm/s>1×10-5cm/s。②地面以下3.3～4.2m段：砂质素填土，抗渗系数K=8～10m/d=9.26～11.57×10-3cm/s>1×10-5cm/s。③地面以下4.2～8.2m段：粉质黏土，抗渗系数K=0.008m/d=0.93×10-5cm/s<1×10-5cm/s，抗渗系数满足要求。④地面以下8.2～9m段：粉土，抗渗系数K=0.5m/d=0.58×10-3cm/s>1×10-5cm/s。

(2)车站西侧ZDK32+696.25补勘结果：①地面以下0～4.5m段：杂填土，抗渗系数K=0.7m/d=0.81×10-3cm/s>1×10-5cm/s。②地面以下4.5～7.8m段：粉质黏土，抗渗系数K=0.008m/d=0.93×10-5cm/s<1×10-5cm/s，抗渗系数满足要求。③地面以下7.8～9m段：粉土，抗渗系数K=0.5m/d=0.58×10-3cm/s>1×10-5cm/s。

(3)车站东侧ZDK32+652.5补勘结果：①地面以下0～4.5m段：杂填土，抗渗系数K=0.7m/d=0.81×10-3cm/s>1×10-5cm/s。②地面以下4.5～7.2m段：粉质黏土，抗渗系数K=0.008m/d=0.93×10-5cm/s<1×10-5cm/s，抗渗系数满足要求。③地面以下7.2～9m段：粉土，抗渗系数K=0.5m/d=0.58×10-3cm/s>1×10-5cm/s。

由于车站抗渗设计要求为不小于1×10-5cm/s，根据现场补勘数据显示，地面以下0～4.5m段和7.2～9m段抗渗不能满足设计要求。因车站东侧紧挨小区25层高楼，车站西侧紧挨万家丽高架桥，考虑旋挖桩桩间存在20cm间隙存在渗水、涌水隐患，因此，在相应区域按原设计参数增设了三重管旋喷桩，实现了防水全封闭，从而避免了后期基坑开挖期间影响基坑外土体的稳定和附近建筑物结构安全。

五、结论

富水砂砾石地层由于其渗透性较好，同时地层又含有较多的地下水，对于城市地铁深基坑施工有着非常不利的影响，必须予以充分重视，不能盲目的通过降低地下水以便于基坑施工，这很有可能引发周边建筑物的倾斜、开裂等一系列问题。本文结合现场施工情况，对旋喷桩止水帷幕的施工工艺、施工要点展开了着重阐述，并对施工效果进行了分析，可为相关城市地铁深基坑施工工程提供一定借鉴和参考。