降雨频繁地区超深巨厚砂层中止水帷幕施工设备及工艺

2020-04-22袁敬

建材与装饰 2020年10期

袁敬

（珠海君豪岩土科技有限公司广东珠海 519090）

0 引言

中国人口多、土地资源有限的基本国情，决定了要充分开发利用地下空间。基于这样的认识，当前全国各地的地下空间开发利用正如火如荼地进行着，导致与地下空间开发利用相关的基坑工程越来越多，而且其深度也越来越大。为了保证后续基坑工程顺利开挖，降低开挖风险，常规工程措施是开挖前对基坑侧壁施工止水帷幕[1-6]。施工止水帷幕的机械设备很多，如旋喷桩机、水泥土搅拌桩机。旋喷桩机因为设备售价比水泥土搅拌桩机售价底，施工工效高，施工成本低，加上设备易被操作，而成为岩土地下工程中止水帷幕的主要施工设备[7-10]。

在降雨频繁地区，由于水系发达，地层中常发育砂层，且砂层中地下水径流强烈，使得砂层富水性、连通性及透水性良好。由于基坑深度越来越大，基坑穿越的砂层中，砂层底埋深≥12m的超深砂层、砂层厚度≥10m的巨厚砂层也越来越多。由于砂层埋深、厚度大，在自重及上覆地层的压力下，砂层密实度常常表现为中密～密实[11]。

为了发挥旋喷桩机在止水帷幕施工中的作用，选择何种类型的旋喷桩机？确保在中密～密实、富水性、连通性及透水性良好的超深巨厚砂层中施工能达到设计要求的止水帷幕，是一个十分有意义的问题。作者依托南方降雨频繁地区某基坑支护工程，介绍了中密～密实、富水性、连通性及透水性良好的超深巨厚砂层中止水帷幕施工设备及施工工艺，供同行借鉴参考。

2 三重管旋喷桩施工工艺

2.1 单高压三重管旋喷桩施工工艺

按喷管数目，旋喷桩机分为单重管、二重管和三重管旋喷桩机，单重管旋喷桩机向地层中喷水泥浆，二重管旋喷桩机向地层中喷水泥浆、空气，三重管旋喷桩机向地层中喷水泥浆、空气和水。很显然，为了能充分切割粉碎中密～密实砂层，以便所形成的柱状固结体旋喷桩直径大，相邻桩之间搭接充分，止水帷幕的止水效果好，喷管数目越多越好，压力越大越好。所以，三重管旋喷桩机是在中密～密实砂层中施工止水帷幕的首选设备。

单高压三重管旋喷桩施工工艺是指用传统的三重管旋喷桩机在地层中施工止水帷幕，其特点是：有3根喷管，分别向地层中喷水泥浆（压力≥0.8MPa）、空气（压力≥0.7MPa）和水（压力≥30MPa），单高压是指一根喷水管的水压力≥30MPa。

单高压三重管旋喷桩施工作业时，把喷嘴置于桩底，旋转钻杆，从钻杆底部一个喷嘴中喷出的高压水（压力≥30MPa）横向切割粉碎砂层。与此同时，另两个喷嘴将低压水泥浆（压力≥0.8MPa）、低压空气（压力≥0.7MPa）横向喷射注入到被切割粉碎的砂层中，使水泥浆与砂混合达到止水的目的，并借助空气的上升力把被切割破碎的土带到地表排除。在施工过程中，钻杆边旋转边提升，使水泥浆与砂层充分混合，在砂层中形成一定直径的柱状固结体。

单高压三重管旋喷桩施工工艺缺点是：①对中密～密实超深巨厚砂层来说，靠一根高压水管来切割粉碎砂层，会降低切割粉碎效果，影响水泥浆的喷射距离、喷入量，降低了止水的效果，给后续开挖工作增加了风险或阻碍后续基坑开挖工作的开展；②在降雨频繁地区，水系发达，砂层富水性、连通性及透水性良好，因为喷水，提高了砂层的富水性，加速地下水的流动，水泥浆容易随地下水流走，加上只有一根低压力喷水泥浆管，喷出的水泥浆量少，使单高压三重管旋喷桩止水效果差。

2.2 双高压三重管旋喷桩施工工艺

双高压三重管旋喷桩施工工艺是指弃用喷水管改作喷水泥浆管，改用一根喷空气（压力0.6～0.8MPa）、两根喷水泥浆（压力≥30MPa），双高压是指两根喷水泥浆管的压力≥30MPa。

双高压三重管旋喷桩施工工艺优点是：①两根喷水泥浆管，不仅更能横向切割粉碎中密～密实砂层，使水泥浆喷射距离更远，旋喷桩的直径得到了保证，确保相邻桩之间的搭接量，保证了止水帷幕的止水效果；②两根喷水泥浆管喷出的水泥浆量大，使留在砂层中的水泥浆量增加；③弃用喷水管，不增加砂层中的含水量，使砂层的富水性没有提高。

3 应用双高压三重管旋喷桩施工工艺实例

3.1 工程概况

南方某省会城市综合商业广场占地面积50068.87m2，场地北部位置为主楼，主楼由三座“品”字形塔楼组成，3座塔楼的层数分别为58F、60F、73F，采用框筒结构，三座塔楼在地面150m高处有一连接体，层高10层；场地南部位置为裙房，裙房层数为8～9F，局部1F；场地下部设有4层、局部5层地下室，地下室平均开挖深度23.50m，三幢塔楼下均设有坑中坑。项目建成后，是集办公、酒店及商业为一体的综合商业广场。

坑中坑顶标高-25.35～-26.95m、底标高-30.10～-33.70m，坑中坑最大开挖深度8.35m。坑中坑支护结构样式为放坡+支护桩+一道支撑+三重管旋喷桩止水帷幕。从标高-6.95m计起，三重管旋喷桩设计桩长33.15m，其中虚桩部分长18.40m，实桩部分长14.75m，见图1，桩直径1000mm，相邻桩之间搭接宽度300mm。

3.2 工程地质条件

因为该省会城市位于祖国长江以南地区，降雨频繁，水系发达。场地位于长江河漫滩之上，濒临长江，地下水十分丰富，砂层富水性、连通性及透水性良好，见表1。

表1 场地砂层渗透系数

根据坑中坑三重管旋喷桩止水帷幕设计要求，结合场地地层分布情况，三重管旋喷桩钻遇②3粉砂：灰色，中密，局部为细砂，含少量云母碎片，局部夹薄层粉土、粉质粘土，具水平层理，层顶埋深6.0～17.2m，层厚0.9～13.8m；②4粉细砂：灰色，中密，含少量云母碎片，局部夹薄层粉质粘土，层顶埋深 13.0～24.2m，层厚 7.5～17.5m；②5粉细砂：灰色，密实，底部夹少量中砂，局部夹薄层粉质粘土，含少量云母碎片，层顶埋深29.0～33.8m，层厚24.0～31.2m。即砂层中密～密实、砂层底埋深＞33.15m、砂层厚度14.75m。

3.3 工程实例

先用单高压三重管旋喷桩施工工艺进行试桩，28d龄期后通过钻孔取芯判定施工效果，通过对芯样的目测显示，标高-25.80~-36.00m未见完整水泥土芯样。从试桩芯样看，传统三重管旋喷桩机在中密～密实、富水性、连通性及透水性良好的砂层进行止水帷幕施工，止水效果较难保证。

然后用双高压三重管旋喷桩施工工艺进行试桩，抽芯检测双高压三重管旋喷桩，目测显示只在虚桩上部6m位置处芯样不连续，连续芯样经试验室检测显示渗透系数符合设计要求。据此，用双高压三重管旋喷桩施工工艺进行止水帷幕的施工，从而为坑中坑的开挖提供了保障，后期在坑中坑开挖过程中没有发生地下水渗漏事故。作业时，双高压三重管旋喷桩施工中主要参数：水灰比1，喷嘴直径2.2mm，水泥浆压力30MPa，喷浆量100L/min-150L/min，气压0.7MPa，气量8m3/min。