复杂河道环境下管廊深基坑综合止水施工技术

李雷明

（中铁十四局集团有限公司 山东济南 250000）

1 引言

扬子江大道两次跨越地质、水文情况相近的河道，针对第一次跨越河道施工过程中出现的侧壁漏水、基底突涌、围护桩变形等一系列问题，本文通过第二次跨越河道管廊深基坑施工为工程背景，对围护桩施工侧面加固、桩间静压注浆止水、基坑加固桩间补强、坑底堵漏等施工关键技术进行研究，有效解决了基坑渗漏、涌水、变形等问题［1］。

2 工程概况及周边环境

2.1 工程概况

扬子江大道综合管廊实施范围北起扬子江隧道出口，南至河西大街，全长约7.07 km。综合管廊与现状下圩沟河道相交，综合管廊顶板顶在下圩河河底以下1.1 m，管廊净高为3.2 m，该段管廊利用钢板桩围堰法分二期施工。管廊围护结构采用Ⅵ型18 m长拉森钢板桩，围堰钢板桩长度为9 m，坑底地基采用双轴搅拌桩满堂加固，桩长8 m。基坑宽10 m，开挖深度为10 m，明挖法施工，采用上、下两道φ609钢管支撑，间距4.6 m，围檩采用双拼H428×407围檩（见图1）。

图1 基坑断面

拉森钢板桩间采用素土回填，作为施工期通行便道［2］。

2.2 周边环境

（1）地下管线

管廊与10 kV电力管线、采用灰口铸铁管的D150自来水管垂直相交，距离220 kV电力管廊及城市主干道仅20.1 m，对基坑的变形控制提出了很高的要求，为防止变形，不能采用辅助降水措施。

（2）地质情况

因近几年河道改造，多次迁改回填，管廊基坑范围岩土层分布主要为①1杂填土（）、①2素填土（）及下部的③2a粉砂夹粉土。①1杂填土由建筑垃圾及生活垃圾组成，结构松散，局部回填为混凝土碎块，个别直径大于50 cm，分布于0～6 m地层。①2素填土主要为粉砂夹少量碎石子组成，局部表层含有植物根茎，结构松散，分布于6～9 m地层。大量障碍物加大了拉森钢板桩线形控制难度，导致局部桩与桩无法咬合；坑底为粉砂夹粉土层，弱透水，与河道连通，形成管涌通道，降水效果不明显。

（3）水文情况

线路西侧为长江，距离基坑约200 m，管廊横跨的下圩沟河，河道上口宽度约15～16 m，下宽约6 m，水面标高5.83 m，水深0.5～1.8 m，塘泥厚0.5～0.6 m，属于内河圩内水网，与长江水系相对独立，但又通过水利工程如涵（闸）互相沟通。当雨水集中并且入江河道受长江水位顶托时，易引起河道水位猛涨和基坑管涌。

3 主要施工方法

综合考虑河道下穿段管廊所处河道地质特点、水文特点以及周边环境的不利影响，利用12 m长H700×300型钢满铺做打拔桩机作业平台，先插入止水拉森钢板桩，再在外侧采用φ800高压旋喷桩止水补强；采用双轴搅拌桩＠700＠500对基底满堂加固，地基加固桩与钢板桩间缝隙采用高压旋喷桩补强；开挖过程中对侧壁渗水进行静压注浆处理，采用反滤、引排的方式对坑内的小管涌水点进行处理［3］。

4 综合施工技术

4.1 基坑侧壁拉森钢板桩止水处理

为保证拉森钢板桩与地基加固桩间有效贴合，考虑采用先施作地基加固，后进行钢板桩插打。经过试验发现，双轴搅拌桩施工完毕后，插打拉森钢板桩时扰动大，贴合不够紧密；部分区域地基强度高，钢板桩存在无法插入的问题。为此，经研究决定先施工围护桩（见图2）。

图2 围护桩平面布置

（1）拉森钢板桩施工

钢板桩正式施工前应进行试桩，以便确定合适型号的打桩机具、钢板桩截面尺寸及打桩工艺。

采用屏风式打入法，首先将20～30根桩打入足够深度，使其不需要导向架也能立稳，然后在桩墙两端打入1～2根桩，再将中间的桩也打入相同深度。重复以上操作，将整个打桩工作分几次完成，最后将全部钢板桩打至最终深度，一次打入深度控制在0.5～3.0 m。

钢板桩垂直度允许偏差为0.5%，桩位容许偏差为50 mm，桩顶标高允许偏差为50 mm。

（2）基坑侧壁高压旋喷桩补强

钢板桩的内、外侧采用高压旋喷桩进行止水补强。三重管高压旋喷桩施工技术是用三层喷射管使高压水和空气同时横向喷射，冲蚀切割地基土体，再借空气和水的上升力把已破碎的土体托举至地表；与此同时，另一个喷嘴将水泥浆以较低压力喷射注入到被切割、搅拌的土体中，使水泥浆与土混合固结成桩，达到加固的目的。

经试桩后确定高压旋喷桩施工参数：水灰比为1.0，喷浆压力为 2.0 MPa，气压 0.7 MPa，风量10 m3／min，水压 30 MPa，水流量 120 L／min，提升速度6 cm／min（素土层），提升速度4 cm／min（粉砂层），水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，注浆量500 kg／m。

为改善基坑下部粉砂层高压旋喷桩不能有效固结、整体性差，止水效果不理想的问题，降低高压旋喷桩在该土层内的提升速度至4 cm／min，将水灰比调整为0.8，水压调整为35 MPa，并在水泥浆中掺入一定量的木质素磺酸钙，缩短水泥浆的凝结时间，提高加固效果。

（3）侧壁桩间静压注浆止水

针对开挖过程中，粉砂地层区域拉森钢板桩侧面漏水情况，在钢板桩外侧钻孔至漏水点以下2 m，插入注浆导管，采用静压注浆的方式注入双液浆（水泥、水玻璃浆液）或者注入水溶性聚氨酯堵漏剂进行加固处理。静压注浆能够有效避免压力过大导致钢板桩变形，而且封堵效果良好（见图3）。

图3 静压注浆

4.2 基坑内加固与止水

4.2.1 双轴深层搅拌桩施工

双轴深层搅拌机叶片直径700 mm，采用常规的四搅两喷工艺，桩间纵、横向搭接200 mm。为避免施工过程中搅拌机叶片及搅拌效果受不利地质情况影响，采取多种措施相结合的方式，有效提升了地基加固质量，采取相关措施如下：

（1）调整浆液配比，将水灰比控制在0.45。减小水灰比有利于提升加固土体的强度强土体的止水效果。

（2）改用大型注浆机，将送浆压力控制在上限0.6 MPa；采用42.5水泥，增加水泥浆搅拌时间，并添加一定数量的石膏及减水剂。

（3）水泥搅拌桩的水泥掺入量由原试验段确定的16%在粉砂层区域提升至20%。掺入量根据不同地质动态调整，保证在不同地质条件下的成桩效果。

（4）基坑底部粉砂层区域，双轴搅拌机下钻速度与搅拌提升速度降低至0.4 mm／min以内，并保持同种地层内匀速搅拌注浆提升。搅拌提升时不应使孔内产生负压造成周边地基沉降。

（5）因故搁置超过2 h以上的拌制浆液，应作为废浆处理，严禁再用。

（6）施工时保证前后台密切配合，禁止断浆。如因故停浆，应在恢复压浆前将双轴搅拌机下钻0.5 m后再注浆搅拌施工，以保证搅拌桩的连续性。

（7）桩间搭接施工时间不宜大于24 h，若因故超时，搭接施工中必须放慢搅拌速度保证搭接质量。

（8）桩若因时间过长无法搭接、搭接不良或遇到障碍物无法施工，应对具体位置记录在案，并经监理和设计单位确认后，采取再补做旋喷桩等技术措施，确保搅拌桩的施工质量。

通过采取以上措施，经过钻芯取样检测，结果显示28 d无侧限单轴抗压强度满足不小于1.0 MPa的设计要求，同时桩身完整性得到极大的提升。两次跨越河道现场取芯效果见图4、图5。

图4为基坑以下双轴搅拌桩体1～6 m的芯样情况，在4.5～5 m夹粉砂地层，水泥浆含量少，芯样破碎，不完整，达不到设计要求。图5中芯样完整性、强度均满足设计要求。

图4 一次钻芯取样

图5 二次钻芯取样

4.2.2 基坑管涌点堵水处理

（1）沿管涌渗水点周边1 m开挖，深度约1 m，铺设渗水土工布和碎石作为反滤层，防止土体流失。

（2）碎石顶面采用速干水泥由外向内进行封闭，在中间插3根压浆管，压浆管直径15 mm。

（3）封闭后对快干水泥洒水养护30 min，用注浆机通过1＃注浆管注入水溶性聚氨酯堵漏剂，待通气孔出现溶剂，停止注浆，换2＃注浆管注浆，待通气孔再次出现溶剂，绑扎1＃注浆管、通气孔端头，继续不连续注浆（见图6）。

图6 基坑涌水反滤层及注浆封堵

5 施工技术效果分析

在止水帷幕高压旋喷桩及地基加固达到强度性能要求后，进行深基坑开挖，渗漏水情况得到明显改善，从基坑监测结果来看，地表沉降、深层位移、轴力监测控制在设计允许范围内（见图7～图9）。

图7 地表沉降

图8 深层位移

图9 钢支撑轴力监测

拉森钢板桩施工后满足支护止水需求，局部未咬合的区域，经过高压旋喷桩加固，也起到了很好的止水效果。

地基加固间隙土体采用高压旋喷桩补强后，大面积的涌水、涌砂现象得到了很好的控制，基坑开挖至设计标高后，当即通过了基底验槽，并浇筑了垫层混凝土。

局部少量的漏水部位采用静压注浆的方式，对钢板桩未产生任何影响，基坑整体处于稳定状态。基坑底部的局部涌水点，采用临时封堵，很好地解决了坑内局部涌水的问题。

6 结束语

依托复杂河道环境下管廊工程，通过对围护结构、地基加固、临时封堵水技术进行研究，得到以下结论：

（1）在跨河管廊深基坑施工中，根据地勘报告，自上而下对每个地层采用不同的成桩参数，避免止水帷幕局部区域不连续造成漏水、涌水、涌泥，甚至于整个基坑垮塌。

（2）水泥土搅拌桩在粉砂地层成桩采用传统的成桩工艺，效果不理想，通过降低提升速度、优化水泥浆配比及喷浆工艺可提升土体加固效果，有效降低了深基坑的开挖风险，减小基坑变形，加快了施工效率。

（3）通过采用围护桩综合止水、坑内加固、临时封堵水技术相结合的方法，一方面对各类桩基施工顺序进行优化，减少了对土体的扰动，提升了加固效果；另一方面采用满堂地基加固，对基坑以上土体进行改良，提升了基坑开挖效率。

（4）通过基坑两道钢支撑以及基底加固土体的联合作用，可以有效控制深基坑变形，确保了该段管廊的顺利施工。