兩層硬塑土夾砂層旋噴止水施工技術(shù)

呂大桅，湯 揚，謝榮強

(1.長春市軌道交通集團有限公司，吉林 長春 130012;2.沈陽鐵道勘察設(shè)計院有限公司，遼寧沈陽 110013;3.中鐵十三局集團有限公司，天津 300308)

兩層硬塑土夾砂層旋噴止水施工技術(shù)

呂大桅1，湯 揚2，謝榮強3

(1.長春市軌道交通集團有限公司，吉林 長春 130012;2.沈陽鐵道勘察設(shè)計院有限公司，遼寧沈陽 110013;3.中鐵十三局集團有限公司，天津 300308)

以長春輕軌火車北廣場站地下?lián)Q乘中心工程為背景，針對該工程地基為兩層硬塑土(超密實黏土和泥巖)夾砂層地層的特點，提出并實施了兩層硬塑土夾砂層旋噴止水施工技術(shù)，通過增加引孔、改裝鉆頭和復(fù)噴等工藝，確保了工程地基旋噴實施的效果，對同類工程有借鑒意義.

基坑工程;旋噴止水;施工技術(shù);硬塑土;夾砂層

在建長春火車站北廣場地鐵和輕軌換乘車站地基是典型的兩層硬塑土夾砂層地層，其上部為粉質(zhì)黏土和黏土，下部為砂層和泥巖，靠近砂層上部黏土層承載力與泥巖承載力均達到300 kPa以上，該地層工程特性在很大程度上有別于其他類土.在該地層中修建地鐵車站，其維護結(jié)構(gòu)的施工是工程的重難點.一般砂層和黏土地層多采用加固和止水防滲的旋噴樁技術(shù)，其在軟土地層、砂層中的工藝已相當(dāng)成熟［1－5］，但對于硬塑土，特別是兩層硬塑土夾砂層的特殊地質(zhì)，在國內(nèi)施工中并不多見，工藝上也有其特殊性［6－7］.筆者以該工程為背景，詳細介紹了該地質(zhì)條件下旋噴止水帷幕施工技術(shù)，以期為同類工程的施工提供借鑒.

1 工程概況

1.1 工程簡介

長春輕軌火車站北廣場站地下?lián)Q乘中心工程位于長春站北出口，是長春輕軌四號線和地鐵一號線的換乘站.基坑設(shè)計為明挖，最大挖深30 m，輕軌基坑長205.8 m，寬 20.5 m，地鐵基坑長 143.4 m，寬20.8 m，兩線交角62.71°.

工程所在地平均地面標高217 m.上部(均深11 m)基坑(地面至標高206 m)采取兩級放坡開挖，網(wǎng)噴混凝土護坡;下部基坑(標高206 m以下，最深19 m)采用鉆孔圍護樁加內(nèi)鋼管支撐做支護結(jié)構(gòu)，樁間掛網(wǎng)噴射混凝土封閉.上部基坑采用管井降水;下部基坑采用圍護樁外側(cè)設(shè)雙排自咬合旋噴樁止水帷幕止水，樁徑600 mm，中心間距400 mm，咬合200 mm，選用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥漿，基坑內(nèi)設(shè)疏干井疏干降水，達到止降結(jié)合.旋噴樁平面布置如圖1所示，旋噴樁咬合如圖2所示.

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

場地地質(zhì)主要由3部分組成:地表為既有道路結(jié)構(gòu)層和人工堆積雜填土層，該土層厚1.0～4.2 m，土質(zhì)松散;第2部分為第四系沖積粉質(zhì)黏土和沖積砂土，厚度為16～18 m;第3部分為下伏白堊系泥巖層，該土層為不透水層.

擬建場地地下水賦存于第四系黏性土和砂土層中，含水層厚度15～20 m，其中②－1層至②－3層透水性中等，②－4層至②－5層透水性差，基本為不透水層，中粗砂②－6層透水性良好，最大滲流速度為10 m/d，并具有一定的微承壓性，下部泥巖為不透水層.各地層特性及其滲透特性見表1.

表1 地層分層及滲透特性

1.3 地下水對基坑穩(wěn)定的影響

擬建場地地下水位埋深0.8～4.5 m，水位標高215.69 ～211.25 m，主要為第四系孔隙潛水.含水層具中等透水性，但其中的砂土層屬強透水層.結(jié)構(gòu)位于地下水位以下(地鐵底板座在泥巖上，輕軌底板座在砂層上)，應(yīng)做好防滲設(shè)計，施工時做好排水工作.由于基坑側(cè)壁附近分布有砂土層，出水量較大，在水壓力作用下，易形成與泥沙一起突涌的現(xiàn)象.在地下水作用下，坑壁容易坍塌，加上其不穩(wěn)定性，直接影響地下工程的施工.因此，施工及使用中必須重視地下水的影響，采取必要的防治措施.施工期間場地地下水位較高，基坑施工時，應(yīng)注意采取止、排、降水措施，地下水位應(yīng)控制在施工作業(yè)面以下不小于0.50 m處，做到干開挖、干施工.

2 旋噴止水施工技術(shù)

2.1 方案可行性分析

基坑最大開挖深度為30 m，地鐵整個結(jié)構(gòu)底板穿過砂層將近10 m，輕軌整個底板座在砂層上(砂層深度在地面以下20 m左右)，砂層水量豐富，具有微承壓性，直接影響工程的安全，單一采用管井降水不能完全截住砂層水，很難保證降水效果.砂層為靜止水，無人工擾動，采取雙排自咬合旋噴樁止水帷幕，坑內(nèi)設(shè)疏干井疏干的設(shè)計方法可行.其原因是:①工程所在地土層(主要是砂層和黏土層)適宜旋噴樁施工;②下部泥巖不透水，旋噴樁打入泥巖3 m深以上，不會發(fā)生坑底反水情況;③重點是封閉砂層承壓水，通過基坑四周全范圍內(nèi)止水封閉砂層，再采取疏干井疏干坑內(nèi)存水，完全可以達到止降結(jié)合的效果;④采取雙排自咬合旋噴樁，能夠彌補單排樁咬合不到位而出現(xiàn)漏洞的不足.

施工中的幾個關(guān)鍵問題:①硬塑土中旋噴樁樁徑如何保證;②硬塑土與砂層交界面質(zhì)量如何保證，如何避免土層交界面處形成流水面;③砂層易擴散，如何保證砂層旋噴固結(jié)效果;④硬塑土層中如何保證旋噴樁鉆進速度和豎直度;⑤旋噴過程中對間斷處如何銜接處理，避免出現(xiàn)斷樁.

2.2 旋噴止水施工方法

1)試樁并確定最佳旋噴參數(shù).試樁的目的是獲得適合該土層旋噴施工效果的最佳參數(shù)，以達到整個工程預(yù)期的止水效果.試樁的設(shè)備選擇，主要機械及規(guī)格為:高壓泥漿泵(30 MPa)、工程地質(zhì)鉆機、空壓機(0.8 MPa，3 m3/cm2)、泥漿攪拌機、二重管、高壓膠管.試樁材料選用 P.O42.5普通硅酸鹽水泥［5－7］.試樁采用二重管法，樁徑 600 mm.試樁 3根，每根樁試噴時選擇不同的參數(shù)進行比選［7－8］，試樁參數(shù)比選見表2.施工工藝流程如圖3所示.

表2 旋噴樁試樁參數(shù)

施工具體要求:①漿液用強度等級不低于42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥制作，旋噴壓力大于20 MPa，注漿管提升速度10～20 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度10～20 r/min;②水泥漿液的水灰比取1∶1，灌入水泥漿液的比重取 1.5 ～1.6，返漿比重 1.2 ～1. 3;③冒漿量(含水、泥漿、水泥漿)應(yīng)小于注漿量的20%，超過此值或不冒漿時應(yīng)查找原因，處理后再繼續(xù)噴漿;④樁底標高應(yīng)進入泥巖，不小于設(shè)計深度.

2)根據(jù)鉆芯取樣和現(xiàn)場開挖分析確定旋噴樁施工參數(shù).根據(jù)試樁情況綜合考慮施工參數(shù)，對于砂層及以上土層部分，水泥漿噴射壓力在不小于20 MPa(選用26 MPa)、空氣壓力在不小于0.7 MPa的情況下即能滿足樁徑的要求，提升速度控制在15 cm/min(砂層選用10 cm/min，其他土層選用15 cm/min)為宜.對于泥巖層，采用此工藝無法保證旋噴樁徑.針對工程地質(zhì)情況，整個旋噴樁施工需做引孔，否則旋噴鉆機鉆孔困難，甚至無法鉆進.

2.3 現(xiàn)場實施

1)材料設(shè)備.選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥.采用DPP－100工程地質(zhì)鉆機和KR803－1嵌孔機作為引孔設(shè)備.采用XP－30B旋噴鉆機進行旋噴.

2)旋噴參數(shù).泥漿泵壓力26 MPa;空氣壓力0.7 MPa;提升速度:黏土層 15 cm/min、砂層10 cm/min;水泥用量控制在200～240 kg/m，水灰比1∶1.

3)施工工藝流程.長春站綜合交通換乘中心工程旋噴止水樁施工工藝流程如圖4所示.

4)工藝實施.①引孔施工.采用DPP－100工程地質(zhì)鉆機和KR803－1嵌孔機兩種機械引孔，引孔鉆機豎直度采用長水平尺(超過1.5 m)和經(jīng)緯儀雙重控制，在初次就位時采用經(jīng)緯儀雙向校正，保證其豎直度，鉆進過程中隨時用水平尺檢查，同時一定要保證鉆機就位穩(wěn)定，不允許地面有沉降現(xiàn)象;②旋噴控制.采用XP－30B旋噴鉆機進行噴漿.鉆機嚴格按照引孔孔位進行就位，連續(xù)噴射，根據(jù)鉆桿長度控制砂層位置嚴格復(fù)噴，樁伸入泥巖不少于3 m.旋噴過程中嚴格按照選定的參數(shù)控制.水泥漿液的比重控制在1.5 ～1.6，返漿比重控制在 1.2 ～1.3，當(dāng)出現(xiàn)異常時及時查找原因處理.冒漿量(含水、泥漿、水泥漿)應(yīng)小于注漿量的20%，超過此值或不冒漿時應(yīng)查找原因，處理后再繼續(xù)噴射.當(dāng)旋噴過程中出現(xiàn)中斷再繼續(xù)噴射情況時，將鉆桿向下插入已完噴射面不少于20 cm，保證銜接處不斷樁.

2.4 關(guān)鍵問題分析處理

1)增加引孔，解決鉆進困難、保證樁徑尺寸、避免土層交界處形成流水面問題.一種方法是采用改裝鉆頭，將鉆頭改裝成直徑13～15 cm，十字合金鉆頭(從鉆頭中心射水)，用旋噴機直接引孔;另一種方法是采用嵌孔鉆機引孔，引孔孔徑達到15～40 cm.通過引孔增大孔徑，保證旋噴過程中原孔位返漿順暢，同時也有利于增加旋噴樁直徑.另外，通過引孔增大硬塑土體擾動，遇水后增加土體軟化，對保證孔徑起到一定作用.在引孔機械鉆頭上焊切割片，增大擾動土體切割面，使孔徑達到40 cm，然后再進行旋噴，能有效地保證旋噴樁直徑.引孔機械在硬土中鉆進的效率遠大于旋噴鉆機，可大大加快施工進度，同時引孔機在保證垂直度方面也較旋噴機效果好.在引孔過程中采取的是連續(xù)引孔后再連續(xù)噴射的方法，這樣兩者不相互干擾，可以加快施工速度，保證施工質(zhì)量.

泥巖中旋噴效果極差，這樣在泥巖和砂層交界面處極易形成流水面，而通過增加引孔，增大孔徑的方式可以很好地解決這一問題.

2)砂層復(fù)噴解決易被水稀釋擴散問題.砂層含水量豐富，具有微承壓性，旋噴樁在此處極易被水稀釋擴散，降低旋噴效果，為此在砂層處進行復(fù)噴，同時放慢提升速度(控制在10 cm/min).這樣既能保證砂層內(nèi)水泥漿液充足不至于被水嚴重稀釋，又能保證在泥巖交界面和上部硬塑土交界面處形成同徑一體.

3)避免砂層水流動，保證砂層旋噴效果.旋噴止水的主要目的是止住砂層中的水，而砂層中的水流動性很大.為保證旋噴效果，在旋噴施工前，停運所有的降水井，并在周邊1 km范圍內(nèi)做調(diào)查，看是否有地下水流動的情況，確保砂層中的水處于靜止?fàn)顟B(tài)，取得最佳的旋噴止水效果.

4)旋噴樁強度控制.旋噴樁封閉成型后，根據(jù)試驗結(jié)果(有水條件下，溫度12℃左右，P.O42.5普通硅酸鹽水泥)監(jiān)控28 d后才允許砂層旋噴樁處于工作狀態(tài)，避免發(fā)生因旋噴樁強度不足而出現(xiàn)漏水現(xiàn)象.

3 結(jié)語

長春輕軌火車站北廣場站地下?lián)Q乘中心工程設(shè)計旋噴樁近9萬延長米，5 400余根，通過增加引孔、改裝鉆頭和復(fù)噴等工藝保證了在兩層硬塑土(超密實黏土和泥巖)夾砂層地層中的旋噴效果，為工程順利開挖爭取了時間，為工程安全施工提供了保證.該施工工藝對北方硬塑土夾砂層地質(zhì)條件下的同類工程具有很好的借鑒價值.

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A Construction Technique of Rotary Spray Water Stop in Two Hard Plastic and Sand-layered Soils

LV Da-wei1，TANG Yang2，XIE Rong-qiang3
(1.Changchun Railway Group Co.Ltd.，Changchun 130012，China;2.Shenyang Railway Survey and Design Institute Co.Ltd.，Shenyang 110013，China;3.China Railway 13th Bureau Group Co.Ltd.，Tianjin 300308，China)

Taking the underground transfer center project in north square station of Changchun light rail train as the background，according to the characteristics of the project foundation with the hard plastic soil(ultra-dense clay and mudstone)and sand layers，a construction technique of rotary spray water stop in two hard plastic soil coarse layers is put forward.Through some processes of increasing the guide-holes，modifying the drill and re-spray，the rotary spray implementation results of the engineering foundation has been ensured.This can provide a reference for similar projects.

foundation pit project;rotary spray water stop;construction technique;hard plastic soil;sand layer

1002－5634(2012)03－0090－04

2012－02－16

呂大桅(1978—)，男，吉林長春人，工程師，主要從事工程施工管理方面的研究.

(責(zé)任編輯:喬翠平)