旋噴樁止水帷幕在富水砂卵石地層深基坑中的應用研究

(1.中建五局土木工程有限公司 湖南 長沙 410016；2.湘潭大學土木工程與力學學院 湖南 湘潭 411105)

伴隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，城市地鐵工程越來越多，進而產(chǎn)生了大量的地鐵深基坑工程。深基坑在開挖過程中經(jīng)常需要采取降水措施，而隨之則會帶來一定量的地表沉降變形，如果地鐵車站附近有較多高樓大廈，那么降水所產(chǎn)生的沉降變形將有可能導致鄰近建筑物傾斜、開裂甚至是倒塌，因此，必須采取合理的措施來控制降水所帶來的不利影響。布置旋噴樁形成止水帷幕便是解決這種問題的可行方法。

一、工程背景

晚報大道站是長沙市軌道交通五號線一期工程第12個車站，位于萬家麗路與晚報大道交匯處。本站場地范圍內(nèi)地勢平坦，地面高程約32.0～32.5m。該站位于十字口路，交通繁忙，站點西側(cè)臨近已建萬家麗路高架橋，車站周邊建構(gòu)筑物較多，地下管網(wǎng)縱橫交錯，周邊環(huán)境對施工影響較大，基坑平面位置如圖1所示。

圖1 基坑平面位置圖

車站為地下二層14m寬島式站臺車站，全長321.5m，標準段寬22.7m。本站地下一層為站廳層、地下二層為站臺層，有效站臺中心里程處頂板覆土厚約3.65米，底板埋深約19.2米，軌面高程為15.136m。

二、工程特點

依據(jù)長沙市規(guī)劃設(shè)計院在該路段的地質(zhì)勘察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本標段主要為瀏陽河形成的Ⅱ級堆積階地，由河流相二元結(jié)構(gòu)組成，為典型的河流沖蝕、堆積地貌。降水開挖施工場地范圍內(nèi)地層巖性從上至下分別為素填土、雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉細砂、中粗砂、卵石、中風化礫巖等構(gòu)成，如圖2所示。該地鐵基坑為典型的富水砂礫石地層，基坑距離瀏陽河僅1km，地質(zhì)情況及周邊環(huán)境非常復雜，地鐵基坑與瀏陽河之間有較多高層建筑物，在施工過程中需嚴格做好各類防滲措施，防止出現(xiàn)較大沉降造成不利影響。

圖2 基坑地質(zhì)縱剖面

三、設(shè)計與施工方案

該地鐵車站兩端區(qū)間均采用盾構(gòu)法施工，根據(jù)工籌在本站盾構(gòu)場外過站，北端接收，南端始發(fā)。本站采用明挖法施工，部分由于交通疏解的要求采用蓋挖法施工。根據(jù)本地鐵深基坑的功能，結(jié)合地質(zhì)及周邊環(huán)境，依據(jù)基坑規(guī)范和總體技術(shù)要求的有關(guān)規(guī)定，可知，本基坑安全等級為一級，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)為1.1，變形控制保護等級為一級。

支護結(jié)構(gòu)應滿足基坑穩(wěn)定的要求，應不產(chǎn)生傾覆、滑移和局部失穩(wěn)；基坑底部應不產(chǎn)生隆起、管涌；錨桿不產(chǎn)生抗拔失效；支撐系統(tǒng)應不失穩(wěn)；支護結(jié)構(gòu)構(gòu)件受荷載作用后不發(fā)生強度破壞。經(jīng)計算分析，并考慮經(jīng)濟上上的合理性，最終決定采用旋噴樁止水帷幕來作為該富水砂卵石地層深基坑的主要維護結(jié)構(gòu)。

四、旋噴樁止水帷幕施工要點

(一)施工工藝流程

現(xiàn)場根據(jù)富水砂卵石地層的特點，進行了試樁試驗，在深基坑周圍選擇了6個點進行試樁，通過試樁最終確定了現(xiàn)場旋噴樁施工工藝流程，如圖3所示。

圖3 旋噴樁施工工藝流程圖

同時，通過試樁確定了富水砂卵石地層中噴漿量Q與旋噴長度H、噴漿管提升速度v、排漿量q之間的關(guān)系，如下式所示，其中，β為漿液損失系數(shù)，通?？稍?.1～0.2之前取值，現(xiàn)場通過試樁最終確定β=0.14。

Q=H/[vq(1+β)]

(二)施工要點

通過在現(xiàn)場大量的施工，從而明確了在富水砂卵石地層中打設(shè)旋噴樁的注意事情，分別如下所示。

(1)做好施工前檢查工作。這部分是工作的好壞直接影響著是整個旋噴樁質(zhì)量能否滿足要求，因此，需要對原材料、水灰比、設(shè)備、電路、場地等等進行全方位檢查。

(2)在旋噴樁施工過程中，應該著重檢查：鉆桿的傾斜度、灌漿壓力、漿液灌入量、冒漿情況、泥漿回收情況等，施工過程是直接決定旋噴樁質(zhì)量的最主要環(huán)節(jié)，一定要予以充分重視。

(3)在噴射注漿時還需要派人注意冒漿的情況，從而分析各種施工參數(shù)設(shè)計的合理性，如果合理性不滿足要求，那么需要及時動態(tài)調(diào)整。如果在富水砂礫石地層選擇單管或者一重管來施工，那么冒漿量通常不應該超過注漿量的20%，如果超過了這個量，亦或者沒有任何冒漿，則需要查找原因所在。

(4)應合理控制旋噴樁鉆機的擺放位置，及其和注漿泵的之間的距離；應該嚴格控制旋噴樁鉆孔的偏差，與設(shè)計要求相比應小于50mm；如果在鉆孔過程中遇到了孤石、溶洞、空隙等情況和地勘報告不一致的情況，需記錄下來，組織專家進行討論。

(5)旋噴樁所采用的水灰比必須嚴格執(zhí)行，禁止隨意改變；水泥如果已經(jīng)過期或者受潮，則不能用于旋噴樁。

(6)對于旋噴樁施工過程中產(chǎn)生的泥漿，需要按照環(huán)保部門和建設(shè)部門的要求妥善處理，嚴謹隨意排放污染環(huán)境，最好請有資質(zhì)的環(huán)保公司對泥漿進行無害化處理。

(7)當一根旋噴樁施工到了設(shè)計標高以后，需要馬上把注漿管拔出來，采用清水對整個灌漿系統(tǒng)進行清洗，不能有漿液或者其它雜質(zhì)殘留在注漿管道中，以免影響后續(xù)使用。整個旋噴樁施工工程結(jié)束后，對于關(guān)鍵零部件則應涂一層機油或凡士林，做好保養(yǎng)維護工作。

(三)施工質(zhì)量檢驗

旋噴樁施工結(jié)束后，為了檢驗施工效果，在現(xiàn)場進行了補充勘察，基坑不同位置和地層的結(jié)果如下所示。

(1)車站西側(cè)ZDK32+685.26補勘結(jié)果：①地面以下0～3.3m段：雜填土，抗?jié)B系數(shù)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：砂質(zhì)素填土，抗?jié)B系數(shù)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：粉質(zhì)黏土，抗?jié)B系數(shù)K=0.008m/d=0.93×10-5cm/s<1×10-5cm/s，抗?jié)B系數(shù)滿足要求。④地面以下8.2～9m段：粉土，抗?jié)B系數(shù)K=0.5m/d=0.58×10-3cm/s>1×10-5cm/s。

(2)車站西側(cè)ZDK32+696.25補勘結(jié)果：①地面以下0～4.5m段：雜填土，抗?jié)B系數(shù)K=0.7m/d=0.81×10-3cm/s>1×10-5cm/s。②地面以下4.5～7.8m段：粉質(zhì)黏土，抗?jié)B系數(shù)K=0.008m/d=0.93×10-5cm/s<1×10-5cm/s，抗?jié)B系數(shù)滿足要求。③地面以下7.8～9m段：粉土，抗?jié)B系數(shù)K=0.5m/d=0.58×10-3cm/s>1×10-5cm/s。

(3)車站東側(cè)ZDK32+652.5補勘結(jié)果：①地面以下0～4.5m段：雜填土，抗?jié)B系數(shù)K=0.7m/d=0.81×10-3cm/s>1×10-5cm/s。②地面以下4.5～7.2m段：粉質(zhì)黏土，抗?jié)B系數(shù)K=0.008m/d=0.93×10-5cm/s<1×10-5cm/s，抗?jié)B系數(shù)滿足要求。③地面以下7.2～9m段：粉土，抗?jié)B系數(shù)K=0.5m/d=0.58×10-3cm/s>1×10-5cm/s。

由于車站抗?jié)B設(shè)計要求為不小于1×10-5cm/s，根據(jù)現(xiàn)場補勘數(shù)據(jù)顯示，地面以下0～4.5m段和7.2～9m段抗?jié)B不能滿足設(shè)計要求。因車站東側(cè)緊挨小區(qū)25層高樓，車站西側(cè)緊挨萬家麗高架橋，考慮旋挖樁樁間存在20cm間隙存在滲水、涌水隱患，因此，在相應區(qū)域按原設(shè)計參數(shù)增設(shè)了三重管旋噴樁，實現(xiàn)了防水全封閉，從而避免了后期基坑開挖期間影響基坑外土體的穩(wěn)定和附近建筑物結(jié)構(gòu)安全。

五、結(jié)論

富水砂礫石地層由于其滲透性較好，同時地層又含有較多的地下水，對于城市地鐵深基坑施工有著非常不利的影響，必須予以充分重視，不能盲目的通過降低地下水以便于基坑施工，這很有可能引發(fā)周邊建筑物的傾斜、開裂等一系列問題。本文結(jié)合現(xiàn)場施工情況，對旋噴樁止水帷幕的施工工藝、施工要點展開了著重闡述，并對施工效果進行了分析，可為相關(guān)城市地鐵深基坑施工工程提供一定借鑒和參考。