灌注桩和局部高压旋喷桩组合止水帷幕在顶管中的应用.pdf

道路桥梁建 筑 技 术 开 发 135Roads and BridgesBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月灌注桩和局部高压旋喷桩组合止水 帷幕在顶管中的应用段玉三（中铁市政环境建设有限公司，上海 200331）摘要 对于地质条件复杂且地下水丰富的深基坑工程必须加强地下水处理。基于此背景，以合肥市宿松路（南二环深圳路）快速化改造工程锦绣大道DN2600过路管工程为例，在较分析多种止水帷幕方案的基础上，提出长螺旋灌注桩与三重管高压旋喷桩组合止水帷幕方案，并对具体的施工过程及控制要点展开分析探讨。结果表明，组合止水帷幕能有效发挥长螺旋灌注桩和高压旋喷桩的技术优势，再加上科学组织及对施工过程的严格控制，能显著提高基坑工程止水效果。关键词 灌注桩；高压旋喷桩；止水帷幕；顶管工作井 中图分类号TU 753 文献标志码B 文章编号1001-523X（2023）08-0135-03THE APPLICATION OF COMBINED WATER STOP CURTAIN OF CAST-IN-PLACE PILE AND LOCAL HIGH-PRESSURE ROTARY JET GROUTING PILE IN PIPE JACKINGDuan Yu-san AbstractFor deep foundation pit engineering with complex geological conditions and rich groundwater,it is necessary to strengthen groundwater treatment.Based on this background,taking the DN2600 crossing pipe project of Jinxiu Avenue in the rapid transformation project of Susong Road（South 2nd Ring Road-Shenzhen Road）in Hefei as an example,on the basis of comparing and analyzing various water stop curtain schemes,the paper puts forward a combined water stop curtain scheme of long spiral grouting pile and triple pipe high-pressure rotary jet grouting pile,and analyzes and discusses the specific construction process and control points.The results show that the combined water stop curtain can effectively give full play to the technical advantages of the long spiral grouting pile and the high pressure jet grouting pile,and with scientific organization and strict control of the construction process,it can significantly improve the water stop effect of the foundation pit project.Keywordscast-in-place pile;high pressure jet grouting pile;water stop curtain;pipe jacking working well建筑工程深基坑施工中，采取何种止水措施以避免地下水对施工安全及邻近建筑物、结构物的不利影响具有重要意义。钢筋混凝土灌注桩在深基坑支护中应用较为广泛，但无法有效解决地下水位较高地区基坑渗水问题。结合大量工程实践，在相邻2根灌注桩间增设高压旋喷桩，并使其与灌注桩咬合后形成深基坑止水帷幕，可有效抵御周边地下水特别是承压水异常变化以及基坑侧壁土应力对深基坑安全性的不利影响，提升深基坑结构的安全性。基于此，依托具体道路工程，对地下水丰富地区基坑开挖施工中钻孔灌注桩与局部高压旋喷桩组合的止水帷幕桩的应用展开分析，以便通过邻桩间的紧密咬合形成整体性围护结构，在有效阻止基坑外地下水渗流进基坑的同时，发挥较好的挡土支护及结构稳定作用。1 工程概况合肥市宿松路（南二环深圳路）快速化改造工程锦绣大道DN2600过路管工程主要建设任务是设置1座内径 7.6 m、深22.9 m的临时接收井，设置1座内径 13 m、深27.5 m的永久工作井，2座井全部采用钻孔灌注桩围护内衬结构。临时接收井共设置27根直径1.0 m，桩长41.9 m的钻孔灌注桩；顶管工作井则设置36根直径1.2 m，桩长50 m的钻孔灌注桩；2种工作井共设置574根直径0.8 m，桩长7.0 m的高压旋喷桩。施工场地以江淮波状平原为宏观地貌单元，以岗地为微地貌单元。工程区地基土从上到下为素填土（Q4ml）、粉质粘土（Q4al）、粉砂层、卵石、全强风化板岩、中风化板岩；上覆第四纪冲洪积粘性土层，下伏白垩系（K）棕红色泥质砂岩。覆盖层厚度在43.250.4 m。地质剖面。场地地下水分为上层滞水和承压水两部分。上层收稿日期：20230220作者简介：段玉三（1984），男，安徽庐江人，高级工程师，主要研究方向为工程管理，给排水工程技术。道路桥梁建 筑 技 术 开 发136 Roads and BridgesBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月滞水全场均布，水量小，开挖施工的过程中，通常以积水明排方式从基坑中排出，上层滞水对桩基施工影响较小；承压水埋深大，桩基施工时主要影响层全风化板岩、层强风化板岩，此类地层中所含粉土、粉细砂在承压水作用下很容易出现流砂、塌孔现象，必须使用高粘稠度优质泥浆固壁。2 施工方案结合该过路管工程地勘结果及地质条件，水泥土搅拌桩并不适用；咬合桩同样适用，但工期长，施工难度大。该过路管深基坑开挖工期紧，施工场地狭小，交叉作业繁多，很难使用大型机械进场施工；钻孔灌注桩和旋喷桩施工均必须在坑内进行，坑内地基软弱，混凝土罐车基本无法下至坑内灌注。综合以上分析，该工程应当采用长螺旋钻机成孔，并在基坑边泵送混凝土成桩，后插钢筋笼以形成支护灌注桩。具体而言，应采用单排长螺旋钻孔灌注桩、外侧布置双排高压旋喷桩止水帷幕的方案1。因工程与河流相距较近，进入汛期后地下水位会持续升高，再加上地下水具有较强的流动性，基坑内外会出现较大的水头差。为确保止水效果，钻孔灌注桩采用2种形式：设计桩径 1200 mm、桩长50 m，桩间距1.5 m；桩径 1000 mm、桩长41.9 m，桩间距1.5 m；桩身采用C30混凝土。外侧设置2排桩径800 mm，桩长7 m的高压旋喷桩；桩间搭接长度为300 mm；旋喷桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，浆液水灰比控制在0.71.0，水泥掺量25%。止水帷幕应伸入下部不透水层2.0 m以上。该过路管工程基坑支护剖面布置。该过路管工程采用先施工围护灌注桩，再加固洞口并施工止水帷幕的工艺流程。支撑的设置和拆除均按照“先撑后挖、先换撑后拆撑”的原则。3 施工技术要点3.1 测量放线正式施工前严格按照设计孔位测量放线，通过全站仪定位桩中心点，并通过钢钎在桩中心点处钎入50 cm深度，将钢钎拔出后向孔内灌注白灰，并以白灰点为桩心，进行定位复核，将灌注桩和旋喷桩桩位偏差均控制在50 mm以内。将钻机对准孔位，按照设计孔径钻孔，并通过泥浆护壁；使用水平尺校平，保证孔位偏差不超出50 mm，孔斜不超出1%；灌注桩和旋喷桩钻孔深度均应伸入相应地层一定深处。待钻至设计钻深后将钻杆拔除，按要求检查并清孔后通过废旧水泥袋将孔口堵塞，避免杂物落入。采用PO32.5普通硅酸盐水泥制浆，将水灰比控制在0.81.0，浆液密度应不超出1.51.6 g/cm；对于卵石地层，应按浆液总量1%3%掺加水玻璃，促进浆液与卵石快速结合，并在浆液表面形成一定强度保护膜，避免浆液快速流失2。该过路管工程基坑钻孔灌注桩和高压旋喷桩组合止水帷幕施工主要配备1台CFG23型长螺旋钻孔机、1台最大钻深100 mXY1A/1B型导孔钻机，1台输出扭矩3000 Nm、转速40 r/min、动力头加压力30 kN的XP30A型旋喷钻机，2台设计压力0.8 MPa、流量6.0 m/min的YV6/8型空压机，2台最高压力50 MPa的3DK型三柱塞高压水泵，2台HB63型注浆泵和2台造浆能力80 L/min、设计容量1.3 m搅拌机。3.2 埋设护筒按照设计点位准确埋设护筒，确保稳定；护筒主要由厚度10 mm的钢板制成，内径应超出钻头直径150 mm，上口处预留12个溢浆孔。粘土内和杂填土内护筒埋深应分别控制在1.0 m和1.5 m以上，埋设好后的护筒顶面标高必须满足钻孔内泥浆面高度要求。3.3 钻孔灌注桩施工对于砂层或砂性土层，应直接通过旋挖筒钻进并取渣，遇到卵石层或砾石层后，应通过螺旋钻头将石层搅松，再通过旋挖筒取渣。钻孔过程中，钻头的起与落均应匀速，切忌过猛随意调整速度。钻进参数应根据实际岩土性质及施工要求实时调整，对于粘性土，应采用中等钻速、中等钻压，大泵量钻进；对于砂土、杂填土或碎石土，应采用低挡慢速钻进，增大泥浆比重并控制进尺。长螺旋钻孔灌注桩与普通钻孔桩不同，其主要通过专用长螺旋钻孔设备成孔，并借助钻头活力连续向孔内泵送灌注超流态混凝土，直至桩顶；而后插入钢筋笼后形成桩体3。长螺旋钻孔机械的使用既能保证钻孔及压灌混凝土工效，避免多机械交叉作业；又能保证成桩质量。在钢筋笼吊放入孔时，必须保证对准孔位，吊直并扶稳，防止钢筋笼与孔壁发生碰撞。此外，钢筋笼吊点在设置时应避免引起吊运变形，确保稳固吊装。该工程钻孔灌注桩施工过程中，为避免发生串孔，采用跳挖工艺并分三序施工；待邻桩混凝土浇筑24 h后再施工下一根桩。灌注桩成孔过程及质量必须满足JGJ 942018建筑桩基技术规范要求，验收合格后才能进行混凝土浇筑。3.4 高压旋喷桩施工在钻孔灌注桩外侧对称设置三重管高压旋喷桩，形成组合止水帷幕。旋喷桩桩径 800 mm，桩长7 m，桩底伸入强风化板岩层1.5 m。将三重管钻具置入孔底后顺次启动压风机、泥浆泵及高压水泵，选喷机道路桥梁建 筑 技 术 开 发 137Roads and BridgesBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月随即按照设计速度旋转；待泵压达到设计水平后孔口返出浆液，此时按照设计值在旋转的同时提升钻具，待提升至桩顶标高设计值以上0.50.8 m处时结束高压喷射注浆。考虑到高压旋喷用水量较大，浆液凝固过程中会析出清水，促使桩顶回落，影响设计标高，故在高压喷射注浆24 h后使用浓度较大的纯水泥浆回灌，以二次充填回落部分，确保旋喷桩长度及 质量。形成组合止水帷幕后，还应在基坑中设置相应数量的降水井，以抽取基坑内存水。通过试桩所确定出的三重管旋喷施工参数为气压0.60.8 MPa、气体流量3.0 m/min、水压3840 MPa、水流量75 L/min；提升速度和旋转速度分别为810 cm/min和1015 r/min；浆液压力2.0 MPa，浆液流量100150 L/min；设置2个直径1.651.75 mm的喷嘴；为保证成桩效率和质量，采用隔一打一跳打施工工艺。旋喷提升期间，应密切关注土层控制压力参数及旋喷流量参数变化，将旋喷桩和灌注桩咬合量控制在150 mm以上；对于圆砾层、粉土层和杂填土层，浆液压力应不超出2225 MPa，旋转速度应在10 12 r/min，喷浆管提升速度应不超出810 cm/min，浆液流量应达到80100 L/min。对于泥岩层，浆液压力应不超出2832 MPa，旋转速度应在1416 r/min，喷浆管提升速度应不超出58 cm/min，浆液流量应达到100120 L/min。高压旋喷注浆施工过程必须连续进行，一次成活，中途不得间断。如遇特殊情况必须中断时，或因喷射管拆卸而停顿后，恢复注浆时必须将注浆管底部插入桩体350 mm以上，以保证衔接质量。待结束高压旋喷注浆施工后，须按照30 min的时间间隔检查桩顶标高，对于因桩体浆液收缩、下沉而造成桩顶凹陷或标高降低等情况，须使用水灰比11的水泥浆液补充灌注，保证补灌段凝固后桩顶标高符合设计要求。高压旋喷桩桩顶应比地下水位高出2 m，通过素土回填桩顶标高，使用钻杆振捣密实。3.5 冠梁施工按照冠梁设计标高挖土，待灌注桩顶外露后将桩顶浮浆和多余混凝土全部剔除，确保锚筋长度均能达到冠梁锚固长度要求，对于长度不符合的锚筋，应使用同型号、同规格钢筋焊接接长，单面搭接焊缝及双面搭接焊缝长度均应满足设计要求。通过人工方式清理冠梁梁槽，并在平整地面绑扎钢筋，安装好侧模后均匀涂抹隔离剂，按要求浇筑冠梁混凝土。4 施工质量控制及检测4.1 施工质量控制该过路管工程深基坑开挖及支护专项施工过程中，基坑支护面积及深度大，止水帷幕工程量较大；随着开挖深度的增大，基坑下部水压力持续增大，不利于止水帷幕施工质量控制，造成帷幕施工很难保证100%咬合，未完全咬合部位存在局部渗漏。为控制深基坑内部地下水，必须加强钻孔灌注桩间距控制，保证高压旋喷桩施工的顺利进行；严控高压旋喷注浆施工压力及水泥浆参数，确保其与钻孔灌注桩顺利搭接；为彻底抽除基坑内地下水，应在基坑中设置相应数量疏干井，同时在基坑外部增设配套的减压井和观测井，以用于控制、降低基坑四周水头压力并实时掌握地下水位变动趋势。4.2 施工质量监测在该工程组合止水帷幕施工结束28 d后对固结体钻取芯样，并展开室内试验，进行成桩体物理力学性能、成桩质量及抗渗性能等的检测，检测点数应按照高压旋喷桩数量的3%5%设置4。试验及检测结果显示，该工程钻孔灌注桩和高压旋喷桩组合止水帷幕成桩合格率100%，不存在桩体空洞、混凝土不密实、桩位偏差、钻孔倾斜、搭接长度不够、桩间距过大等质量问题。5 结束语钻孔灌注桩和高压旋喷桩组合止水帷幕施工方案对于地质条件复杂、周围建筑物及结构物沉降要求高、地下水影响较大的深基坑工程较为适用。通过拟定科学合理的施工方案，加强对钻孔、喷射、桩位偏差及旋喷桩和灌注桩搭接长度的控制，组合止水帷幕的完整性及施工质量有保证，防渗效果也得到较好发挥。深基坑内降水井的设置较好解决了基坑中地下水位较高的问题，为基坑施工提供了干燥环境，也为土方外运及锚杆施工提供了有利条件。钻孔灌注桩及局部高压旋喷桩组合止水帷幕在建筑工程深基坑中的成功应用，使旋喷桩应用范围得以拓展，也为类似工程基坑降排水施工提供了可行思路。参考文献1 周勇,李鑫,田春,等.固结灌浆及高压旋喷桩地基软基处理施工关键技术浅析J.四川建筑,2022,42（S1）:3841.2 娄健,徐华,韩富庆,等.隧道浅埋段软弱围岩高压旋喷桩地表加固机理及现场试验方案设计J.公路,2022,67（8）:403409.3 蔡德庆.灌注桩和高压旋喷桩组合止水帷幕在邻江深基坑中的探究J.建筑技术开发,2022,49（12）:158162.4 任艳艳.深基坑围护灌注桩加高压旋喷止水帷幕方案设计J.大众标准化,2022（11）:110111,114.