止水帷幕攪噴樁在地鐵車(chē)站施工中的應(yīng)用研究

李宏安，李梁，梁俊峰

(1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京100037;2.中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京100161)

止水帷幕攪噴樁在地鐵車(chē)站施工中的應(yīng)用研究

李宏安1，李梁2，梁俊峰2

(1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京100037;2.中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京100161)

結(jié)合北京地鐵14號(hào)線東湖渠站采用長(zhǎng)螺旋改裝攪噴樁的工程實(shí)踐，通過(guò)對(duì)比分析攪噴樁與攪拌樁、旋噴樁的施工工藝參數(shù)、適用地層特征和設(shè)備組成，論證攪噴樁與鉆孔灌注樁組成聯(lián)合止水帷幕，相比攪拌樁與鉆孔灌注樁、旋噴樁與鉆孔灌注樁組成的聯(lián)合止水帷幕更具優(yōu)越性。對(duì)該成樁工藝的主要施工要點(diǎn)進(jìn)行研究，以保證成樁質(zhì)量和止水效果。通過(guò)試樁和開(kāi)挖后成樁效果檢查，發(fā)現(xiàn)該施工工藝具有止水效果良好、施工成本較低、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

長(zhǎng)螺旋攪噴樁 攪拌樁 旋噴樁 止水帷幕

深基坑工程通常采用井點(diǎn)降水，一定程度上會(huì)造成水資源浪費(fèi)。在此背景下，北京市建設(shè)委員會(huì)、北京市水務(wù)局聯(lián)合發(fā)布了《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法》，規(guī)定北京市自2008年3月1日起，行政區(qū)域內(nèi)所有新開(kāi)工的各類(lèi)工程都限制進(jìn)行施工降水。因此，在深基坑工程施工中，如何采取更科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的地下水處理方法成了重要的研究課題。止水帷幕法具有經(jīng)濟(jì)、安全等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)符合盡量不降水的環(huán)保理念，在各種基坑工程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

國(guó)內(nèi)常用于工程實(shí)踐的止水帷幕方法有攪拌樁［1］、旋噴樁［2-7］和長(zhǎng)螺旋改裝攪噴樁［8-11］三種成樁工藝。其基本原理都是鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升使?jié){液與崩落下來(lái)的土充分?jǐn)嚢瑁?jīng)過(guò)一段時(shí)間的凝固后形成固結(jié)體，通過(guò)咬合在一起的連續(xù)樁體，形成一圈豎向止水帷幕。

1 長(zhǎng)螺旋改裝攪噴樁特點(diǎn)

1.1攪噴樁止水原理

攪噴樁是利用鉆機(jī)把安裝在注漿管底部側(cè)面的特殊噴頭設(shè)置于樁底設(shè)計(jì)高程后，將預(yù)先配好的漿液用15～20 MPa的高壓噴出，形成能量高度集中的液流直接沖擊破壞土體，噴射過(guò)程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升使?jié){液與崩落下來(lái)的土充分?jǐn)嚢?，并?jīng)過(guò)一定的時(shí)間凝固后，在土中形成一定形狀的固結(jié)體，從而使地基得到加固。再加上后續(xù)施工的主體結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁在土中形成一個(gè)四周封閉的堵水結(jié)構(gòu)，從而在車(chē)站基坑開(kāi)挖過(guò)程中形成起止水作用的帷幕。

1.2 改裝型長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)與普通長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的區(qū)別

改裝型長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)與普通長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的區(qū)別主要有兩點(diǎn):

1)改裝型長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)其鉆桿中心有兩路高壓輸液管線，一路從鉆頭底部噴射，另一路從鉆頭側(cè)向噴射。鉆機(jī)在鉆桿提升的過(guò)程中沿兩路出漿口噴射出高壓水泥漿。鉆頭側(cè)向噴出的漿液切割鉆桿兩側(cè)土體，使樁周土體與水泥漿充分拌合，同時(shí)增大成樁直徑。鉆頭底部噴出的水泥漿主要與沿鉆桿掉落的少量土體充分拌合形成固結(jié)體。

2)改裝型長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)由于要在成孔的同時(shí)進(jìn)行水泥漿液的噴射，所以它需具有更大的動(dòng)力設(shè)備。表1對(duì)攪拌樁、旋噴樁和長(zhǎng)螺旋改裝攪噴樁從成樁參數(shù)、地層特征、設(shè)備組成三方面進(jìn)行了比較。

1.3 成樁工藝比較

通過(guò)多項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)螺旋改裝攪噴樁作為止水帷幕更具優(yōu)勢(shì)，其作為車(chē)站止水帷幕結(jié)構(gòu)成樁效果更佳，止水效果更好。

其施工工藝主要優(yōu)點(diǎn)包括:

1)成孔直徑大，能保證射出的水泥漿液與土體充分拌合，成樁質(zhì)量好。

2)有效成樁深度能達(dá)到30 m，在深基坑止水帷幕工藝中的應(yīng)用范圍更廣。

3)鉆桿直徑大，因此在成樁過(guò)程中鉆桿的撓度小，樁體垂直度控制難度較小，能控制在0.5%～1.5%。

4)鉆機(jī)能在粉土、黏性土、砂土、卵礫石、雜填土、強(qiáng)風(fēng)化巖石中成樁，且成樁效果更好。

表1 北京地區(qū)三種常用止水帷幕工藝

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

北京地鐵14號(hào)線東湖渠站采用蓋挖逆作法施工，車(chē)站位于廣順北大街下，站位南邊是利澤西街和利澤中街，北邊是望京西路和望京北路，沿廣順北大街走向布置。車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段凈寬19.5 m，總凈長(zhǎng)255.0 m，車(chē)站覆土約4.4 m，基坑深度約18.0 m。

2.2 止水帷幕施工工藝

基坑采用長(zhǎng)螺旋改裝噴攪樁與結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁搭接咬合組成聯(lián)合止水帷幕，既作為車(chē)站施工過(guò)程中的止水屏障，又作為該車(chē)站蓋挖逆作施工過(guò)程中的支撐體系。攪噴樁與結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁搭接長(zhǎng)度不小于250 mm，攪噴樁直徑不小于1 000 mm。即使兩種樁均有0.5%的垂直度偏差仍然能保證搭接質(zhì)量。攪噴樁沿基坑邊緣展開(kāi)布置，它與車(chē)站結(jié)構(gòu)、圍護(hù)樁的相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 攪噴樁與圍護(hù)樁的水平位置關(guān)系(單位:mm)

3 止水帷幕質(zhì)量控制要點(diǎn)

要保證攪噴樁與φ1 000圍護(hù)樁組成的聯(lián)合止水帷幕在車(chē)站負(fù)一層、負(fù)二層結(jié)構(gòu)施工中起到很好的止水作用，必須對(duì)攪噴樁施工過(guò)程中下列要素進(jìn)行控制。

1)垂直度。嚴(yán)格控制鉆桿垂直度在0.5%以?xún)?nèi)，保證攪噴樁和φ1 000圍護(hù)樁的充分咬合。主要控制措施是在鉆機(jī)成孔之前和成孔過(guò)程中用全站儀校核、監(jiān)控鉆桿垂直度。同時(shí)在鉆桿上焊接垂直度控制垂桿，桿長(zhǎng)不小于1 m，桿下端焊接三角鐵，三角鐵的下尖端需與下面已經(jīng)焊接在鉆桿上的三角鐵的上尖端對(duì)中。

2)注漿壓力。注漿壓力控制在15～25 MPa，以保證利用φ800 mm鉆桿成孔。通過(guò)高壓出漿口噴射出的水泥漿切割周邊土體，達(dá)到最小成樁直徑1 000 mm以上。

3)提升速度、旋轉(zhuǎn)速度。提升速度控制在(25± 5)cm/min，旋轉(zhuǎn)速度控制在(10±5)r/min，以保證土和水泥漿液充分拌勻。同時(shí)，注漿壓力、提升速度共同控制攪噴樁中水泥漿液的摻入量，保證成樁質(zhì)量。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，水泥摻入量約為285 kg/m。

4)樁位偏差。樁位偏差控制在20 mm以?xún)?nèi)。

5)φ1 000圍護(hù)樁成樁時(shí)間。在施工過(guò)程中應(yīng)先施工攪噴樁，后施工圍護(hù)樁。且圍護(hù)樁施工時(shí)間應(yīng)控制在攪噴樁施工完成后15 d以?xún)?nèi)，否則攪噴樁形成的水泥土固結(jié)體達(dá)到一定強(qiáng)度后，圍護(hù)樁成樁垂直度要求難以保證，形成的聯(lián)合止水帷幕止水效果不佳。

6)漿液比重。漿液水灰比為1∶(0.75～0.95)，漿液比重不小于1.4 g/cm3。

7)水泥漿液中膨潤(rùn)土摻入量。通過(guò)調(diào)整膨潤(rùn)土摻入量可對(duì)成樁后樁體強(qiáng)度增長(zhǎng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，摻入量越大，樁體強(qiáng)度增長(zhǎng)越慢。

4 成樁效果

攪噴樁與圍護(hù)樁組成的聯(lián)合止水帷幕止水工藝在工程實(shí)踐中運(yùn)用較少，僅在北京北苑地區(qū)某房建項(xiàng)目基坑工程中成功運(yùn)用。該工藝經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保、適用于各種施工工藝地鐵車(chē)站，并被試驗(yàn)性應(yīng)用于北京地鐵14號(hào)線的2個(gè)蓋挖逆作法施工的地鐵車(chē)站中。為了保證良好的止水效果，東湖渠站對(duì)攪噴樁進(jìn)行了非原位試樁。經(jīng)過(guò)試樁發(fā)現(xiàn)φ800 mm的鉆桿成樁直徑達(dá)到1 000～1 200 mm，能保證攪噴樁和圍護(hù)樁的充分咬合。同時(shí)在頂板基坑工程施工時(shí)，開(kāi)挖檢驗(yàn)成樁質(zhì)量，檢測(cè)效果如圖2所示。兩邊是長(zhǎng)螺旋攪噴樁，中間是結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁，不難看出攪噴樁與結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁咬合得很好，完全可以起到止水帷幕的作用。攪噴樁與圍護(hù)樁聯(lián)合止水的施工工藝是值得推廣的。

圖2 攪噴樁與結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁的咬合

5 結(jié)論

本文比較長(zhǎng)螺旋改裝攪噴樁、旋噴樁、攪拌樁三種樁的施工工藝，總結(jié)了攪噴樁成樁質(zhì)量控制要點(diǎn)。主要結(jié)論如下:

1)長(zhǎng)螺旋改裝攪噴樁與攪拌樁、旋噴樁相比具有成孔直徑大、成樁深度大、垂直度易控制、適用于多種土質(zhì)地層等優(yōu)點(diǎn)。其作為止水帷幕結(jié)構(gòu)成樁效果更佳，止水效果更好。

2)為保證攪噴樁與圍護(hù)樁的聯(lián)合止水作用，在施工過(guò)程中需對(duì)攪噴樁的垂直度、注漿壓力、提鉆速度、旋轉(zhuǎn)速度、樁位偏差、漿液比重、水泥漿液中膨潤(rùn)土摻入量及后續(xù)施工的圍護(hù)樁施工時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3)攪噴樁和圍護(hù)樁組成聯(lián)合止水帷幕的施工工藝具有止水效果佳、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，是一種良好的止水工藝。

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(責(zé)任審編 李付軍)

U231+.4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.23

1003-1995(2015)02-0082-03

2014-08-10;

2014-09-20

李宏安(1979—)，男，陜西扶風(fēng)人，高級(jí)工程師，博士。