SMW旋噴樁在水電站粉細(xì)砂層深基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

錢(qián)運(yùn)東，張 英

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710016)

SMW旋噴樁在水電站粉細(xì)砂層深基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

錢(qián)運(yùn)東，張 英

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710016)

高壓旋噴樁施工技術(shù)在建筑深基坑支護(hù)中應(yīng)用廣泛，在復(fù)雜地質(zhì)條件與復(fù)雜施工環(huán)境下，SMW高壓旋噴樁加固技術(shù)在水電站粉細(xì)砂層深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工中的成功應(yīng)用，為軟弱地基地質(zhì)條件下基坑開(kāi)挖施工提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的支護(hù)方案，通過(guò)SMW高壓旋噴樁技術(shù)在水電站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的施工，能有效解決因場(chǎng)地狹窄，環(huán)境復(fù)雜和變形限制嚴(yán)格等問(wèn)題，加快施工進(jìn)度，節(jié)約成本達(dá)到預(yù)期效果。為類似深基坑施工提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

SMW樁；旋噴樁；深基坑；圍擋

高壓旋噴樁施工技術(shù)在建筑深基坑支護(hù)中已得到廣泛應(yīng)用，隨著水利水電工程開(kāi)發(fā)進(jìn)程不斷加快，工程所處的環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，深基坑支護(hù)技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用也越來(lái)越多。內(nèi)蒙古海勃灣水電站位于黃河上游內(nèi)蒙古段烏海市，壩址區(qū)主要由第四系松散堆積物組成，上部土體以粉砂、細(xì)砂為主，下部以砂礫石為主，總厚度大于500 m，在如此復(fù)雜的地質(zhì)條件下，如何保證開(kāi)挖面周邊結(jié)構(gòu)物安全尤為重要,經(jīng)過(guò)多項(xiàng)方案論證比較，最終確定采用高壓旋噴樁內(nèi)插型鋼加強(qiáng)支護(hù)。

1 工程概況

海勃灣水利樞紐位于內(nèi)蒙古烏海市，是一座以防凌、發(fā)電等綜合利用的Ⅱ等大(2)型工程。樞紐由土石壩、泄洪閘、電站廠房等建筑物組成，右岸壩肩塑性混凝土防滲墻延伸段橫跨天然氣管道、高壓電纜、市政電纜、光纜及路燈管線等，且沿江道路從施工區(qū)右側(cè)(直線距離不足2 m)穿過(guò)，新建居民區(qū)樓房距右邊線約50 m。

根據(jù)施工設(shè)計(jì)，右岸壩肩塑性混凝土防滲墻延伸段基坑開(kāi)挖高程EL1 082～1 069 m，開(kāi)挖至1069高程后開(kāi)始進(jìn)行塑性混凝土防滲墻施工，防滲墻底高程1 026 m，設(shè)計(jì)深度43 m。

項(xiàng)目右岸壩肩為粉細(xì)砂軟土層，抗剪強(qiáng)度低，深基坑開(kāi)挖時(shí)會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的側(cè)向土壓力，加上市政管(天然氣主管道)線(光纖光纜等)、道路等橫穿施工區(qū)且不能放坡。受施工條件影響，必須采取垂直開(kāi)挖，為解決復(fù)雜施工環(huán)境深基坑施工，采用SMW旋噴樁技術(shù)，在水泥攪拌樁內(nèi)插入型鋼形成勁性樁，兼具良好的抗彎、抗剪和防水性能，有效地減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，滿足基坑工程的技術(shù)要求。SMW高壓旋噴樁技術(shù)首次在海勃灣水電站復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)和施工環(huán)境基坑支護(hù)的成功應(yīng)用，為類似工程提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2 工程地質(zhì)

黃河海勃灣水利樞紐壩址地處黃河彎道段，河谷寬約 540 m，為不對(duì)稱寬谷， 河床高程1 064.0～1 066.5 m；平水期黃河水位約1 066.5 m，水深一般在0.5～2.5 m，主河槽寬度 400 m左右；河谷區(qū)為黃河沖積地貌類型，主要是河漫灘。河床表層為新近堆積的細(xì)砂、粉砂，松散至稍密，地層巖性是以粉砂、細(xì)砂為主，夾有砂礫石、中粗砂和粘性土夾層和透鏡體的第四系松散堆積物。河道兩岸均為土質(zhì)岸坡，左岸為黃河Ⅰ級(jí)階地，與烏蘭布和沙漠相連，高程在1 069.5 m左右；右岸為黃河Ⅱ級(jí)階地，岸邊高程在1 078 m左右。

壩址區(qū)右岸主要由第四系松散堆積物組成，上部以粉砂、細(xì)砂為主，下部以砂礫石為主，總厚度大于500 m。右岸壩肩為第Ⅲ單元粉砂、細(xì)砂夾砂礫石和粘性土(Q3al+l)，其中粉砂臨界坡降為0.31～0.32，細(xì)砂臨界坡降為0.21～0.48；粉砂滲透系數(shù)為1.99×10-4(cm/s)，細(xì)砂夾砂礫石滲透系數(shù)為2.33×10-3(cm/s)，中等透水。

3 基坑開(kāi)挖支護(hù)方案

設(shè)計(jì)要求右岸壩肩防滲墻施工設(shè)備布置及施工要求，防滲墻基礎(chǔ)施工平臺(tái)開(kāi)挖底寬不小于10 m，深度13 m。根據(jù)工程所處施工環(huán)境，要求在保護(hù)好天然氣管道和不破壞現(xiàn)場(chǎng)原有管線設(shè)施的基礎(chǔ)上，保證現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)筑物及設(shè)施安全，為此只能采取垂直開(kāi)挖，結(jié)合粉細(xì)砂層地質(zhì)特性，通過(guò)多種方案比選，確定采用高壓旋噴樁內(nèi)插14#工字鋼支護(hù)(簡(jiǎn)稱SMW旋噴樁支護(hù))方案進(jìn)行開(kāi)挖邊坡防護(hù)，既能保證支護(hù)強(qiáng)度，又能滿足防水要求。旋噴樁采用單排連續(xù)墻方式布置，搭接長(zhǎng)度20 cm，軸線間距0.8 m，成樁直徑1.0 m，嵌固深度0.4 h，最大深度18 m(頂高程1 082.00，底高程1 064.00)，旋噴樁內(nèi)插12#工字鋼。型鋼盡量采用坡口幫焊，且單根工字鋼接頭不超過(guò)兩個(gè)，相鄰接頭豎向位置相互錯(cuò)開(kāi)2 m以上。

SMW高壓旋噴樁施工完等強(qiáng)5～7 d，開(kāi)始進(jìn)行基坑開(kāi)挖。天然氣管道底部高程以上(約2 m厚度)人工開(kāi)挖清理，管道底部至防滲墻頂部高程采用人工配合小型挖掘機(jī)開(kāi)挖，每層開(kāi)挖深度控制在2 m左右，至防滲墻設(shè)計(jì)施工高程后開(kāi)始進(jìn)行下部塑性混凝土防滲墻施工，再進(jìn)行防滲墻頂部至壩頂高程混凝土截水墻施工，最后按設(shè)計(jì)要求分層碾壓回填至壩頂高程。

4 SMW旋噴樁施工工藝過(guò)程

主要施工程序：施工準(zhǔn)備——高壓旋噴樁鉆孔——噴射注漿——樁機(jī)移位——型鋼插入——冠梁施工——質(zhì)量檢查。

4.1 施工準(zhǔn)備

(1)施工前采用地質(zhì)雷達(dá)探明地下管線埋深和位置信息,作好標(biāo)記。盡量避開(kāi)管線。

(2)清除旋噴樁施工范圍內(nèi)的垃圾和雜物,并進(jìn)行地面平整壓實(shí)，設(shè)置臨時(shí)施工設(shè)施。

(3)使用全站儀等進(jìn)行放樣，對(duì)施工范圍內(nèi)的所有樁位進(jìn)行測(cè)量定位,并做好明顯、牢固的樁位標(biāo)志。

4.2 鉆孔

采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，泥漿護(hù)壁。鉆機(jī)就位時(shí)采用水準(zhǔn)尺或羅盤(pán)定位，孔斜率偏差控制在1.0%以內(nèi)，鉆孔結(jié)束后采用量鉆桿測(cè)量孔深或以下入旋噴管深度確定孔深。

引孔至設(shè)計(jì)深度后，換上噴射注漿管插入預(yù)定深度。在插管過(guò)程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，要邊射水邊插管，水壓不得超過(guò)1 Mpa，以免壓力過(guò)高，將孔壁射穿，高壓水噴嘴要用塑料布包裹，以防泥土進(jìn)入管內(nèi)。

4.3 噴射注漿

高壓旋噴灌漿采用三管法，樁鉆機(jī)施工前，首先在地面進(jìn)行試噴，在鉆孔機(jī)械試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后,開(kāi)始引孔鉆進(jìn)。在下入或拆卸噴射管時(shí)應(yīng)對(duì)噴嘴進(jìn)行保護(hù)以防堵塞，當(dāng)噴頭下到孔底后，進(jìn)行原地轉(zhuǎn)動(dòng)靜噴。待孔口返出漿液，風(fēng)壓力、返漿比重達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，正常提升。噴射過(guò)程中定時(shí)檢測(cè)原漿、返漿比重，控制風(fēng)壓。為提高樁底端質(zhì)量，在樁底部1.0 m范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)增加鉆桿噴漿旋噴時(shí)間。

4.4 樁機(jī)移位

旋噴提升到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)停止旋噴，提升鉆頭出孔口，清洗注漿泵及輸送管道，然后將鉆機(jī)移位。

4.5 型鋼插入

H 型鋼樁提前在加工廠將下端加工成尖頭形狀，表面涂滿隔離劑油，且將外漏端焊環(huán)，以方便吊運(yùn)。在完成旋噴樁施工后，H 型鋼用汽車(chē)式起重機(jī)吊起，利用振錘高頻振動(dòng)將H 型鋼插入攪拌樁內(nèi)，深度同旋噴樁底高程，確保型鋼垂直插入。考慮樁頂灌梁施工，頂部高出樁頂高程0.5 m。

4.6 冠梁施工

SMW旋噴樁施工完成后，清除樁頂50 cm左右土層，采用槽鋼焊將型鋼頂部焊接接連成整體，并澆筑0.8 m×0.5 m混凝土冠梁。充分發(fā)揮旋噴樁的止水能力和型鋼的抗剪強(qiáng)度, 增加抗傾覆能力，解決因施工場(chǎng)地限制而給基坑支護(hù)工作帶來(lái)的困難，滿足開(kāi)挖基坑穩(wěn)定要求。

4.7 質(zhì)量檢查

注漿前質(zhì)量檢查和驗(yàn)收的內(nèi)容包括：孔位、孔深、孔斜、水泥等原材料漿液配比等符合設(shè)計(jì)和施工要求。注漿時(shí)質(zhì)量檢查和驗(yàn)收的內(nèi)容包括：噴管下入深度，現(xiàn)場(chǎng)工藝檢查、工序檢查、進(jìn)回漿密度檢查、風(fēng)、水、漿壓力等檢查項(xiàng)目。在施工過(guò)程中，質(zhì)檢人員應(yīng)及時(shí)地進(jìn)行中間驗(yàn)收，尤其是成孔后必須經(jīng)過(guò)“三檢制”簽字確認(rèn)后，進(jìn)入下一步的噴漿工作。

高噴防滲墻質(zhì)量檢查可采用鉆孔檢測(cè)法，每個(gè)單元工程布置一個(gè)檢查孔，檢查孔位宜布置在墻體中心線上的相鄰兩孔高噴凝結(jié)體的搭接處，進(jìn)行靜水頭壓水試驗(yàn)。

5 SMW高壓旋噴樁施工效果

高壓旋噴樁與型鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合，并將頂部冠梁將樁體連城整體，具有良好的防滲和穩(wěn)定作用，考慮到支護(hù)架構(gòu)向基坑內(nèi)側(cè)傾覆，在設(shè)計(jì)時(shí)采用鋼管做橫向支撐加固，極大的提高了樁體強(qiáng)度。開(kāi)挖過(guò)程中通過(guò)冠梁頂部預(yù)埋觀測(cè)點(diǎn)加強(qiáng)變形觀測(cè)，經(jīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，開(kāi)挖后SMW旋噴樁墻體最大水平位移為3.5 cm，支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，為基坑開(kāi)挖和壩段塑性混凝土防滲墻及回填施工創(chuàng)造了條件，與其他方案相比加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了工程成本，達(dá)到預(yù)期效果。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高壓旋噴樁加型鋼支護(hù)技術(shù)在水電站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，有效解決了基坑支護(hù)中因場(chǎng)地狹窄、環(huán)境復(fù)雜和變形限制嚴(yán)格而產(chǎn)生的支護(hù)難點(diǎn), 充分驗(yàn)證了SMW高壓旋噴樁作為特殊基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的可行性，可以廣泛應(yīng)用于類似工程和類似地層基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，值得推廣。

[1]中華人民共和國(guó)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程.JGJ 120-2012.

[2]中華人民共和國(guó)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程.JGJ 199-2010.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范.DL/T 5119-2004.

[4]劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[第二版].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2009.

2016-10-28

錢(qián)運(yùn)東(1981-)，男，陜西白河人，工程師，主要從事水利水電工程施工管理工作。

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1004-1184(2017)01-0102-02