錢運東，張 英

(中國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砂層深基坑圍護中的應(yīng)用

錢運東，張 英

(中國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)在水電站粉細砂層深基坑圍護結(jié)構(gòu)施工中的成功應(yīng)用，為軟弱地基地質(zhì)條件下基坑開挖施工提供了一個經(jīng)濟合理、安全可靠的支護方案，通過SMW高壓旋噴樁技術(shù)在水電站基坑圍護結(jié)構(gòu)中的施工，能有效解決因場地狹窄，環(huán)境復(fù)雜和變形限制嚴格等問題，加快施工進度，節(jié)約成本達到預(yù)期效果。為類似深基坑施工提供寶貴經(jīng)驗。

SMW樁；旋噴樁；深基坑；圍擋

高壓旋噴樁施工技術(shù)在建筑深基坑支護中已得到廣泛應(yīng)用，隨著水利水電工程開發(fā)進程不斷加快，工程所處的環(huán)境也越來越復(fù)雜，深基坑支護技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用也越來越多。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，如何保證開挖面周邊結(jié)構(gòu)物安全尤為重要,經(jīng)過多項方案論證比較，最終確定采用高壓旋噴樁內(nèi)插型鋼加強支護。

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，新建居民區(qū)樓房距右邊線約50 m。

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

項目右岸壩肩為粉細砂軟土層，抗剪強度低，深基坑開挖時會對支護結(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)境基坑支護的成功應(yīng)用，為類似工程提供寶貴經(jīng)驗。

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砂、粉砂，松散至稍密，地層巖性是以粉砂、細砂為主，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 基坑開挖支護方案

設(shè)計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)施工平臺開挖底寬不小于10 m，深度13 m。根據(jù)工程所處施工環(huán)境，要求在保護好天然氣管道和不破壞現(xiàn)場原有管線設(shè)施的基礎(chǔ)上，保證現(xiàn)場構(gòu)筑物及設(shè)施安全，為此只能采取垂直開挖，結(jié)合粉細砂層地質(zhì)特性，通過多種方案比選，確定采用高壓旋噴樁內(nèi)插14#工字鋼支護(簡稱SMW旋噴樁支護)方案進行開挖邊坡防護，既能保證支護強度，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兩個，相鄰接頭豎向位置相互錯開2 m以上。

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

4 SMW旋噴樁施工工藝過程

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

4.1 施工準備

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

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

(3)使用全站儀等進行放樣，對施工范圍內(nèi)的所有樁位進行測量定位,并做好明顯、牢固的樁位標志。

4.2 鉆孔

采用地質(zhì)鉆機鉆孔，泥漿護壁。鉆機就位時采用水準尺或羅盤定位，孔斜率偏差控制在1.0%以內(nèi)，鉆孔結(jié)束后采用量鉆桿測量孔深或以下入旋噴管深度確定孔深。

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

4.3 噴射注漿

高壓旋噴灌漿采用三管法，樁鉆機施工前，首先在地面進行試噴，在鉆孔機械試運轉(zhuǎn)正常后,開始引孔鉆進。在下入或拆卸噴射管時應(yīng)對噴嘴進行保護以防堵塞，當噴頭下到孔底后，進行原地轉(zhuǎn)動靜噴。待孔口返出漿液，風壓力、返漿比重達到設(shè)計值時，正常提升。噴射過程中定時檢測原漿、返漿比重，控制風壓。為提高樁底端質(zhì)量，在樁底部1.0 m范圍內(nèi)應(yīng)適當增加鉆桿噴漿旋噴時間。

4.4 樁機移位

旋噴提升到設(shè)計樁頂標高時停止旋噴，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。在完成旋噴樁施工后，H 型鋼用汽車式起重機吊起，利用振錘高頻振動將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度, 增加抗傾覆能力，解決因施工場地限制而給基坑支護工作帶來的困難，滿足開挖基坑穩(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)計和施工要求。注漿時質(zhì)量檢查和驗收的內(nèi)容包括：噴管下入深度，現(xiàn)場工藝檢查、工序檢查、進回漿密度檢查、風、水、漿壓力等檢查項目。在施工過程中，質(zhì)檢人員應(yīng)及時地進行中間驗收，尤其是成孔后必須經(jīng)過“三檢制”簽字確認后，進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法，每個單元工程布置一個檢查孔，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，進行靜水頭壓水試驗。

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，考慮到支護架構(gòu)向基坑內(nèi)側(cè)傾覆，在設(shè)計時采用鋼管做橫向支撐加固，極大的提高了樁體強度。開挖過程中通過冠梁頂部預(yù)埋觀測點加強變形觀測，經(jīng)觀測數(shù)據(jù)分析，開挖后SMW旋噴樁墻體最大水平位移為3.5 cm，支護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，為基坑開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度，節(jié)約了工程成本，達到預(yù)期效果。

6 結(jié)語

通過高壓旋噴樁加型鋼支護技術(shù)在水電站深基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工，有效解決了基坑支護中因場地狹窄、環(huán)境復(fù)雜和變形限制嚴格而產(chǎn)生的支護難點, 充分驗證了SMW高壓旋噴樁作為特殊基坑圍護結(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結(jié)構(gòu)中，值得推廣。

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

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

[3]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.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]劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊[第二版].中國建筑工業(yè)出版社.2009.

2016-10-28

錢運東(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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