張紅濤

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京100082）

0 引言

隨著城市現(xiàn)代化的進程，推進了城市地下空間的開發(fā)，基坑工程需穿越更深、更復雜的地層，這對深基坑工程的隔水帷幕施工技術提出了更高的要求［1-3］。隔水和降水是深基坑工程的重點和難點問題，隔水帷幕能夠最大限度地阻斷基坑內(nèi)外水層的交流，防止地下水滲漏［4-6］，因此建立隔水帷幕是解決基坑降水困難時的重要途徑。

目前，常見的隔水帷幕有水泥土深層攪拌樁、高壓旋噴樁、咬合樁、鋼板樁、地下連續(xù)墻等［7-10］。其中，深層攪拌樁多適用于較淺的軟弱地基層，當隔水帷幕穿越質(zhì)地堅硬、顆粒粗大的滲透性良好的粗砂礫石地層時，由于地下水徑流強烈，成孔后不穩(wěn)定，極易塌孔，采用水泥土深層攪拌樁隔水帷幕施工技術難以滿足設計要求，止水效果得不到保證。高壓噴射注漿技術因其在成樁時對周圍土體的加固作用，可適用于滲透系數(shù)良好、徑流補給明顯的砂礫石地層。

本文針對太原萬達廣場A 2區(qū)商住樓工程項目基坑隔水帷幕工程中深層攪拌樁無法有效使用的技術難題，通過對地層相關技術資料的分析研究，提出了在粗砂礫石地層采用高壓旋噴樁隔水帷幕施工技術的方案，并成功實施了這一工程，總結了該技術的施工工藝、技術要求和質(zhì)量保證措施，證明了其應用價值。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

太原萬達廣場項目位于山西省太原市老城區(qū)的核心區(qū)域，緊鄰內(nèi)城水系的“龍眼”龍?zhí)豆珗@東側，雄踞太原古城西北角。該項目北為北大街，西鄰新建路，東緊鄰解放北路，南至旱西門街。規(guī)劃總用地面積44.22萬m2，總建筑面積148.30萬m2，其中A 2區(qū)擬建建筑物為6棟地上32層、地下2層住宅樓群。

太原萬達廣場A 2區(qū)A-5、7、8、9號商住樓項目基坑開挖深度為5.90～7.50 m，計劃施工內(nèi)容有降水井施工、土釘墻施工、高壓旋噴樁及深層攪拌樁隔水帷幕施工。其中降水設計為開挖344口?600 mm、井深12 m的大口井作為降水井；基坑支護分10個剖面進行土釘墻施工，施工面積達6499 m2；3排深層攪拌樁設計樁徑500 mm，樁頂埋深-2.50 m，樁孔深12 m，樁中心距350 mm，水泥型號P.S.A 32.5，單排旋噴樁設計樁徑600 mm，其余設計參數(shù)與深層攪拌樁一致。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 工程地質(zhì)條件

本工程場地范圍內(nèi)地層發(fā)育情況自上而下為：①層填土；②層工程地質(zhì)條件復雜，各區(qū)域地層巖性不同，呈粉質(zhì)粘土、粉細砂、細砂及粗礫砂交互分布，頂界面標高777.17～784.80 m，底界面標高772.13～779.60 m，層厚0.6～10.2 m；③層粉土，該層厚度穩(wěn)定，可視為地層標志層，隔水帷幕可止于此層。

1.2.2 水文地質(zhì)條件

本工程所在場地共有3層地下水。場地內(nèi)首層地下水為孔隙潛水，主要靠大氣降水及側向徑流補給；二層以下地下水為承壓水，主要靠側向徑流補給。穩(wěn)定水位在自然地面下2.10～3.70 m。

2 隔水帷幕設計

本工程原設計采用3排水泥土深層攪拌樁隔水帷幕隔水，帷幕內(nèi)部布設降水疏干井。施工中發(fā)現(xiàn)在9號樓西北側、8號樓東南側及7號樓東南側部位，深層攪拌樁帷幕施工不能滿足設計要求。經(jīng)過對A 2區(qū)地勘資料進行歸納、整理和研究后發(fā)現(xiàn)，③層粉土可視為地層標志層（該層厚度穩(wěn)定，隔水帷幕設計也止于此層），在此層之上（剝?nèi)ヌ钔立賹樱┑貙訋r性平面分布具以下明顯特征（見圖1）：在8、9號樓連線方向（北東—南西）發(fā)育一條斜穿A 2區(qū)中間部位、寬100～110 m、一般厚度5～7 m最大厚度10 m的②層粗礫砂古河道沉積帶。由該地區(qū)水文地質(zhì)條件可知，地下水流向粗礫砂層古河道沉積帶處（流動方向如圖中箭頭所示），地層滲透系數(shù)為6×10-3cm/s，地下水有較大的流速和流量，造成地下水徑流強烈；同時該地層主要為粗砂礫層，由于深層攪拌法適用于土層，對于密實度稍高的砂礫層不適用，導致深層攪拌樁無法施工。基于此情況，在該部位改用高壓旋噴樁隔水帷幕施工方案。

圖1 填土①層與粉土③層之間地層巖性分布Fig.1 Lithologic distribution between backfill①layer and silt③layer

高壓旋噴樁總體設計樁數(shù)為2055根，總工程量為26493 m，樁位布置如圖2所示（虛線框為旋噴樁部位），各部位具體設計工程量如表1所示。本工程施工采用雙套管錨桿鉆機引孔，單管高壓噴射工藝。特點是：鉆機引孔與高壓旋噴分2步進行，能確保滿足設計要求。

圖2 高壓旋噴樁隔水帷幕樁位總體布置Fig.2 Gener al layout of high pressur e jet gr outing piles for the water cut-off curtain

表1 高壓旋噴樁設計工程量Table 1 Designed quantity of high pressure jet grouting piles

3 高壓旋噴樁隔水帷幕施工技術

3.1 施工技術要求

根據(jù)高壓噴射注漿法的主要特點，從施工設備、注漿材料和質(zhì)量檢查與控制3個方面對高壓旋噴樁的施工技術提出了新的要求。

（1）施工設備：主要包括鉆機和高壓發(fā)生設備2部分［11-13］。依據(jù)需要采用單管、二重管或三重管不同的噴射方式進行旋噴作業(yè)時所使用的機具類型和數(shù)量不同。高壓噴射注漿工藝要求所用鉆機除具備一般鉆機的功能外，還要有帶動注漿管以10～20 r/min慢速提升功能。不具備以上2種功能的鉆機，必須改制或另配備旋噴機和鉆機結合使用。高壓發(fā)生設備主要有高壓泵、泥漿泵、空壓機、注漿管、高壓膠管、液體流量計、風量計等。本工程中高壓旋噴樁引孔所用的是雙套管錨桿鉆機，滿足施工對鉆機的要求，并搭配單管噴射法進行施工作業(yè)，如圖3所示。

圖3 鉆機現(xiàn)場施工Fig.3 Drilling rig at wor k

（2）注漿材料：高壓噴射注漿材料分主材與外加劑。主材為水泥，常用水泥有普通硅酸鹽水泥、高早強水泥、低熱水泥和抗硫酸鹽水泥等，對于無特殊要求的工程，一般選用32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥。主材、外加劑使用前都需要進行專門的檢測。

（3）質(zhì)量檢查與控制：質(zhì)量檢查的內(nèi)容包括固結體的整體性和均勻性、有效直徑、垂直度、強度等。檢驗點的數(shù)量為施工注漿孔數(shù)的2%～5%，對于不足20孔的工程，至少應檢驗2個點，不合格者應進行補噴。主要通過開挖檢查、鉆孔取心、靜載荷試驗、小應變動力測試等方法進行檢查與控制［14-16］。

3.2 旋噴樁施工設計參數(shù)

根據(jù)勘查報告地層特點，設計要求用單管高壓旋噴樁進行隔水帷幕施工，設計具體參數(shù)如下：

（1）旋噴注漿選用顆粒細、穩(wěn)定性好的32.5級礦渣硅酸鹽水泥。

（2）水泥漿液的水灰比越小，高壓噴射注漿體相互結合越好。在施工中因注漿設備的原因，水灰比太小時，噴射不暢，易堵塞噴嘴及加快高壓泵柱塞的老化，故水灰比一般選0.6～1.5之間，因本場區(qū)潛水較為豐富，取水灰比0.6為宜。

（3）設計旋噴樁尺寸及布置參數(shù)：樁徑600 mm，樁深12～15 m，樁底進入相對隔水層1 m，樁間距300 mm，相互咬合300 mm。

（4）結合國家規(guī)范和地區(qū)施工經(jīng)驗，以及現(xiàn)場施工試驗，確定高壓噴射注漿壓力為20 MPa，旋噴速度為10～20 r/min，提升速度為80～250 mm/min。

3.3 施工工藝流程

（1）形成施工平臺，施工平臺誤差控制在150 mm范圍內(nèi)。

（2）測量人員按圖紙放樣定位，孔位偏差±50 mm內(nèi)。

（3）采用套管跟進鉆機引孔。

（4）鉆至設計深度后，邊提升邊噴漿至地面一次成樁完畢。

（5）旋噴樁前后兩組樁相互切割，一次成墻完成一個施工單元。

3.4 質(zhì)量保證措施

為保證高壓噴射注漿法的成樁質(zhì)量，施工時要做好如下質(zhì)量保證措施：

（1）旋噴施工時要求采用間隔跳打的方式進行。

（2）鉆機或旋噴機就位時機座放平穩(wěn)，立軸或轉(zhuǎn)盤要與孔位對正，傾角與設計誤差≯0.5°。

（3）采用清水鉆進引孔，引孔鉆進至設計樁底標高后，下高壓旋噴管至孔底，先噴射1 min漿液后，再按設計轉(zhuǎn)速和提升速度自下而上噴射注漿。

（4）噴射注漿前要檢查高壓設備和管路系統(tǒng)。設備的壓力和排量必須滿足設計要求，管路系統(tǒng)的密封圈必須良好，各通道和噴嘴內(nèi)不得有雜物。

（5）噴射注漿過程中，嚴格控制旋噴壓力、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度和噴漿量等技術指標。應重點觀察冒漿情況，以及時了解土層變化情況、噴射注漿的大致效果和噴射參數(shù)是否合理。采用單管噴射注漿時，根據(jù)地勘報告可知，該粗砂礫石層滲透系數(shù)為6×10-3cm/s，故冒漿量小于注漿量20%為正常現(xiàn)象，超過20%或完全不冒漿時，應查明原因并采取相應措施。若因地層中有較大空隙引起的不冒漿，可在漿液中摻加適量速凝劑或增大注漿量；如冒漿過大，可減少注漿量或加快提升和回轉(zhuǎn)速度，也可縮小噴嘴直徑，提高噴射壓力。并做好現(xiàn)場記錄。

（6）送漿要均勻。如在噴射注漿過程中鉆頭被堵塞、鉆機和高壓泵等出現(xiàn)故障而被迫停機或發(fā)現(xiàn)停噴應立即處理；修鉆機時，應將送漿管等機具中的余漿用清水沖洗干凈，以免造成下次旋噴時管路堵塞；再次噴漿時，重復搭接長度≮1 m，以防斷樁。

（7）注漿完畢，若發(fā)現(xiàn)樁頂部位脫空較大，可在原孔位采用冒漿回灌或二次注漿等措施處理。

4 高壓旋噴樁隔水施工效果

為保證高壓旋噴樁質(zhì)量，在施工期間和施工結束后，對8號樓南側旋噴樁進行開挖檢查，開挖后成樁直徑在600～700 mm，與設計尺寸吻合，噴射注漿體相互咬合良好，有效樁徑內(nèi)水泥含量均勻無夾塊現(xiàn)象，證明隔水帷幕止水效果良好。

5 結論

通過對太原萬達廣場A 2區(qū)商住樓工程項目基坑隔水帷幕施工可得出如下結論：

（1）隔水帷幕施工穿越滲透系數(shù)良好、徑流補給明顯的粗砂礫石地層時，深層攪拌樁無法施工，可采用高壓旋噴樁進行施工。

（2）粗砂礫石地層對高壓旋噴樁隔水帷幕施工技術要求較高，為保證樁體質(zhì)量，需要有明確的技術要求和質(zhì)量保證措施，同時施工結束后要對高壓旋噴樁進行隔水效果檢查。

（3）工程實踐證明，高壓旋噴技術對粒徑大、質(zhì)地堅硬、徑流補給明顯的粗砂礫石層中的隔水帷幕施工有較高的應用價值，能夠較好地解決穿越石渣料等大顆粒地層的難題，是一種施工方便、工期短、效果明顯的隔水手段，在水量豐富的大顆粒地層可充分應用。