高压旋喷桩止水帷幕在深基坑支护的应用

高压旋喷桩止水帷幕在深基坑支护的应用
[ 摘要]本文以大连地铁港湾广场车站工程项目为例，介绍了高压旋喷桩止水帷幕在深基坑支护中的应用，阐述了旋喷桩的施工原理、施工工艺、施工质量标准及检查措施，为类似工程提供参考。

[ 关键词]旋喷桩；深基坑支护；止水帷幕
1 工程项目概况
大连地铁港湾广场车站位于大连市人民路东侧，车站主体基坑长度为179.1m，宽度为18.5m，深度为16.6～18.9m。

根据钻探深度揭露，自上而下的地层划分依次为：①第四系全新统人工堆积层：①1素填土、①2杂填土；②第四系全新统冲洪积层：③5粉质粘土、③6卵石；③第四系全新统海积层：②5粗砂；④震旦系长岭子组板岩：l2强风化板岩、l3中风化板岩。

本工程位于大连市繁华市区，车流量非常大，因施工场地限制基坑不能放坡开挖和降水。

由于本场地为冲海积阶地，后经人工回填形成，距海边距离较近，根据抽水试验，场区地下水丰富，所以基坑止水效果是关系基坑及周围市政道路、地下管线和建筑物安全的关键。

2 基坑止水方案
本工程支护结构采用?1 000＠1 400钻孔灌注桩，桩底插入基坑底面以下3～5m, 且进入中风化岩层≥ 3m；止水帷幕采用双
排?800＠600旋喷桩，旋喷桩到达中风化岩层岩面，为确保隔水效果，要求旋喷桩间及旋喷桩与灌注桩间理论搭接厚度不小于
200mm，中心偏位不得超过50mm，桩垂直偏差不得超过1/200, 具体详见图1。

旋喷桩隔水帷幕使用三重管工艺施工，采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，根据现场试验确定水泥掺入比，水灰比为 1.0，三重管高压水压力大于35MPa，喷射提升速度为8～12cm/min，具体由现场试验确定。

3 旋喷桩施工要点
3.1 旋喷桩施工原理
三重管旋喷桩是利用钻机把带有3根互不相通的注浆管钻进至土层的预定位置后，通过钻杆下端的喷射装置，先后将高压水、水泥浆和压缩空气向四周以高速水平喷入土体，借助流体的冲击力切削土
层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀、具有一定强度的圆柱体，从而使地基得到加固。

3.2 施工工艺
3.2.1 施工工艺流程
旋喷桩施工工艺流程如图2所示。

3.2.2 施工工艺参数
旋喷桩施工前应根据地质实际情况进行试桩，以确定预定的浆液配比、喷射压力和喷浆量等技术参数（表1）。

根据实际地质情况确定试桩数量，并不少于5根。

喷浆量Q 可按下式计算
式中Q——浆量（m3）；
H——旋喷长度（m）；
v——旋喷管提升速度（m/min）；
q——泵的排浆量（L/min）；
β——浆液损失系数，一般取0.1～0.2。

3.2.3 旋喷桩施工技术
1）施工准备①场地平整：施工前先进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机定位，同时合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置；
②桩位放样：依据测量控制网和桩位布置图确定好桩位中心，用钢尺和测线实地布设桩位，并用竹签钉紧，一桩一签保证桩孔中心移位偏差小于50mm；③修建排污系统：旋喷桩施工过程中将会产生10%～20% 的返浆量，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放；④修建灰浆拌制系统：设置在水泥附近，便于作业，主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备和灰浆输送设备组成。

2）钻机就位钻机就位后对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆与桩位一致，偏差应在10mm 以内，钻孔垂直度误差小于1/200；钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。

3）引孔钻进钻机施工前首先在地面进行试喷，在钻孔机械试运转正常后开始引孔钻进。

钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确。

4）拔出岩芯管、插入注浆管引孔至设计深度后拔出岩芯管，并换上喷射注浆管插入预定深度。

在插管过程中为防止泥砂堵塞喷嘴，要边射水边插管，水压不得超过1MPa，以免压力过高将孔壁射穿，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以防泥土进入管内。

5）旋喷提升当喷射注浆管插入设计深度后接通泥浆泵，然后由下向上旋喷，同时将泥浆清理排出。

喷射时先达到预定的喷射压力、喷浆后再逐渐提升旋喷管以防扭断旋喷管。

为保证桩底端的质量，喷嘴下沉到设计深度时在原位置旋转10s 左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升。

钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断，钻机发生故障应停止提升钻杆和旋转，以防断桩并立即检修排除故障。

为提高桩底端质量，在桩底部1.0m范围内应适当增加钻杆喷浆旋喷时间。

在旋喷提升过程中可根据不同的土层，调整旋喷参数。

6）钻机移位旋喷提升到设计桩顶标高时停止旋喷，提升钻头出孔口，清洗注浆泵及输送管道，然后将钻机移位。

4 质量标准及检查措施
4.1 旋喷桩施工技术标准
旋喷桩的施工技术要求如表2所示。

4.2 施工检查内容
4.2.1 施工前检查
施工前对原材料、机械设备及喷射工艺等进行检查，主要有以下几方面：①原材料（包括水泥、掺合料及速凝剂、悬浮剂等外加剂）的质量合格证及复验报告，拌和用水的鉴定结果；②浆液配合比是否适合工程实际土质条件；③机械设备是否正常，在施工前应对高压旋喷设备、地质钻机、高压泥浆泵和水泵等作试机运行，同时确保钻杆特别是多重钻杆、钻头及导流器畅通无阻；④检查喷射工艺是否适合地质条件，施工前也应在原桩位位置作工艺试喷，试喷桩孔数量不得少于2孔，必要时调整喷射工艺参数；⑤施工前应对地下障碍情况
统一排查，以保证钻进及喷射达到设计要求；⑥施工前检查桩位、压力表及流量表的精度和灵敏度。

4.2.2 施工中检查
施工中重点检查内容：①钻杆的垂直度及钻头定位；②水泥浆液配合比及材料称量；③钻机转速、沉钻速度、提钻速度及旋转速度等；
④喷射注浆时喷浆（喷水、喷气）的压力、注浆速度及注浆量；⑤孔位处的冒浆状况；⑥喷嘴下沉标高及注浆管分段提升时的搭接长度；
⑦施工记录应在每提升1m 或土层变化交界处记录一次压力流量数据。

4.2.3 施工后检查
施工后主要对加固土体进行检查：①固结土体的整体性及均匀性；②固结土体的有效直径；③固结土体的强度、平均直径和桩身中心位置；④固结土体的抗渗性。

4.3 成桩质量检查
施工对喷射质量的检验应在高压喷射注浆结束后1周，检查内容主要为加固区域内取芯实验等。

在已施工好的固结体中钻取岩芯，并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验，检查内部桩体的均匀程度及其抗渗能力。

检验点的数量为施工注浆孔数的2%，且至少应检验5个点，不合格者进行补喷。

检验点应布置在荷载较大的部位、桩中心线上及施工中出现异常情况的部位。

5 旋喷桩止水效果
根据试桩检测结果，旋喷桩在素填土、杂填土、粘性土和碎石土中的成桩效果较好，无侧限抗压强度和渗透系数均能满足设计要求；旋喷桩在砂砾、卵石层成桩效果较差，不能形成有效固结，止水效果不理想。

分析原因认为：该场地为冲海积阶地，后经人工回填，距海边较近，地下水丰富、渗透系数较大，不易成桩。

在后续砂砾、卵石层中进行旋喷施工过程中，通过采取掺入一定比例的外加剂缩短水泥凝结时间以及降低喷射提升速度的措施，能够有效改善旋喷桩在砂砾、卵石层中的成桩效果，无侧限抗压强度和渗透系数也均能满足设计要求。

基坑开挖过程坑内挖排水沟排除坑内地下水，基坑侧壁无大面积渗漏水现象，局部渗漏通过堵漏处理就能解决。

通过基坑外侧设置的地下水位观测孔、管线沉降监测点、地面沉降监测和周边建筑物沉降监测点等的沉降观测记录，地下水位未出现较大的下降，周边管线、路面未出现较大沉降，周边建筑物未出现沉降、变形，避免了由于基坑开挖引起地下水下降，而出现周边管线、路面及建筑物的沉降变形等安全问题。

6 结束语
通过本工程深基坑旋喷桩止水帷幕施工，可以得出以下结论。

1）旋喷桩施工占地少、振动小、噪声较低，施工速度快、工期短。

2）高压旋喷桩适于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、湿陷性黄土、人工填土及碎石土等地层的加固和止水处理；对于粒径较小的砂砾、卵石层，通过采取在水泥浆液中掺入一定比例的外加剂缩短水泥凝结时间以及调整喷射提升速度等措施，能够取得较好的成桩效果，起到止水、加固地基的作用；对含有较多大粒块石、坚硬粘性土、大量植物根基或含过多有机质的土以及地下水流过大、喷射浆液无法在注浆管周围凝聚的情况下，不宜采用。

3）旋喷桩可用于既有建筑和新建筑的地基处理，深基坑侧壁挡土或挡水，基坑底部加固防止管涌与隆起，坝的加固与防水帷幕等工程。