浅谈高压搅喷在深基坑止水工程上的应用

【摘要】 在城市建设中，基于对地下水的保护，基坑支护中逐步取消了井点降水的工艺，止水帷幕的施工技术逐渐取代井点降水在基坑支护中广泛应用。由最初的高压旋喷止水帷幕技术逐渐演化出各种止水帷幕的施工技术，本文选取其中最具代表性的高压搅喷施工技术的工法和适用性及优越性进行总结，为类似工程提供参考。

【关键词高压搅喷止水帷幕施工机具技术要点存在问题

中图分类号：TV5文献标识码： A

一、 引言

随着基坑深度的不断增加，地下水的处理逐渐成为基坑支护中的一个重要环节，在早期的深基坑支护中，通常采用井点降水解决深基坑开挖问题，但井点降水存在两个较大的弊端，首先可能会造成周边地面及建筑物的沉降，其次造成地下水资源浪费。

在华北地区水资源逐渐匮乏后，井点降水逐渐被禁止，止水帷幕逐渐取代井点降水成为深基坑治水的主要施工工艺。止水帷幕按照施工工艺可分为深层搅拌防渗墙和高压旋喷桩与护坡桩联合止水帷幕。而随着止水帷幕施工技术的逐渐成熟，出现了一种高压旋喷与深层搅拌相结合的施工工法，即高压搅喷桩止水帷幕。本文将结合实际工程着重介绍用长螺旋钻机施工的高压搅喷止水帷幕的施工技术要点和存在的问题。

二、工程概况与地质条件

1、工程概况

本工程位于北京市海淀区安翔北里10号院内，拟建建筑物为两栋，一栋为剪力墙结构高层建筑，另一栋为多层建筑，两建筑物结构概况为：

（1）军官公寓：地上16层地下二层，总高度60米，基础类型为箱型基础；

（2）幼儿园：地上4层地下1层，总高度14.6米，基础类型为箱型基础。

本工程基坑开挖深度为9.2米。

2、工程地质及水文地质条件

2.1、工程地质条件

2.1.1、地形与地貌条件

场区地貌为冲洪积平原，地形平坦，场区高程44.79-45.83m。

2.1.2、地层土质概述

场区地层为人工填土和一般第四纪冲、洪积物，主要岩性为粘性土、粉土和砂。按照地层的成因、岩性特征、物理力学性质等统一综合考虑，地层由新到老分5个工程地质层和6个工程地质亚层，土层描述如下：

①1杂填土：湿，杂色，粘质粉土夹大量砖、灰渣等建筑垃圾。

①2素填土：湿，中（上）密实，黄褐色，粘质粉土为主，含少量砖、植物根系。

②粘质粉土、粉质粘土：饱和，密实，黄褐色~浅灰色，含云母、氧化铁、少量姜石，局部夹砂质粉土薄层。

②1砂质粉土：饱和，密实，褐黄色，含云母、氧化铁。

②2粉质粘土：饱和，软塑，灰黑色，为有机质土，有臭味，夹螺壳等。

②3粘质粉土：饱和，密实，浅灰色，含云母、氧化铁、有机质。

③粉砂：饱和，中密，浅灰色，分布不连续。

④粘土、重粉质粘土、粉质粘土：饱和，可塑，浅灰~褐灰色，含云母、有机质，局部夹粘质粉土。

⑤细砂：饱和，密实，褐黄色，含云母，下部含砾石，局部夹粘质粉土团块。

⑤1砾砂：饱和，密实，杂色，含卵砾石约20%，最大粒径3cm。

2.2、水文地质条件

2.2.1、水文地质特征及地下水类型

拟建场区地下水分为2层，第1层为上层滞水，静止水位埋深4.6-6.9m（高程39.43-40.68m），含水层为第③层粉砂。

第2层为潜水，静止水位埋深12.10-12.50m（高程33.22-33.66m），含水层为第⑤层粉砂。

根据资料显示，本场区历年最高地下水位接近地表，近3-5年最高地下水位埋深1.60m（标高43.80m），并有逐年下降趋势。

2.2.2、地下水腐蚀性测试及评价

本工程地下水对基础混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。

三、 施工机具设备的选择

高喷桩止水帷幕施工设备由钻机装置和注浆装置构成，钻机为长螺旋钻机，机械运转时其钻头及其钻杆叶片旋转切削土体下沉。喷浆方式为水泥浆通过钻杆内部的高压注浆管到达钻头部的高压喷嘴处喷射出去，与搅拌松散的土体胶结形成水泥土桩，水泥土桩与护坡桩咬合形成止水帷幕。

采用长螺旋钻机作为施工设备，其与三重管高压旋喷设备及单重管旋喷设备比较具备以下几点优势：

1、施工工序简单、移动灵活、施工效率高、施工环境好等；

2、与三重管高压旋喷桩比较，施工弃浆少，节约水泥；

3、与单重管旋喷桩比较具，其成桩直径大、与护坡桩结合好、止水效果好等。

长螺旋作为止水施工设备在基坑止水施工中应用越来越广泛，在未来的基坑止水帷幕施工中长螺旋钻机必将成为主导设备。

四、 施工技术要点

1、 桩机就位与垂直度校正

移动桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度。在桩机塔架上悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤垂直于地平线。每次施工前必须适当调节钻杆，把钻杆垂直度误差控制在0.5%以内。桩机移位由班组长统一指挥，移位要做到平稳、安全。桩机定位后，由班组长负责对桩位进行复核，高压旋喷桩桩位应位于两侧护坡桩中心连线的中点上，且偏差不得大于20mm。为便于成桩深度的控制，施工前应在钻杆上做好标记，控制高压旋喷桩桩长不得小于设计桩长，当桩长变化时擦去旧标记，做好新标记。

2、水泥浆拌制

施工前应搭建好拌浆施工平台，平台附近搭建水泥库，对全体工人做好详细的施工技术交底工作，水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比严格控制在0.8～1.0，具体可根据现场实际情况调整，高压水泥浆压力不小于25Mpa。

3、喷浆、搅拌成桩

启动电动机，根据土质情况按计算速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土拌和下沉，直到钻头下沉钻进至桩底标高。按照成桩施工工艺要求，钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液，每次下降时喷浆60％，提升时喷浆40％。钻机钻进和提升速度宜控制在0.5~0.7m/min，按照技术交底要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。

4、施工技术要求

（1）钻机就位时机座要平稳，喷嘴要与孔位对正，倾角与设计误差一般不大于0.50%。（2）搅拌喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足设计要求。管路系统的密封圈必须良好，通道和喷嘴内不得有杂物。

（3）根据施工设计控制喷射技术参数注意冒浆情况的观察，并做好记录。

（4）搅拌喷射注浆达到设计深度后，继续用注浆泵注浆，待水泥浆从孔口返出后，即可停止注浆，反复上述施工3~4次，结束此止水帷幕施工。

（5）喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，所以应及时用水灰比为0.6的水泥浆进行补灌。并要预防其它钻孔排出的泥土或杂物进入。

（6）在喷射注浆过程中，应观察冒浆的情况，及时了解土层情况、喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。

（7）止水帷幕施工结束后，采用钻孔检查方法，将所取样做渗透试验，包括钻孔压力注水渗透试验和钻孔抽水渗透试验，通过试验检验止水性能。

5、施工参数选择

止水帷幕的设计指标主要有渗透系数、桩体厚度。对于基坑，渗透系数和桩体厚度是重要的设计指标。为了使桩体材料的渗透系数满足设计要求，施工中就要合理确定水泥掺入比、水灰比、复搅次数和钻杆提升速度等施工参数。而桩位偏差、钻孔倾斜度等则是为保证桩体完整性及其与护坡桩结合满足设计要求的施工控制参数。施工时应特别注意根据不同的土层正确选择不同的施工参数，因为灌浆量往往因土质及空隙率的不同而有所差异。对粘性土地层，细砂或密实的粉土质地层，粗颗粒的砂土或软的粉土地层，多孔的地层或砂砾层，具体选用何种施工参数，需进行一定的室内及现场试验具体确定，施工过程中严格控制。

五、质量检测

高压旋喷桩止水帷幕的质量检测形式主要有：

（1）开挖检测：沿护坡桩外皮线开挖一处长3～5m,深3.5～4m。要求桩体的外观质量好，整体性好，无蜂窝、孔洞，最小桩体厚度和垂直度实测值满足设计要求。

（2）钻孔取芯检测：在施工28天后，采用钻机抽芯取样检测水泥土的单轴抗压强度、渗透系数、抗渗比降及芯样的完整性和均匀性评价。

（3）无损检测：主要是检测桩体与护坡桩搭接的质量及桩体的实际深度。

六、存在问题

1、设备定位的垂直度控制主要靠人为调控，既麻烦精度也不高，如何加强自动化控制程度需要设备制造商加以改进。

2、目前高压旋喷桩止水帷幕的检测手段还不成熟，特别是旋喷桩桩体与护坡桩桩体的搭接质量还没有过硬的检测方法，搭接处是否存在开叉现象也无法探明，因此，在今后工程实浅中应加强技术革新，不断提高技术应用力，确保施工质量。

七、结论

本项目基坑支护止水帷幕工程于2011年3月开始施工，2011年7月结束。开挖后通过对止水帷幕进行了检查，检查结果如下：

1、表观质量好，整体性好，无蜂窝、空洞。

2、与护坡桩结合完整，无开叉、渗漏现象。

通过本次施工说明长螺旋钻机施工止水帷幕适合以粘土、粉土、粉砂等土层的止水施工，在基坑回填完成前，很好的起到了止水的作用，并且效果很好。通过本次施工也突出的体现了长螺旋钻机在此类施工的优势，施工时间缩短了25%，场地基本没有泥浆四溢的现象。通过具备的优势，长螺旋未来必将成为止水帷幕施工的主流设备。