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岩土研究院

三重管高压旋喷桩止水帷幕方案(万科地产)

1205 2020-11-26 10:53:34

[摘 要] 本案例阐述了深圳某项目,在透水性良好的砾砂条件下,利用高压旋喷桩帷幕截水,从而保障周围建筑物和基坑的安全,为桩基及地下室施工创造了良好的施工条件。文章提出了止水帷幕设计、原材料及施工等环节的质量控制措施,对类似工程有一定的借鉴意义。

[关键词] 基坑支护 三重管高压旋(摆)喷桩 止水


一、工程概况:

1、地理位置及周边环境

深圳某商住大厦位于深南大道福田南路口,单栋总建筑面积7.8万平米,地下3层、地上34层,东面紧靠区人民医院,南临福田中学,西与一写字楼厦紧邻,北靠深南大道。东面医院靠红线一侧两栋7层建筑的基础形式为摩擦型预制桩,且入土深度较浅;东侧还有一栋2层临时房。南侧

止水帷幕布置示意图

福田中学紧靠红线有一排天然基础平房和一座厕所,其南侧有福田中学的塑胶跑道和篮球场。西侧国际文化大厦33层,基础为人工挖孔桩基础。


1、基坑情况

该工程基坑平面尺寸为66米×70米,基坑深10.5米。因建筑边线距东侧、南侧、西侧红线距离只有5.0米左右,现场进场道路入口在场地西南角,基坑开挖及桩基、地下室施工过程中须保证基坑南侧、东侧坡顶保留一条临时进场道路通行,故基坑东侧、南侧必须垂直开挖。西侧上部4.0米按1:1放坡开挖、下部6.5米垂直开挖;北侧放坡开挖。其中基坑南侧、东侧及西侧中间部分的基坑开挖边坡即为地下室外墙的外边模,没有留地下室外墙施工工作面,对开挖精度要求很高。


2、场地地质情况

场地内埋藏地层自上而下依次为:

a)人工填土层,含碎石、砾砂等硬杂质约30%,面层分布有0.5米左右砖块、块石、垃圾等杂填土,层厚2.0――3.3米;

b)埋藏植物层/淤泥层,含植物根须,略具腥臭味,层厚0.3――3.5米;

c)粉质粘土层,含粗砂20――30%左右,层厚1.0――2.1米;

d)砾砂层,层厚3.5――6.9米;

e)第四系残积层(砾质粘土),由粗粒花岗岩风化残积而成,层厚9.6――17.1米;

f)粗粒花岗岩/强风化岩,层厚4.1――17.0米;

g)粗粒花岗岩/中风化岩,层厚1.1――8.4米;

h)粗粒花岗岩/微风化岩。


3、地下水分布情况

场地地下水主要赋存于砾砂层中,水量较丰沛,属空隙潜水类型,另基岩中尚有空隙水,微具承压性。地下水主要靠大气降水补给,稳定水位埋深为约1.0――2.5米。


二、基坑止水方案确定过程及方案介绍

1、方案确定过程:

a)基坑支护设计、施工前取得了以下基本资料:

◆ 建筑场地及其周遍,地表至支护结构底面下一定深度范围内地层结构、土(岩)的物理力学性质及含水层性质、地下水位、渗透系数等资料。由于原地勘资料较粗,不能有效指导该项目的支护和止水帷幕设计,业主组织在支护范围内进行了补勘,得到了详细的地勘资料。

◆ 标有建筑红线、施工红线的地形图及基础结构设计图。

◆ 建筑场地及其附近的地下管线、地下埋设物的位置、深度、结构形式及埋设时间等。

◆ 邻近已有建筑物的位置、层数、高度、结构类型、完好程度、已建时间以及基础类型、埋置深度、主要尺寸、基础距基坑上口周边的净距等。

◆ 基坑周围的地面排水情况,地面雨水、污水、上下水管线排入或漏入基坑的可能性。

◆ 基坑附近的地面堆载及大型车辆的动、静荷载情况。

◆ 已有相似支护工程的经验性资料。


b)业主邀请了四家单位参与该项目地下室基坑支护及土方工程的设计及施工投标。

c)业主、监理等对设计方案和施工组织设计的审核后,组织了由勘察、岩土专家参加的专家评审会,主要讨论以下问题∶

◆ 基坑施工期间以及桩基、地下室施工期间是否采取降水;

◆ 如采取止水方案,对止水形式、主要技术措施的可行性进行评价。就止水帷幕是否需要封闭、具体技术指标、检测方法和补救措施等提出要求;

◆ 基坑支护的形式;

◆ 基坑边坡上作为主要材料运输通道行车需要、具体荷载等技术指标的确定。

d) 专家评审会达成以下共识:

◆ 根据场地地质情况及现场情况,为避免引起福田医院及福田中学相邻建筑的不均匀沉降和开裂,确保周围建筑物及道路的安全,决定采用闭水方案,不采用降水方案。要求采用全封闭帷幕的形式,即北侧也封闭。

◆ 边坡支护方案选择方面,同意采用土钉墙及预应力锚索(杆)相结合的方案,设计时必须考虑周围管线、土层分布等特点采取相应措施。建议用微型桩的方式对局部淤泥质部位及道路转角处支护进行加强处理。

◆ 关于边坡上行走施工车辆问题,考虑行车荷载是有必要的。会议建议采取刚性路面、扩散层等技术措施,满足行车需要,同时明确技术参数,以便在施工过程中进行有效监控。

◆ 要求第二轮设计方案应提交必要的计算书,明确沉降量、水平位移量预警值、设计边坡荷载等主要技术指标,制订具体的监控措施和紧急情况下的补救措施。

e) 经与基坑设计单位多次沟通,结合专家建议,考虑到周围医院、学校的重要性,以及场地内砾沙层厚,透水性好,地下水头压力约为7米多,同时基坑深,支护范围内土层力学性能较差,考虑采用三重管高压旋喷桩止水帷幕的止水方案,而不采用水泥搅拌桩止水的形式。确定采用三重管高压旋喷桩/摆喷桩止水帷幕方案。即基坑东、南、西侧设计为旋喷桩、基坑北侧采用摆喷桩,以形成封闭的止水帷幕。


2、止水帷幕经济性分析:

帷幕剖面示意图


3、旋喷桩/摆喷桩止水帷幕简介:

a)旋喷桩/摆喷桩(高压喷射灌浆)工作机理

高压喷射灌浆是在化学灌浆技术的基础上,结合高压射流切割技术发展起来的,是以置入地下的很小喷嘴中喷射出的高压或超高压的高速喷流流体,利用高度集中、力量强大的功能,人为地冲击切割土体,同时将导入的固化用的浆液与被冲塌下来的土体就地充分混合;随着喷嘴的运动和浆液的凝结固化,在土层中逐渐形成质地均匀、密实连续的板墙或柱体等固结体,即垂直帷幕,用以阻隔地下水。

高压喷射灌浆法,主要用于较松散和软弱的土层,如第四系沉积层、残积层、淤泥和人工填土等,尤以标贯击数N<15的砂类土和N<10的粘性土、粉土及黄土为好。采用不同的喷射灌浆形式,可以形成不同形状的固结体。

b)旋喷法:

旋喷法是在连续不停的提升过程中旋转喷射浆液,以形成圆柱状(柱列型)固结体,将各固结体交接建成连续防渗帷幕,旋喷桩的孔距一般为1.732R。,采用双排时其排距为1.5R。,当需要增加交接部分的厚度时,应适当缩小孔距,其交接圈的厚度可按下式计算:

旋喷法交接圈的厚度公式

c)摆喷法:

摆喷是在提升过程中作小角度的摆动喷射浆液,可形成较厚的墙状(折摆型)固结体的连续防渗墙幕;当采用折线连续摆喷(折摆型),一般能建造20米深的墙幕,孔距为1.4-1.8米左右。

d)根据注浆管结构的不同可分为:单管、双重管、和三重管喷射。

三重管法是通过分别输送水、气、水泥浆三种介质喷射入土体中,是高压空气包裹高压水射出,获得更大的切割土体的能力,再以较低压力喷射浆液,冲填土体中的空隙,可以形成更大直径的旋喷桩。

桩经的大小除与高喷方法有关外,还决定于土的类别、密实程度及高喷技术条件(喷射压力、喷嘴直径、旋喷速度等),常通过现场实地试验后确定。


4、监测方案:

a) 每栋周围建筑设沉降观测点4个,基坑顶沿每边设水平位移监测点4个,提出水平位移控制值(30mm)和预警值(40mm),周围建筑物沉降控制值为20mm,预警值3.0mm,并在周围设水位观测井兼回灌井7口。

b) 施工监测周期确定为基坑开挖期间2天测一次,其它时间7天测一次,如发现异常,加密观测,监测请专业勘察测绘院负责,持续到基坑回填结束。

c) 土方开挖前对周围建筑物存在的裂缝等缺陷照相或摄像存档,并在裂缝处用明显地标志做好记录,在施工过程中加强观测。


三、管理目标

1、投资控制目标∶以不超过施工合同包干价为基本目标,使工程投资控制在合同规定的工程造价之内。

2、进度控制目标∶以合同工期为基本控制目标。止水帷幕、土方开挖及基坑支护工程的合同工期为90天,其中帷幕工期28天。 

3、质量控制目标∶止水帷幕达到不渗漏,为桩基施工和地下室施工创造有利条件。

4、安全文明施工控制目标∶安全文明施工达到市安全文明工地标准。


四、旋喷桩/摆喷桩止水帷幕质量控制要点:

(一)、事前控制

1、审核设计方案及施工组织设计的重点:

旋喷桩施工工艺流程图

b) 施工工艺参数确定:

◆ 喷射直径、间距确定(三重管)

根据地层土质情况、喷射设备情况、喷射水压、气压、浆压等综合确定。本工程旋喷桩喷射直径为1.0米、间距0.8米,搭接500px。摆喷桩成孔直径取1.4米,孔间距为1.2米,喷射角度15度。

◆ 旋喷/摆喷桩成孔深度确定

该工程止水帷幕设计进入相对隔水的不透水层2.0米。即起喷深度为砂层以下2.0米,钻机引孔要求进入砂层以下2.8米,留0.8米空孔沉渣。

◆ 水压、气压、浆压、喷管提速、转速等参数确定,以下为国内三重管旋喷施工参考施工参数:

国内三重管旋喷施工参考施工参数

◆ 该工程高压喷射施工参数选择为:水压:30 Mpa;水流量:90 L/min;空气压:0.6 Mpa;空气流量:0.6 M3/min;水泥浆压:0.4 Mpa;浆液流量80 L/min。 喷管提速,土层不大于10CM/ min;砂层不大于8CM/ min;

喷管转速:20转/ min。泛浆不好或地质条件较差处采用复喷工艺。

b) 施工部署,包括施工平面布置、施工进度计划安排。

c) 施工准备工作安排,包括技术、人员、材料、机械及工作面准备工作安排。

d) 工程质量、安全、进度保证措施等。


1、检查施工单位技术准备情况。

检查技术人员到位情况,设计方案、施工组织设计交底情况,技术保证措施落实情况。

2、检查施工机械、设备准备情况:

高压喷射注浆施工的设备由造孔系统、供水、供气、制浆供浆系统和喷射系统组成,认真检查各系统设备进场数量、完好及配套情况。

3、检查工程材料准备情况

主要检查制备泥浆材料和制备浆液材料(本工程浆液为1:1纯水泥浆)的进场、检验情况。

4、检查施工条件准备情况

主要复查施工现场的地下埋设物,作好危险标志,检查现场施工临时用水、电是否引到工作面,场地是否平整,泥浆池是否挖好等。


(二)、事中控制:

1、认真检查复核建筑物边轴线、帷幕中心线、旋(摆)喷桩位线、开挖坡顶线、坡脚线以及相互之间的关系是否正确。

2、正式施工前必须试喷,通过试喷检查桩位,核对地质资料,确定正式施工的技术参数。

3、认真检查钻机就位偏差,检查钻机引孔垂直度,钻机引孔垂直度偏差要求不大于1%。

4、认真检查并记录钻机引孔深度,本工程要求引孔进入砂层以下相对不透水层2.8米,留0.8米空孔沉渣。

5、经常检查深度批示器是否正确显示,并根据施工场地标高变化随时调整零点位置。如果钻杆长度发生变化,必须重新标定桩长。

6、插管,百米钻引孔后,应拔出钻杆,在此过程中保证不塌孔。插入旋喷管过程中,为防止泥砂堵塞喷嘴,可以用较小的压力边下管边射水。

7、喷射和复喷,认真检查起喷深度,并检查喷浆时间、走浆时间是否需要重新标定。自下而上进行喷射作业时,认真检查喷管的提速及转速。本工程设计提升速度要求土层不大于10CM/min,砂层不大于8 CM/min;喷管转速为20转/min。

8、认真检查旋(摆)喷桩施工时的水压、气压、浆压等工艺参数,并随时作好关于旋喷时间、用浆量、冒浆情况、压力变化等情况记录。根据设计的桩经和喷射范围的要求,还可以采用复喷的方法扩大加固范围,在第一次喷射完成后,重新将喷射管插入设计要求复喷位置,进行第二次喷射。

9、随时抽查旋(摆)喷桩施工时浆液的拌制质量。该工程旋(摆)喷桩施工的喷射浆液为1:1纯水泥浆。

10、 经常检查喷射施工有无断浆、停浆现象。如出现断浆,喷头应停止提升或下陈而在原地搅拌,待恢复供浆后,退回0.1米再喷浆搅拌。如因故障水泥浆拌制后停止时间超过3小时,须废弃不得再作为制桩使用。

11、 停喷,旋喷管提升到设计标高顶部后,即可停止喷射。将旋喷管逐节卸下进行冲洗。一次下沉的旋喷管可以不必拆卸,直接在喷浆的管路中泵送清水即可达到清洗的目的。


(三)、事后控制:

1、旋(摆)喷高压注射灌浆在地下施工,属于隐蔽工程,其质量控制除事中控制外,还必须进行事后质量检验。旋(摆)喷桩止水帷幕工程的检验项目及方法有开挖检查、渗透试验两种。

2、开挖检查,对于浅层的固结体进行检验时,一般采用比较直观的开挖检验方法,这可检查加固体的形状和加固范围的大小,也可对固结体取样,进行必要的强度试验。

3、渗透试验,通过现场渗透试验,确定防渗帷幕的整体的抗渗性能。在地下水位较高的地区,渗透试验一般采用抽水法进行。


五、综合效果评价

该项目旋(摆)喷桩止水帷幕工程的施工效果情况,经基坑开挖实际检验,实际喷射直径大于设计喷射直径。喷浆固结体密实、成形良好,外观基本规则、交圈厚度足够、起到了预期的止水效果,经水位观测,帷幕内外地下水位差保持在5-6米。人工挖孔桩施工期间只利用桩孔间相互抽水,而未采取降水措施,保证了雨季施工挖孔桩施工进度和质量,确保了周围建筑物和基坑的安全。地下室主体和防水施工期间,基坑基本保持较干燥的状态,为施工创造了便利条件。


六、几点体会:

1、旋(摆)喷桩施工前,认真审核旋(摆)喷桩各项施工参数设计至为重要。应结合旋喷机械性能参数、场地土层地质情况、地下水分布及水位情况综合考虑确定旋(摆)喷机械的水压、气压、浆压、设计直径、喷管提速、转速、旋(摆)喷桩长等技术参数。各项参数设计地太过保守,会造成投资浪费,如果各项参数的配置不合理,就保证不了止水帷幕的止水效果。

2、因本工程基坑为垂直开挖、且开挖线与地下室外墙之间没有留工作面,旋喷桩的桩位定位显得尤为重要,如果旋喷桩施工中实际桩位有偏差,基坑开挖时会损坏止水帷幕。旋喷桩施工前应认真复核旋(摆)喷桩桩位线。

3、旋(摆)喷桩位应编号,钻机引孔时应采用隔一钻一的方式施工。并按同样顺序喷射施工。避免漏钻漏喷。

4、钻机引孔操作要根据地质情况,并结合补勘情况、钻机出浆情况,切实保证钻机引孔进入砾质粘土层2.8米。

5、经常检查深度批示器是否正确显示,并根据施工场地标高变化随时调整零点位置。如果钻杆长度发生变化,必须重新标定桩长。

6、针对旋(摆)喷桩施工特点,坚持施工全过程的旁站管理。认真检查喷管的提速及转速。本工程设计提升速度要求土层不大于10CM/min,砂层不大于8 CM/min;喷管转速为20转/min。认真检查旋(摆)喷桩施工时的水压、气压、浆压等工艺参数,并随时作好关于旋喷时间、用浆量、冒浆情况、压力变化等情况记录。

7、基坑开挖时,土钉和锚杆穿透止水帷幕处的渗漏处理难度较大。对有明水流出但水压较小的渗漏部位的处理,找出渗漏点,埋设PVC软管作导流管,让水从导流管中流出。在导流管的四周用水泥砂浆或砼封堵,待砂浆或砼达到一定强度后,再对导流管进行封闭或弯折堵水。对水压较大的部位,找出渗漏点,在帷幕外侧用工程钻机钻孔,再用注浆机注入水泥浆或速凝材料,达到堵水的目的。