长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩技术在工程中的应用

        0引言

        目前常用的止水帷幕方法有许多种，应用比较广泛的有高压喷射注浆、静压注浆、搅拌桩搭接帷幕、混凝土防渗墙等多种施工工艺，每种工艺都有其适用性和局限性［1］。高压喷射注浆法分为单管法、双管法、三管法，其施工设备简单、易操作，质量易控制，但在现有设备条件下施工类似北京的较硬土层，成桩半径较之软土地区大大减小，且喷射注浆法水泥用量较大，施工成本偏高;静压灌浆分为渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆。在基坑工程中，因压密注浆和劈裂注浆在水平地基下注浆难以形成帷幕，故只能采用渗透注浆工艺，但渗透注浆只能灌注直径大的空隙，即砾石、卵漂石层，应用范围受到很大限制［2］;深层搅拌桩工艺一般使用于淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘土，对于砂土及颗粒较粗的地层则难以实施;混凝土防渗墙适应性强，但价格昂贵，难以大面积应用［3］。（参考《www.jianzhu518.com》）

        长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩技术将长螺旋钻机、深层搅拌工艺及高压喷射注浆工艺三者结合成一体，集三者优势于一身。该项技术借助长螺旋钻机的强大动力和强大扭矩，能够顺利地在北京较硬土层中钻进成孔，同时将深层搅拌和高压喷射注浆施工技术溶于一体，克服了传统帷幕施工技术在硬土地层中存在喷不动搅不动的问题［4］。下面介绍该技术在北京顺义西单商场扩建工程三期基坑止水帷幕中的应用效果。

        1工程概况

        拟建场地位于北京顺义区，地处潮白河冲积平原，场地地势比较平坦，场区内场地标高在37.73～39.35m。拟建建筑物地上6层，地下2层。地上6层为商场，上部结构型式为框架结构。基础型式为筏板基础，基础埋深9m，筏板厚度1.4m。基础平面约呈长方形，南北轴线长68.7m，东西宽27.6m。本工程±0.00=39.40m，基坑深度为－9m。

        2场区工程地质及水文地质条件

        拟建场地按岩性及工程特性将土层自上而下划分为7大层，其中①层为人工填土层，②～⑥层为新近沉积土层，⑦层为第四纪沉积土层。各土层岩性及工程物理性质如表1所示。

       

        根据岩土工程勘察报告，在勘探期间，遇到3层地下水，现场实测的各层地下水水位情况及类型如表2所示。

       

        3帷幕方案

        基坑东侧采用止水帷幕截水，采用在护坡桩间布置长螺旋旋喷搅拌水泥土桩的形式构建止水帷幕，以水泥浆为固化材料搅拌成桩，桩与桩交叉成一幕墙，达到截水目的。喷搅水泥土桩设计参数为:桩直径1000mm，桩间距1600mm，桩顶为自然地表，桩长12.8m，桩中心位于两根护坡桩中心向基坑外偏移15cm处，如图1所示。桩身垂直度偏差≤0.5%，桩身强度≥2MPa。固化材料为P.O32.5素水泥浆，水灰比1.0～1.3∶1。

       

        4施工简述

        4.1施工设备

        长螺旋旋喷搅拌水泥土桩施工设备由施工钻机、喷搅系统及输浆系统三部分组成。

        应用于止水帷幕施工的普通深层搅拌钻机和粉喷钻机扭矩较小，在硬土地层中，明显动力不足。长螺旋旋喷搅拌水泥土桩施工机具以长螺旋钻机为平台，利用长螺旋钻机强大的扭矩施工，适用于北京较硬土层中。但由于长螺旋钻机提升速度一般较大，对于喷搅水泥土桩而言要求过快，使高压浆液经喷嘴射出后不能对周围足够范围的土体进行有效切割，对土体搅拌也不够均匀，可通过增设滑轮把提升速度降低至1.2m/min，从而满足了喷搅水泥土桩的施工技术要求［5］。

        喷搅系统由喷搅钻杆、喷搅钻头及滑动支架等组成。喷搅钻头如图2所示。

       

        输浆系统由水泥搅拌机、高压注浆泵、高压胶管及高速水龙头等组成。

        4.2施工参数

        ①引孔直径600mm，喷搅钻头直径600mm;

        ②钻进、提升速度≤1.2m/min;

        ③转速为21r/min;

        ④水泥浆压力≥20MPa;

        ⑤水泥浆流量≥100L/min;

        ⑥喷嘴个数6个，直径1.2mm。

        4.3施工工艺及注意要点

        长螺旋旋喷搅拌水泥土桩桩体由两部分组成，即搅拌区和高喷区，在钻进(提升)同时，通过喷搅钻头机械搅拌和高压水泥浆液射流搅拌实现对水泥浆液和土体的搅拌，最后成桩，其施工工艺流程如图3所示［6］。

       

        长螺旋旋喷搅拌水泥土桩正式施工前，应根据设计要求进行工艺性试桩，数量不少于2根，通过试桩确定与地层及设计要求相匹配的施工参数。

        浆液配制前需做配比试验，最好采用普通硅酸盐水泥，不宜用矿渣水泥，水泥必须经过抽检，合格后方能使用;水灰比应根据工程要求确定，可取1～1.3;制备好的水泥浆液不得停滞时间过长，一般不得超过2h;浆液在搅拌机中要不断搅拌，直至送浆前。

        桩机就位时，钻机安放应保持水平，钻杆倾斜度不得大于1%，桩位对中误差不大于2cm;当桩长大于10m时，对钻杆倾斜度要求应该进一步提高，控制在0.5%以内，避免施工时因倾斜过大，造成桩体底部开叉，止水失败。

        成桩过程中，桩机操作人员与拌浆施工人员保持密切联系，保证喷浆时连续供浆，因故需停浆时立即通知桩机操作人员，为防止断桩应将钻头下沉至停浆位置以下0.5m(如果喷搅钻进下沉时则应提升0.5m)，待恢复供浆时再继续喷浆搅拌施工。因故停机超过3h，则拆卸输浆管彻底清洗管路。施工时应如实记录喷搅过程中的各项技术参数(转速、钻进及提升速度、泵压等)以及水泥浆液的用量、异常情况及其处理情况等。

        喷搅水泥土桩桩位必须准确，若局部因地下障碍造成设计孔位不能施工时，应排除地下障碍物或偏移桩位增加桩数，确保桩体间有效搭接。

        施工过程中严禁在邻近地段抽取地下水，因地下水会造成注入的水泥浆液流失，影响止水效果。炎热季节施工时，应采取放热和防晒措施，浆液温度严格控制在40℃以下。

        4.4帷幕施工效果现场检验

        严格按照施工工艺流程进行施工。基坑开挖后，现场可以看到，喷搅水泥土帷幕桩与护坡桩搭接良好，桩身强度及抗渗性能均满足设计要求。从图4可以看出，桩身直径满足设计要求，从现场实际照片(图5)可看出，止水帷幕的施工效果整体良好。

       

        5抽水试验检测帷幕止水效果

        为了检测止水帷幕施工的质量，结合该工程的场地情况和工程特点，采用现场抽水试验的办法进行检测。在止水帷幕两侧各布置3口水井，井深10m，井间距8m，距止水帷幕3m，如图6所示。基坑内3口水井为抽水井，帷幕施工完3d后开始抽水，基坑外3口水井为观测井，在抽水的同时开始观测，观测的时间间隔为1d，水位观测数据如表3所示。

        经过7d连续坑内抽水，坑内3口抽水井水位均在－9.5m以下，而坑外3口观测井水位均在－2.3～－2.5m之间，水位变化很小。分析现场抽水试验观测数据可知，本工程基坑外侧地下水几乎没有向基坑内侧流动，说明本工程长螺旋旋喷搅拌水泥土桩止水效果良好。

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