围堰基坑高喷防渗墙止水开挖

围堰基坑高喷防渗墙止水开挖

孙彬彬季健华

孙彬彬季健华

中交二航局成渝铁路CYSG-3标项目部

[摘要]成渝客专吴家坝沱江双线特大桥基础位于沱江水中，河中主墩的围堰方案较多，施工工艺成熟，但在工期紧张，面临洪水风险时，时间为施工控制中的第一要素，根据河道中地质情况的分析，河床内为块石、砂卵石层，在承台的底部为全风化基岩，强度等级约为400Kpa，钢围堰施工困难，后采用小型承台基坑比较少见的高喷防渗施工后，进行承台的开挖，后起到了良好的止水效果，确保了主墩在汛期以前出水，由此可以说明采用高喷防渗的方法进行深基坑开挖支护是可行和有效的。

[关键词]吴家坝沱江双线特大桥；围堰止水；高喷防渗

1、概况

新建成渝铁路吴家坝沱江双线特大桥跨越沱江规划V级航道，线位与沱江水流向的交角约80°，采用(76+144+76)m连续梁跨越沱江。桥墩采用圆端形实心桥墩，主墩基础为Φ2m的钻孔桩。

桥址范围内上覆第四系全新统上段冲积层软黏土、卵石土、第四系全新统F段冲积层松软土、卵石土、崩坡积层块石土、坡残积粉质黏土等；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组泥岩夹砂岩。

本桥主墩承台坐落在河床砂卵石层底部。上部为回填的泥土厚度约为2.5米，中部土层为河床砂卵石层，厚度约为5.5米，下部为强风化的泥岩夹砂岩；开挖时边坡稳定性较差，开挖过程中边坡极易坍塌，局部粉细沙土存在流沙现象。砂卵石层经长期冲刷，卵石含量大粘土含量少，卵石粒径多为30mm~150mm，透水性强。稳定性差。

地表水主要为线路跨越的沱江和坡面暂时性流水，地下水为第四系土层孔隙潜水及基岩裂隙水，地下水位深约2.3～5.2m，地下水埋至标高298～341m。

桥位及结构具体见下图：图1-1跨沱江连续梁立面图

其中主墩14#墩位于河漫滩，平均水深约2.5米，15#墩位于河对岸边，水深约1米，因沱江水流为季节性水流，在每年的5月份水位会上涨，水位变化急剧，落差较大，急涨急落，根据前10年的水文资料查阅，4月底会有一次涨水过程，要求我方在3个月内完成筑岛平台、桩基和承台，工期压力紧张，按传统的钢围堰施工，无法满足工期要求。承台因位于河滩的砂卵石层，上部回填筑岛材料为泥岩，透水性非常强，因此，承台开挖止水为本工程的瓶颈。下面将着重介绍高喷施工前的一些准备工作，高喷施工的工艺工法，后续开挖过程中需注意的问题。

2、高喷施工技术

高喷施工是在围堰平台内进行，围堰填筑采用粘土，经分层回填压实。由于河道内土层结构由渗透性较强的砾石、砂组成，还有孤石存在，为防止围堰基础开挖时的渗漏涌水，在围堰顶部沿四周做高压喷射灌浆形成防渗桩，高喷孔距为1.2m，采用单排布置。围堰外部坡比为1：1，堰顶高程比现有水面高约1米，顶面尺寸为49.4*41.8m。围堰的迎水坡设置一层草袋土，起保护和防冲刷作用。

高喷桩机工程原理如下图：

2.1施工工艺流程

2.2施工准备

本桥主墩均位于河床，水深约1.5米。在高喷施工前，需先对承台及外围进行筑岛，以保证钻孔平台，及高喷施工平台。在施工桩基的同时，进行高喷防渗的施工。

1、筑岛施工

进场后，因14#墩位于河滩水中，需先进行筑岛施工，以开成桩基和高喷施工平台，筑岛尺寸为49.4*41.8m，平均厚度为2.5米，总需方量约4500方，下部填料取河滩砂卵石填筑，上部为粘土，在上游采用草袋土堆码，防止冲刷。

2、主要设备投入

本工程灌浆设备表

3、主要施工材料

水泥：425R普通硅酸盐袋装水泥，灌浆用水泥应保持新鲜。受潮和结块的水泥不得使用，以免堵塞压浆嘴。.

2.3孔位布置及钻机就位

在孔位布置时，从围堰外侧向内3米，避免翻浆。具体见下图所示。

2－1孔位布置平面图

2－2孔位布置立面图

场地平整等施工准备完成后，钻机安放在设计的孔位上，使钻杆头对准孔位中心，为保证钻孔达到没汁要求的垂直度，钻机就位后作水平校正，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于1.5％。

2、4钻孔和插管

钻孔采用XY-2型地质钻机进行。将钻机移至所定桩位，使钻机钻头对准孔位中心。为保证达到设计要求的垂直度，钻机就位后必须对钻机底盘进行调平，四角的水平误差应控制在1mm以内。调整水平度采用水准尺进行，并用水平尺检查钻杆的垂直度，其误差应控制在0.5mm以内，使钻杆与钻机底盘保持垂直。在设计桩位的中心先用钻机钻一为旋喷管插入用的导孔，钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm。将旋喷管插入地层预定的深度，记录好每根旋喷管的长度及根数，以便计算钻进深度。（插管也可与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。）在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1MPa。若压力过高，则易将孔壁射塌。采用?150合金钻头，单管钻进，钻进时，必须详细记录孔位、孔深、地层变化等情况，钻进暂停或终孔待喷时，孔口应予以保护。如实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与岩土工程勘察报告不符等情况均应详细记录。

2、5下管喷射作业

注浆材料采用P.O42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰与水搅拌作为基本浆液，水泥浆液的水灰比为1:1,水泥浆液符合设计要求后通过高压泥浆泵的压力进行注浆。旋喷用的水泥浆液在进入高压泥浆泵施喷前，进行严格过滤．防止水泥结块和杂物堵塞喷嘴和管路。

根据现场情况，因孔位较多，密度较大，确认注浆顺序如下：

钻机移开后，将高喷台车就位，在地面上试验喷射方向，调整喷射的水压、气压，下入喷射管至设计深度。在下管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水边下管，水压一般不超过30mpa。当喷射管下到设计高程后，由下至上进行高压喷射作业，高喷灌注分序进行，一序施工与二序施工的间隔时间不小于48小时。水泥浆通过高压泥浆泵形成高压水泥浆，由下而上进行喷射作业，以大于30MPa的压力，通过喷射管由喷嘴向土中喷射，钻杆一边旋转，一边向上提升，喷射的水泥浆一边切削四周土体，一边与土体搅拌混合，形成圆柱状的水泥与土混合的加固体即旋喷桩。技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。灌浆应全孔连续作业，每次拆卸喷射管后，应进行复喷，其长度不小于0.2m。操作人员及值班人员必须随时注意浆液的初凝时间、注浆量、水、水压、气压、提升速度及冒浆量等参数，并做好施工记录，同时保证孔内浆液上下畅通，注意观察冒浆情况，控制冒浆量在灌浆量的20％以内，以此判断地层变化情况，选定合理的技术参数，确保质量。喷射作业完成后，应将注浆泵的吸水管移到水箱内，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除，防止残存的水泥浆将管路堵塞。

2、5回灌

注浆完成后，由于浆液的析水作用，一般固结体均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现下沉现象，故应在完成摆喷后，停滞一定时间，根据浆液回落情况，利用孔口回浆或混合浆液及时进行回灌，直至不下沉为止。

2、6冲洗

喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。

2、7移动机具

将钻机等机具设备移到新孔位上。

3、技术要求

3.1、所采用的水泥为普通425＃袋装水泥，施工中按规范要求进行抽样检查，不使用过期、不合格产品。

3.2、制浆时采用重量法，误差不大于5％。水泥浆、粘土浆的搅拌时间不小于90秒。储浆罐内的浆液每次用完时间不大于4小时，浆液应过筛后使用，并定时检测其比重，控制在1.7以上。

3.3、注浆前，要检查高压设备和管理系统，浆管、水管、气管及喷嘴内不得有任何杂物，所用管接头的密封必须良好。

3.4、高喷灌浆技术参数要求（见附表）：

3.5、高喷灌浆分两序施工，相邻孔灌浆时间间隔不小于48小时，灌浆时应全孔连续进行作业，当拆卸喷射管时应进行不小于0.2m的复喷，因事故中断后，回复施工时，应进行长度不小于0.5m的复喷，同时检查已喷射过的浆液强度情况和原定位孔的成孔情况。

4、施工注意事项

4.1、水泥入罐时必须进行过筛，保证无超过0.5mm颗粒进入，且无纸屑、石块等杂物，以免堵塞喷管；

4.2、喷料时，若气压达不到0.45Mpa时，管路可能堵塞，立即停止喷料，将钻头提升至地面，切断电源，停止送气，查明堵塞原因并加以排除；

4.3、喷料开始时，将电子秤置零，使喷料在电子计量显示下进行，喷料搅拌时，记录人员随时观察电子秤的显示变化，保证各段喷料均匀；

4.4、施工时，加强前台施工与后场供浆配合密切，搅拌机提升速度必须与试验桩已确定的数据吻合。后台停止供应时，必须及时通知前台，防止断桩和缺浆。再次供浆时，搅拌机需下沉停浆点0.5米下，待恢复供浆时再提升，如停止时间超过4小时，需将输浆管卸下，进行清洗；

4.5、中间喷浆量不足，或因停电、机械故障等原因导致施工中断时，必须进行复打，复打长度不小于整桩长度，且必须尽快进行。

4.6、钻头钻至设计深度时，要有一定的滞留时间，以确信加固料到达桩底。滞留时间在开工前通过试验桩观察确定；

4.7、当搅拌桩顶接近设计标高时，为保证桩头的施工质量，搅拌机自地面以下1米喷浆搅拌提升出地面时，采用慢速，当喷浆口即将出地面时，停止提升，搅拌10～20Ｓ，保证桩头均匀密实；

4.8施工过程中，操作人员随时记录压力、喷浆量、钻进速度、提升速度等有效参数；

5、施工中的质量控制：

施工前质量控制是将工程做好的基础。对进场的原材料进行控制，检查进场的原材料的质量，做好原材料的检验和试验，确保不合格的原材料不被使用到工程中。其次，各施工人员熟悉技术规范，并由主任工程师进行技术交底工作，对施工图纸和技术规范进行详细的讲解，按施工方案的要求，对施工顺序、施工工艺标准进行讲述，使参建人员都了解施工情况，同时明确每个人员的职责，确保施工的正常进行。再次，对进场的机械设备进行能力确认，使用符合工程情况的机械设备，做好机械设备的检查、保养工作，确保施工中机械设备的正常运行。

对施工放线、钻机稳固、钻杆的垂直度、钻机底盘的平整度进行检查控制，对拌制的浆液的质量及掺和比例按设计要求进行控制。其次，钻机进行引孔作业时，开孔时，必须使钻头对准桩位，其误差不大于3cm，应轻压慢转，经常校准钻杆的垂直度，误差控制在0.5mm以内，喷射作业前，应先对台车、泵组及管线进行全面检查，在确保设备完好的情况下，在地面上进行试喷并调准喷射方向，方可下管旋喷。在各泵和输送管路上必须安装压力表对施工使用压力进行监控。在旋喷过程中，严格按照预定的技术参数进行操作，控制回浆量在注浆量的20％以内，注浆比重控制在1.7以上，回浆比重控制在1.2以上。施工中必须如实记录高喷注浆的各项参数，浆液的用量、异常情况和处理情况等。注浆应全孔连续进行，每次拆管应进行复喷，长度不小于0.2m。因事故中断后，回复施工时，应检查已喷射过的浆液情况及原孔的成孔情况，无特殊情况，进行长度不小于0.5m的复喷，特殊情况应与监理联系后进行处理，并做好记录。第四，为避免对已形成的帷幕产生不利的影响，采用跳打方式两序施工。两序孔施工的间隔不小于48小时。第五，在高喷注浆过程中，当出现压力突降和骤增、孔口回浆浓度过低或不回浆等异常情况时，应查明原因，及时处理。

参考文献

[1]关柯等.建筑施工手册[M].中国建筑工业出版社.2003.5.

[2]王建军.基坑支护现场试验研究与数值分析[D].中国建筑科学研究院博士学位论文.2006.