三重管高压旋喷桩止水帷幕案例.docx

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三重管高压旋喷桩止水帷幕案例

三重管高压旋（摆）喷桩止水帷幕案例

[作者]集团工程管理部华立冲

[编审]集团工程管理部

[编者按]一定的地质条件下，在保证深基坑安全这一前提目标时，面临着“如何选择经济合理的深基坑支护和降（止）水方案”这一课题。

[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

天然基础平房

2F

南侧道路入口

7层浅基础

（西侧）

33F/-2F

7层浅基础

2层临时房

北

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。

2、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。

3、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。

4、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：

Ø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。

Ø标有建筑红线、施工红线的地形图及基础结构设计图。

Ø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。

Ø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。

Ø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。

Ø基坑附近的地面堆载及大型车辆的动、静荷载情况。

Ø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：

Ø基坑施工期间以及桩基、地下室施工期间是否采取降水；

Ø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；

Ø基坑支护的形式；

Ø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：

Ø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。

Ø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。

Ø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。

Ø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：

旋喷桩喷射直径1000mm，间距800mm：

摆喷桩喷射直径1400mm，间距1200mm：

1234

旋喷桩：

喷射直径1000mm，桩间距800mm，每米桩长380元人民币。

摆喷桩：

喷射直径1400mm，桩间距1200mm，每米桩长360元人民币。

注：

喷射浆液均为1：

1水泥净浆。

整个基坑土方挖运（总土方为约5万余方）、支护及止水帷幕总包干价为429万元，其中止水帷幕部分造价约117万元，土方挖运120万，支护182万。

旋喷桩顶－2.0M

稳定水位－2.5M

基坑底－10.5

帷幕底－12.5M

进入相对不透水层2米

帷幕剖面示意

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：

e=2[R02—（L/2）2]1/2=[D2—L2]1/2

式中e—旋喷桩的交圈厚度（m）；

R0—旋喷桩的半径（m）；

L—旋喷桩孔位的间距（m）；

D—旋喷桩的直径（m）。

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：

a）施工工艺流程安排，旋喷桩施工工艺流程如下图：

桩位放线、验线

定位放线、验线

旋喷试验

旋喷结束

钻机定位、钻孔

旋喷机具就位

插管制浆

高压旋喷作业

泥浆排泄处理作业

冲洗管路器

下一孔操作

补浆

移机拔管

b）施工工艺参数确定：

Ø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20cm。

摆喷桩成孔直径取1.4米，孔间距为1.2米，喷射角度15度。

Ø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。

Ø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：

高压喷射种类

三重管法

适用土质

砂土、粘性土、黄土、杂填土、砾石

高

压

喷

射

施

工

参

数

水

压力（Mpa）

20

流量（L/min）

80－120

喷嘴孔径mm

2－3

空气

压力（Mpa）

0.7

流量（M3/min）

0.5－1.5

喷嘴个数（个）

1－2

浆液

压力（Mpa）

1－3

流量（L/min）

100－150

喷嘴孔径mm喷嘴个数

10（两个）－14（一个）

旋喷管外经（mm）

75或90

提升速度（Cm/min）

10－20

旋转速度（r/min）

10－20

Ø该工程高压喷射施工参数选择为：

水压：

30Mpa；水流量：

90L/min；空气压：

0.6Mpa；空气流量：

0.6M3/min；水泥浆压：

0.4Mpa；浆液流量80L/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。

c）施工部署，包括施工平面布置、施工进度计划安排。

d）施