圍堰及高壓旋噴注漿技術

在深基坑管涌搶險中的研究和應用［摘要］本文針對本萬象城購物中心工程深基坑突發承壓水管涌事故實例，采取了引流法淤泥質粘土圍堰封水，高壓旋噴注漿封底的技術進行管涌事故搶險，取得了成功，并形成了一套類似地質條件下深基坑管涌搶險可借鑒方法及施工工藝。［關鍵詞］圍堰；高壓旋噴注漿；高壓旋噴樁；深基坑；管涌搶險ApplicationandResearchoncofferdamandthehighpressurecircularjet

groutinginthepipingcontrolofdeepfoundationpitAbstract:ThisarticlepresentsanexampleofconfinedwaterpipingincidentsindeepfoundationofHangzhouMIXCShoppingMallProject.IthasadoptedasiltclaycofferdamtostoptheflowwithdrainingandusetheHighPressureJetGroutingtechnologytodealwiththepipingincidents,andfinallyachievessuccess.Meanwhile,itisofferedareferencemethodsandconstructionprocessofdeepfoundationpipingcontrolinthesimilargeologicalconditions.Keywords:cofferdam；highpressurecircularjetgrouting；High-pressureJetGroutingPile；deepfoundationpit；pipingcontrol前言在建筑業日益發展的今天，高層和超高層建筑不斷涌現，深基坑及超深基坑也應運而生，同時，各城市在進行城市現代化規劃過程中，往往依托江河湖海進行發展，這些區域往往就具有砂性土層和地下水豐富兩個特點，而豐富地下水砂性土層的深基坑施工向來是深基坑施工中的難點所在，也極易發生承壓水頭水事故。本建設新鴻基萬象城購物中心項目工程在土方開挖過程中，因前期勘探孔未封堵密實，開挖至底板墊層標高-10.60m(注：本文所述標高均為黃海高程，場地高程9-7.1m)時基底突發管涌，造成了較大的經濟損失，也對關鍵線路工期產生極大的影響。工程概況工程簡介建設新鴻基萬象城購物中心項目地處本市錢江新城，工程建筑面積242845m2，占地面積約3.5萬m2,地上六層，地下四層，平均開挖深度18m，最大開挖深度20m。水文地質條件工程地處錢塘江沖海積平原，距錢塘江僅500m。基坑開挖深度內地下水位高，滲透性能較好，在水動力作用下易產生流砂、管涌等工程地質問題。場地勘探深度以淺地下水按埋藏和賦存條件可分為第四系松散巖類孔隙潛水、第四系松散巖類孔隙承壓水和基巖裂隙水三大類。其中第四系孔隙承壓水主要賦存于下部⑦-2粉細砂、⑧-1層礫砂或圓礫層、⑧-2層卵石層內，上覆多為粘性土層，是相對隔水層，含水層頂板埋深為39.0?43.0m左右，總厚度一般大于14.4?20.0m，透水性良好，為錢塘江古河道，受上游側向逕流補給，水量充沛，其含水層承壓水位為埋深11.0m，標高-2.85m，單井涌水量23263L/h.m。表1管涌位置土層劃分Table1soildivisionofthepipinglocation層號土層名稱層厚

(m)頂標高

(m)地下水土層名稱層厚頂標高層號(m)(m)地下水③-3粉砂夾粉土2.60-9.78潛水③-4砂質粉土1.40-12.38潛水④淤泥質粉質粘土0.40-13.78潛水⑤粉質粘土8.00-14.18不透水⑥粉質粘土3.90-22.18不透水⑦-1含砂粉質粘土2.00-26.08不透水⑦-2粉細砂0.90-28.08承壓水⑧-1圓礪5.30-28.98承壓水⑧-2卵石-34.28承壓水2.3基坑圍護及降水設計概況工程場地標高為6.9?7.1m,底板設計標高-9.5m，土方開挖面標高-10.6m，局部-12.85m,基坑支護形式為三軸攪拌樁止水，鉆孔灌注樁加復合土釘圍護，局部鋼筋混凝土角撐及鋼管斜拋撐。基坑降水采用自流深井降水，且不降承壓水。坑內降水井底標高為-15.9m,坑外降水井底標高為-10.9m,降水井布置間距20m左右。管涌發生原因分析及初步處理經過管涌發生情況及初步處理當土方開挖至墊層標高（-10.6m）時，距基坑邊約20m處發生管涌。由于事發時突然，現場立即對管涌處進行了土方回填,并沉入了多根斷樁頭進行壓填,但由于管涌出水量與出水壓力均較大,未能封堵成功,承壓水大量涌出并淹沒已開挖區塊。管涌應急處理流程確定管涌點位置一分析判定管涌產生原因一確定圍堰寬度及高度，并初步確定高壓旋噴注漿施工參數一引流法圍堰一封閉水體及圍堰中心土方壓填一底板以下土體高壓旋噴注漿加固確定管涌點位置管涌發生后,應立即采用全站儀或其他設備確定管涌點位置,此步尤為重要,管涌點位置精確與否將直接影響到圍堰及高壓旋噴注漿范圍。在本工程中,由于管涌時正處深夜,未能精確定出管涌位置,最后不得不加大圍堰寬度及注漿范圍。分析判定管涌產生原因(1)不透水土層厚度不足引起管涌可能性分析根據地質勘測報告，發生管涌位置不透水層底標高為-28.08m,土層厚度為h=17.48m。最小隔水層厚度按下式計算：γw-H0<y-Ii0⑵式中：h0——基坑底部所需的最小隔水層厚度（m）；H0——承壓水頭，據勘察報告，水頭標高-2.85m，承壓含水層頂標高-28.08m,H0=25.23m；Yw——水的重度，取10kN/m3；Y——隔水層土的重度，取19.2kN/m3。根據公式（2）計算得：h0=13.14m<h=17.48m，即現有不透水層及其上土層總厚度大于所需最小隔水層厚度，故排除了因不透水土層厚度不足造成管涌的可能。基坑降水井超深引起管涌可能性分析根據基坑圍護施工圖，管涌范圍正好有一口降水深井存在，其設計井底標高為-15.9m，實際井底標高為-13.7m。查詢勘察報告并計算可得：降水井井底以下土層總厚度：h=14.38m>h0=13.14m，即現有不透水層及其上土層總厚度大于所需最小隔水層厚度，故排除了因基坑降水井超深引起隔水層厚度不足而導致管涌的可能。鉆探孔封堵不密實引起管涌可能性分析在排除不透水土層厚度不足及降水井超深引起管涌的可能性后，鉆探孔封堵不密實成了最大可能。經查，管涌發生范圍正好有一鉆探孔，該孔深46m，完全穿越不透水層，直達⑧-2卵石層。若該鉆探孔未封堵密實，當土方開挖至承壓水頭標高以下時，承壓水的水頭壓力就極有可能會擊穿未封堵密實的鉆探孔，形成突涌現象。在本工程中，當土方開挖至-10.6m標高前，由于土體總厚度大于最小隔水層厚度，未發生管涌。當土方開挖至-10.6m標高時，達到臨界點，同時又加上挖土機不斷行走碾壓，擾動其下土層，最終導致管涌的發生。后根據業主工程師回憶，在勘察階段，曾有部分鉆探孔封堵不密實甚至沒有封堵的現象，這就更進一步印證了此種猜想。最后經綜合分析并認定，該處管涌引起原因系鉆探孔封堵不密實引起。引流法圍堰封水圍堰設計圍堰高度因承壓水水頭標高為-2.85m，且考慮到圍堰堰頂不受水流沖刷，圍堰需超高約1.0m，故堰頂標高取-1.85m。圍堰寬度及材料圍堰分內外兩層。內圍堰采用淤泥質粘土，主要起止水作用，堰頂為直徑12m的圓形平臺，放度1：2。外圍堰就地取材砂質粉土，起穩定堰體、1，圍堰堰頂為半徑12m的圓形平臺，高壓旋噴注漿操作場地及施工通道的作用二級平臺寬度6m，三級平臺寬度3.5m。周邊采用三級放坡，坡度1：，1200060001.851550 6000丁丁一丁WIT?、?；.、：? _■—淤泥質粘土2???. ■.?.?、?、.：砂質粉土..???.、..?：、<f>?"3?"空■慶蘇一戒,J'..二，二二’3700-2.85250013500承壓水頭標高:-5.90-9.60T10.60 單位：標高：m長度：mmTT20700圖1圍堰設計Figure1Cofferdamdesign4.2引流為防止圍堰施工過程中水流沖刷堰體形成滲流通道，在圍堰土方回填過程中必須做好引流措施。根據涌水量大小，采用2Φ200PVC波紋管將水引至圍堰外側的鋼制水箱中，水箱中設3組30m揚程抽水泵24小時不間斷抽水。引流分三次進行，第一次引流高度為-7.0m，第二次引流高度為-5.5m，第三次引流高度為-4.0m。引流管入口周邊位置采用袋裝淤泥質土護壁兼作人員上下臺階。當圍堰平臺高度超過第n道引流管高度約1.5m時，埋設第n+1道引流管(引流管高度應略低于圍堰平臺高度)，用棉紗球塞入第n道引流管內約1m使其封閉，并同時填入淤泥質土或粘土袋至第n+1道引流管高度，以縮小垂直涌水通道口直徑。圖2引流示意圖Figure2Drainagediagram4.3圍堰施工及水體壓填封堵施工工藝流程施工準備一圍堰第一次土方填筑及第一次引流一圍堰第二次土方填筑及第二次引流一圍堰第三次土方填筑及第三次引流一圍堰填筑至設計設計一堰內水體壓填封堵。施工方法1)圍堰第一次土方填筑及第一次引流先就地取材砂質粉土填筑形成“U形”圍堰至-5.5m標高以作為運土通道，隨即采用淤泥質土施工內圍堰封閉水體至-7.0m標高后施工第一道引流管，待引流成功后繼續填筑土方并實現圍堰合攏。2)圍堰第二次土方填筑及第二次引流施工第二道引流管并封堵第一道引流管，繼續填筑圍堰至-4.0m標高。先填筑內圍堰，后施工外圍堰。3)圍堰第三次土方填筑及第三次引流第三道引流管施工完成后，封堵第二道引流管，繼續填筑圍堰至-2.5m標高并壓實。4)圍堰第四次土方填筑及堰內水體壓填封堵完成第三道引流管的封堵工作后，繼續圍堰至-1.85m，并反復碾壓后，向圍堰中心投入袋裝淤泥質土，同時采用挖機壓填摻有砂質粉土的淤泥質土，將圍堰中心水體擠出直至圍堰頂穩定沉實。其他要求由于淤泥質土承載力差，在回填時拌合一定的砂質粉土以提高內圍堰土體強度。5高壓旋噴注漿封底施工技術參數選用Po32.5普通硅酸鹽水泥，采用二重管高壓旋噴工藝，在直徑Φ5m范圍-17.9?-10.6m標高打設①600@500mm高壓旋噴樁，根據土層情況及實際試噴情況確定施工參數如下：表2高壓旋噴注漿施工參數Table2ConstructionofHighPressureJetGroutingParameters壓縮空氣 高壓水泥漿液 旋轉速度 提升速度壓力(Mpa) 氣量(m3/h) 壓力(Mpa) 流量(L/min) 漿液比重 (r/min) (cm/min)0.5?0.7 50?60 15?18 60?70 1.45?1.5 30?40 20?242500圖3高壓旋噴注漿范圍示意圖Figure3HighPressureJetGroutingscopediagram5.2高壓旋噴注漿施工5.2.1主要機具設備表3主要施工設備Table3Majorconstructionequipment序號設備名稱設備型號功率（KW）數量用途1鉆機GPS-10301成孔2高噴臺車SGP-3A41起架、噴射和提升3空壓機IV3/8221輸送壓縮空氣4臥式攪拌機WJG-80141攪拌水泥漿5注漿泵BW-1507.5輸送水泥漿施工工藝流程放樣一鉆機就位一清水壓力鉆進成孔及下套管一高噴臺車就位一試噴一噴管下至孔底一自下而上旋噴至設計頂高一沖洗噴管一高噴臺車移位一回灌及泥球封孔一移動鉆機進行下一樁體施工施工方法1）鉆孔采用GPS-10型鉆機鉆進，泥漿護壁。2）下噴射管將高噴臺車移至孔口，先進行地面試噴以調整噴射壓力。為防止水嘴和氣嘴堵塞，下管前包裹膠布。下噴射管至設計噴射深度。3）制漿按設計配比攪制漿液，在制漿過程中應隨時測量漿液比重，每孔高噴灌漿結束后要統計該孔的材料用量。拌制漿液必須連續均勻，攪拌時間不小于30S，一次攪拌使用時間亦控制在4h以內。4）噴射提升噴射管下至設計深度，開始送入符合要求的高壓氣體和水泥漿液。待漿液冒出孔口后，即下放噴射管并按設計的提升速度、旋轉速度自下而上開始噴射、旋轉、提升，到設計的終噴高度停噴，并提出噴射管。5）回灌及泥球封孔噴射灌漿結束后，利用水泥漿進行回灌，-10.6m標高以上采用粘土球封孔。6）沖洗噴射結束后，應及時將管道沖洗干凈，以防堵塞。引流圍堰

cofferdamdrain圍堰完成cofferdamcompleted圍堰中心壓填waterplugging&earthcompacting壓填完成compactioncompleted圖4管涌處理流程Figure4PipingControlProcess高壓旋噴注漿highpressurecircularjetgrouting6結語在深基坑施工過程中，特別是濱江土層豐富地下水條件下深基坑施工中，承壓水的控制及管涌事故的應急處理往往是難點，不易控制，一旦未能得到有效的控制，將產生極大的經濟損失和社會影響。在本次管涌事故處理過程中，針