圍堰及高壓旋噴注漿技術(shù)在深基坑管涌搶險(xiǎn)中的研究和應(yīng)用

圍堰及高壓旋噴注漿技術(shù)

在深基坑管涌搶險(xiǎn)中的研究和應(yīng)用［摘要］本文針對(duì)本萬象城購(gòu)物中心工程深基坑突發(fā)承壓水管涌事故實(shí)例，采取了引流法淤泥質(zhì)粘土圍堰封水，高壓旋噴注漿封底的技術(shù)進(jìn)行管涌事故搶險(xiǎn)，取得了成功，并形成了一套類似地質(zhì)條件下深基坑管涌搶險(xiǎn)可借鑒方法及施工工藝。［關(guān)鍵詞］圍堰；高壓旋噴注漿；高壓旋噴樁；深基坑；管涌搶險(xiǎn)ApplicationandResearchoncofferdamandthehighpressurecircularjet

groutinginthepipingcontrolofdeepfoundationpitAbstract:ThisarticlepresentsanexampleofconfinedwaterpipingincidentsindeepfoundationofHangzhouMIXCShoppingMallProject.IthasadoptedasiltclaycofferdamtostoptheflowwithdrainingandusetheHighPressureJetGroutingtechnologytodealwiththepipingincidents,andfinallyachievessuccess.Meanwhile,itisofferedareferencemethodsandconstructionprocessofdeepfoundationpipingcontrolinthesimilargeologicalconditions.Keywords:cofferdam；highpressurecircularjetgrouting；High-pressureJetGroutingPile；deepfoundationpit；pipingcontrol前言在建筑業(yè)日益發(fā)展的今天，高層和超高層建筑不斷涌現(xiàn)，深基坑及超深基坑也應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)，各城市在進(jìn)行城市現(xiàn)代化規(guī)劃過程中，往往依托江河湖海進(jìn)行發(fā)展，這些區(qū)域往往就具有砂性土層和地下水豐富兩個(gè)特點(diǎn)，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(diǎn)所在，也極易發(fā)生承壓水頭水事故。本建設(shè)新鴻基萬象城購(gòu)物中心項(xiàng)目工程在土方開挖過程中，因前期勘探孔未封堵密實(shí)，開挖至底板墊層標(biāo)高-10.60m(注：本文所述標(biāo)高均為黃海高程，場(chǎng)地高程9-7.1m)時(shí)基底突發(fā)管涌，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，也對(duì)關(guān)鍵線路工期產(chǎn)生極大的影響。工程概況工程簡(jiǎn)介建設(shè)新鴻基萬象城購(gòu)物中心項(xiàng)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(zhì)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(nèi)地下水位高，滲透性能較好，在水動(dòng)力作用下易產(chǎn)生流砂、管涌等工程地質(zhì)問題。場(chǎng)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(xì)砂、⑧-1層礫砂或圓礫層、⑧-2層卵石層內(nèi)，上覆多為粘性土層，是相對(duì)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(cè)向逕流補(bǔ)給，水量充沛，其含水層承壓水位為埋深11.0m，標(biāo)高-2.85m，單井涌水量23263L/h.m。表1管涌位置土層劃分Table1soildivisionofthepipinglocation層號(hào)土層名稱層厚

(m)頂標(biāo)高

(m)地下水土層名稱層厚頂標(biāo)高層號(hào)(m)(m)地下水③-3粉砂夾粉土2.60-9.78潛水③-4砂質(zhì)粉土1.40-12.38潛水④淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土0.40-13.78潛水⑤粉質(zhì)粘土8.00-14.18不透水⑥粉質(zhì)粘土3.90-22.18不透水⑦-1含砂粉質(zhì)粘土2.00-26.08不透水⑦-2粉細(xì)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(hù)及降水設(shè)計(jì)概況工程場(chǎng)地標(biāo)高為6.9?7.1m,底板設(shè)計(jì)標(biāo)高-9.5m，土方開挖面標(biāo)高-10.6m，局部-12.85m,基坑支護(hù)形式為三軸攪拌樁止水，鉆孔灌注樁加復(fù)合土釘圍護(hù)，局部鋼筋混凝土角撐及鋼管斜拋撐?；咏邓捎米粤魃罹邓也唤党袎核?。坑內(nèi)降水井底標(biāo)高為-15.9m,坑外降水井底標(biāo)高為-10.9m,降水井布置間距20m左右。管涌發(fā)生原因分析及初步處理經(jīng)過管涌發(fā)生情況及初步處理當(dāng)土方開挖至墊層標(biāo)高（-10.6m）時(shí)，距基坑邊約20m處發(fā)生管涌。由于事發(fā)時(shí)突然，現(xiàn)場(chǎng)立即對(duì)管涌處進(jìn)行了土方回填,并沉入了多根斷樁頭進(jìn)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(qū)塊。管涌應(yīng)急處理流程確定管涌點(diǎn)位置一分析判定管涌產(chǎn)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(shù)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(diǎn)位置管涌發(fā)生后,應(yīng)立即采用全站儀或其他設(shè)備確定管涌點(diǎn)位置,此步尤為重要,管涌點(diǎn)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(shí)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(chǎn)生原因(1)不透水土層厚度不足引起管涌可能性分析根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告，發(fā)生管涌位置不透水層底標(biāo)高為-28.08m,土層厚度為h=17.48m。最小隔水層厚度按下式計(jì)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(jù)勘察報(bào)告，水頭標(biāo)高-2.85m，承壓含水層頂標(biāo)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(jù)公式（2）計(jì)算得：h0=13.14m<h=17.48m，即現(xiàn)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(jù)基坑圍護(hù)施工圖，管涌范圍正好有一口降水深井存在，其設(shè)計(jì)井底標(biāo)高為-15.9m，實(shí)際井底標(biāo)高為-13.7m。查詢勘察報(bào)告并計(jì)算可得：降水井井底以下土層總厚度：h=14.38m>h0=13.14m，即現(xiàn)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(dǎo)致管涌的可能。鉆探孔封堵不密實(shí)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(shí)成了最大可能。經(jīng)查，管涌發(fā)生范圍正好有一鉆探孔，該孔深46m，完全穿越不透水層，直達(dá)⑧-2卵石層。若該鉆探孔未封堵密實(shí)，當(dāng)土方開挖至承壓水頭標(biāo)高以下時(shí)，承壓水的水頭壓力就極有可能會(huì)擊穿未封堵密實(shí)的鉆探孔，形成突涌現(xiàn)象。在本工程中，當(dāng)土方開挖至-10.6m標(biāo)高前，由于土體總厚度大于最小隔水層厚度，未發(fā)生管涌。當(dāng)土方開挖至-10.6m標(biāo)高時(shí)，達(dá)到臨界點(diǎn)，同時(shí)又加上挖土機(jī)不斷行走碾壓，擾動(dòng)其下土層，最終導(dǎo)致管涌的發(fā)生。后根據(jù)業(yè)主工程師回憶，在勘察階段，曾有部分鉆探孔封堵不密實(shí)甚至沒有封堵的現(xiàn)象，這就更進(jìn)一步印證了此種猜想。最后經(jīng)綜合分析并認(rèn)定，該處管涌引起原因系鉆探孔封堵不密實(shí)引起。引流法圍堰封水圍堰設(shè)計(jì)圍堰高度因承壓水水頭標(biāo)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(biāo)高取-1.85m。圍堰寬度及材料圍堰分內(nèi)外兩層。內(nèi)圍堰采用淤泥質(zhì)粘土，主要起止水作用，堰頂為直徑12m的圓形平臺(tái)，放度1：2。外圍堰就地取材砂質(zhì)粉土，起穩(wěn)定堰體、1，圍堰堰頂為半徑12m的圓形平臺(tái)，高壓旋噴注漿操作場(chǎng)地及施工通道的作用二級(jí)平臺(tái)寬度6m，三級(jí)平臺(tái)寬度3.5m。周邊采用三級(jí)放坡，坡度1：，1200060001.851550 6000丁丁一丁WIT?、?；.、：? _■—淤泥質(zhì)粘土2???. ■.?.?、?、.：砂質(zhì)粉土..???.、..?：、<f>?"3?"空■慶蘇一戒,J'..二，二二’3700-2.85250013500承壓水頭標(biāo)高:-5.90-9.60T10.60 單位：標(biāo)高：m長(zhǎng)度：mmTT20700圖1圍堰設(shè)計(jì)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(jù)涌水量大小，采用2Φ200PVC波紋管將水引至圍堰外側(cè)的鋼制水箱中，水箱中設(shè)3組30m揚(yáng)程抽水泵24小時(shí)不間斷抽水。引流分三次進(jìn)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(zhì)土護(hù)壁兼作人員上下臺(tái)階。當(dāng)圍堰平臺(tái)高度超過第n道引流管高度約1.5m時(shí)，埋設(shè)第n+1道引流管(引流管高度應(yīng)略低于圍堰平臺(tái)高度)，用棉紗球塞入第n道引流管內(nèi)約1m使其封閉，并同時(shí)填入淤泥質(zhì)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(zhǔn)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(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一堰內(nèi)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(zhì)粉土填筑形成“U形”圍堰至-5.5m標(biāo)高以作為運(yùn)土通道，隨即采用淤泥質(zhì)土施工內(nèi)圍堰封閉水體至-7.0m標(biāo)高后施工第一道引流管，待引流成功后繼續(xù)填筑土方并實(shí)現(xiàn)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(xù)填筑圍堰至-4.0m標(biāo)高。先填筑內(nèi)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(xù)填筑圍堰至-2.5m標(biāo)高并壓實(shí)。4)圍堰第四次土方填筑及堰內(nèi)水體壓填封堵完成第三道引流管的封堵工作后，繼續(xù)圍堰至-1.85m，并反復(fù)碾壓后，向圍堰中心投入袋裝淤泥質(zhì)土，同時(shí)采用挖機(jī)壓填摻有砂質(zhì)粉土的淤泥質(zhì)土，將圍堰中心水體擠出直至圍堰頂穩(wěn)定沉實(shí)。其他要求由于淤泥質(zhì)土承載力差，在回填時(shí)拌合一定的砂質(zhì)粉土以提高內(nèi)圍堰土體強(qiáng)度。5高壓旋噴注漿封底施工技術(shù)參數(shù)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(biāo)高打設(shè)①600@500mm高壓旋噴樁，根據(jù)土層情況及實(shí)際試噴情況確定施工參數(shù)如下：表2高壓旋噴注漿施工參數(shù)Table2ConstructionofHighPressureJetGroutingParameters壓縮空氣 高壓水泥漿液 旋轉(zhuǎn)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(jī)具設(shè)備表3主要施工設(shè)備Table3Majorconstructionequipment序號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)功率（KW）數(shù)量用途1鉆機(jī)GPS-10301成孔2高噴臺(tái)車SGP-3A41起架、噴射和提升3空壓機(jī)IV3/8221輸送壓縮空氣4臥式攪拌機(jī)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(jī)就位一清水壓力鉆進(jìn)成孔及下套管一高噴臺(tái)車就位一試噴一噴管下至孔底一自下而上旋噴至設(shè)計(jì)頂高一沖洗噴管一高噴臺(tái)車移位一回灌及泥球封孔一移動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行下一樁體施工施工方法1）鉆孔采用GPS-10型鉆機(jī)鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁。2）下噴射管將高噴臺(tái)車移至孔口，先進(jìn)行地面試噴以調(diào)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(shè)計(jì)噴射深度。3）制漿按設(shè)計(jì)配比攪制漿液，在制漿過程中應(yīng)隨時(shí)測(cè)量漿液比重，每孔高噴灌漿結(jié)束后要統(tǒng)計(jì)該孔的材料用量。拌制漿液必須連續(xù)均勻，攪拌時(shí)間不小于30S，一次攪拌使用時(shí)間亦控制在4h以內(nèi)。4）噴射提升噴射管下至設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的提升速度、旋轉(zhuǎn)速度自下而上開始噴射、旋轉(zhuǎn)、提升，到設(shè)計(jì)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(jié)束后，利用水泥漿進(jìn)行回灌，-10.6m標(biāo)高以上采用粘土球封孔。6）沖洗噴射結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)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(jié)語(yǔ)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(yīng)急處理往往是難點(diǎn)，不易控制，一旦未能得到有效的控制，將產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。在本次管涌事故處理過程中，針