濒临大江大河砂层中双高压三重管旋喷桩施工

孟 娟

(1.江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏 南京 210007； 2.江苏华东地质建设集团有限公司，江苏 南京 210007)

1 概述

中国人口多、土地资源有限的基本国情，决定了要充分开发利用地下空间。基于这样的认识，当前全国各地的地下空间开发利用正如火如荼地进行着，导致与地下空间开发利用相关的基坑工程越来越多。为了保证后续基坑工程顺利开挖，降低开挖风险，常规工程措施是开挖前对基坑侧壁施工止水帷幕[1-4]。

施工止水帷幕的机械设备很多，如旋喷桩机、水泥土搅拌桩机。旋喷桩机因为设备售价比水泥土搅拌桩机售价低，施工工效高，施工成本低，加上设备易被操作，而成为岩土地下工程中止水帷幕的主要施工设备[5-8]。

濒临大江大河的地层中常发育中密～密实、富水性、连通性及透水性良好的砂层。在这种砂层中使用常规的单高压三重管旋喷桩施工工艺，止水帷幕的止水效果得不到保证。为了发挥三重管旋喷桩机的性能，同时确保止水帷幕的性能，作者依托江苏省某基坑支护工程，提出了中密～密实、富水性、连通性及透水性良好的砂层中双高压旋喷桩施工工艺，供同行借鉴参考。

2 工程概况及工程地质条件

2.1 工程概况

江苏某综合商业广场占地面积50 068.87 m2，场地主要由三座“品”字形塔楼组成，3座塔楼的层数分别为58 层，60 层，73 层，采用框筒结构，三座塔楼在地面150 m高处有一连接体，层高10 层；场地下部设有4 层、局部5 层地下室，地下室平均开挖深度23.50 m，三幢塔楼下均设有坑中坑。项目建成后，是集办公、酒店及商业为一体的综合商业广场。

坑中坑顶标高-25.35 m～-26.95 m、底标高-30.10 m～-33.70 m，坑中坑最大开挖深度8.35 m。坑中坑支护结构样式为放坡+支护桩+一道支撑+三重管旋喷桩止水帷幕。从标高-6.95 m计起，三重管旋喷桩设计桩长33.15 m，其中虚桩部分长18.40 m，实桩部分长14.75 m(见图1)，桩直径1 000 mm，相邻桩之间搭接宽度300 mm。

2.2 工程地质条件

场地位于长江河漫滩之上，濒临长江，地下水十分丰富，砂层富水性、连通性及透水性良好(见表1)。

表1 场地砂层渗透系数表

根据坑中坑三重管旋喷桩止水帷幕设计要求，结合场地地层分布情况，三重管旋喷桩正好钻遇②3粉砂：灰色，中密，局部为细砂，含少量云母碎片，局部夹薄层粉土、粉质粘土，具水平层理，层顶埋深6.0 m～17.2 m，层厚0.9 m～13.8 m；②4粉细砂：灰色，中密，含少量云母碎片，局部夹薄层粉质粘土，层顶埋深13.0 m～24.2 m，层厚7.5 m～17.5 m；②5粉细砂：灰色，密实，底部夹少量中砂，局部夹薄层粉质粘土，含少量云母碎片，层顶埋深29.0 m～33.8 m，层厚24.0 m～31.2 m。即砂层中密～密实、砂层底埋深大于33.15 m，砂层厚度14.75 m。

3 双高压三重管旋喷桩止水帷幕施工

3.1 双高压三重管旋喷桩定义

传统用三重管旋喷桩施工止水帷幕时，通常采用喷水(压力不小于30 MPa)、喷气(压力不小于0.7 MPa)、喷水泥浆(压力不小于0.8 MPa)的三重管旋喷钻机，即水压力不小于30 MPa的单高压三重管旋喷桩施工工艺。而双高压三重管旋喷桩施工工艺，弃用喷水管改作喷水泥浆管，改用一根喷空气(压力0.6 MPa～0.8 MPa)、两根喷水泥浆(压力不小于30 MPa)，双高压三重管旋喷桩施工工艺是水泥浆压力不小于30 MPa。

3.2 施工要点

1)砂层无造浆能力，高喷作业前引孔时护壁困难，采取的措施如下：a.引孔直径110 mm，采用GXY-1地质钻机、φ108合金钻头钻进成孔；b.引孔前用陶土粉造浆护壁，慢速钻进，钻进时泥浆比重1.25 g/cm3～1.35 g/cm3，粘度18 s～22 s(见表2)。

表2 引孔时钻进技术参数表

2)为了防止高喷作业时缩径塌孔，采取的措施如下：利用钻杆正循环清孔，清孔时将钻头提离孔底20 cm～40 cm，钻机慢速空转，保持泥浆正常循环，同时置换泥浆。清孔前泥浆粘度较大，含砂率较高，比重较大，在清孔过程中应渐进将泥浆调到比重1.20 g/cm3～1.25 g/cm3，粘度18 s，在沉淀池入浆口加清水，将泥浆粘度调小，尽量使砂沉淀至沉淀池中，使泥浆含砂率不大于5%。

3)为减少喷射压力损耗，保证喷射压力，使喷射直径达到设计要求，采取的措施如下：a.检查高压泵内密封件间连接处密封圈，更换变形的、弹性较差的、磨损的密封圈；b.检查泵体活塞与缸体磨损的程度，更换出现坑洞的缸体；c.接头全部采用强度高的混凝土接头；d.检查三重管旋喷钻机的丝扣间隙是否过大，连接旋转进入三扣后手摇感觉间隙明显，更换钻杆间连接接头；e.施工中高压泵到高喷台车间距离15 m，使高压泵注入的水泥浆能迅速进入桩底部；f.调整喷嘴直径，选用直径2.2 mm喷嘴，在设计参数水灰比0.8、水泥用量880 kg/m3,以及孔口泛浆量小于6%的前提下，按每施工3.0 m测试平均注浆量(见表3)；g.施工过程中气压0.7 MPa、气量8 m3/min。

4)减少降水对成桩的影响，采取的措施如下：施工时，坑中降水井停止抽水，坑中坑外围的降水井选择性地停抽，避免产生地下水位面不平，使注入的水泥浆不随地下水的流动而流失。根据管井抽水试验报告、日抽水量、日抽水时间、日观测水位数据分析，确定坑中坑内降水井停止抽水，坑中坑外围20 m范围内的降水井停止抽水。

表3 水泥浆施工参数表

4 结语

1)为了确保中密～密实、富水性、连通性及透水性良好的砂层中止水帷幕的止水性能，采用双高压三重管旋喷桩施工工艺。2)双高压三重管旋喷桩施工工艺是弃用能承受水压力不小于30 MPa的喷水管，把喷水管改作喷水泥浆管，变成一根喷空气(压力0.6 MPa～0.8 MPa)、两根喷水泥浆(压力不小于30 MPa)。3)两根喷水泥浆管，不仅能横向切割粉碎中密～密实砂层，两根喷水泥浆管喷出的水泥浆量大，使留在砂层中的水泥浆量增加，保证了止水帷幕的止水效果；不用高压水切割砂层，使砂层富水性没有提高。4)为了减少喷射压力损耗，保证喷射压力，使喷射直径达到设计要求，在清洗管子的基础上，检查机具、钻具的可靠性以及机械连接的密封性。