三轴深层搅拌桩止水帷幕在深基坑中应用
2012-08-24 22:07
三轴深层搅拌桩止水帷幕在深基坑中应用
摘 要：介绍郑州市轨道交通1号线一期七里河地铁站深基坑施工中，采用三轴深层搅拌桩止水帷幕作为基坑开挖的主要隔水措施，通过降水效果分析对比，确定该工法能达到在复杂周边环境和水文地质条件下止水隔水的目的，为此类工法在中原地区的推广应用起到促进作用。
关键词：止水帷幕；深基坑；搅拌桩；管井
1引言
三轴深层搅拌桩止水帷幕适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石等地基，本文介绍该止水帷幕在郑州东部地铁七里河车站深基坑中的应用，作为郑州市地铁车站基坑止水帷幕的首例工程，为今后本地区的地铁车站止水帷幕采用该施工工艺提供一些参考经验。
2工程性质与场地条件
2.1工程概况
郑州市轨道交通一号线1期工程七里河车站，为地下2层岛式车站，顶板埋深1.8m，总高13.96m，全长195.7m。地下水位埋深3.4~5.8m，车站南北两端均采用盾构法施工，主体结构为箱型框架结构，采用明挖顺作法施工，围护结构采用钻孔灌注桩加钢管内支撑组合形式。
2.2工程地质条件
本工程位于郑州市东开发区，场地位于黄河冲洪积平原，起伏很大，主要为农田区。在车站基坑埋深16m的范围内共分5层，主要工程地质特性如下：
〈1〉粉土：稍湿，稍密，含针状孔隙，强度低，韧性低，层厚2.8m；〈2〉粉土：稍湿~湿，中密~密实，偶见蜗牛壳碎片和小姜石，局部含有粉砂薄层，强度低，韧性低，平均厚度3.5m；〈3〉粉质粘土：硬塑~可塑，偶见蜗牛壳碎片，含铁锈斑点，切面稍光滑，强度低，韧性中等，平均厚度2.7m；〈4〉粉土：湿，中密~密实，含蜗牛碎片，偶见小姜石，局部夹杂粉质粘土薄层，摇振反应中等，强度中等，韧性低，平均厚度3.5m；〈5〉粉质粘土：软塑~可塑，切面稍光滑，强度中等，韧性中等，含小姜石，粒径3~9mm，局部夹粉砂薄层，含蜗牛壳碎片，有机质含量8%，按照GB 50307-1999《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》定为有机质土，该层土灵敏度为1.55，属不灵敏土，平均厚度3.9m。各土层的物理力学性质见表1。
3三轴深层搅拌桩止水帷幕施工
3.1施工设备
采用三轴搅拌机现场连接钻杆的方式对排桩围护结构外侧土体进行三轴深层搅拌桩加固施工，施工现场如图1。主要设备包括：DH658型桩机、MAC-240 -3B型三轴搅拌机、BW-200型压浆泵、EX -200型挖掘机、12m3空气压缩机及自动拌浆系统等。
3.2施 工 流 程
与工艺参数清除地表障碍物→开挖沟槽→布置拆接钻杆平台→桩机就位→拌制水泥浆→喷浆、喷气下沉搅拌喷浆→（不喷气）提升搅拌→搅拌结束,移至下一桩位施工。
工艺参数：全桩长30m，下部桩15～30m范围内水泥掺量为25%（下部15m），上部0～15m范围内水泥掺量20%（上部15m），其中水泥掺量为单位体积土体内水泥所占比例；水灰比1.5～1.8；外掺剂为澎润土（掺入水泥重量的3%）；钻进提升速度0.5～2.0m min；三轴搅拌桩径3×φ850。
3.3施工质量控制
在深基坑止水帷幕施工中，三轴搅拌桩作为全新的施工工法，质量控制尤为重要，特别是本工程作为垂直隔断承压水的止水帷幕，要确保整个止水帷幕的连续性和完整性，施工中必须控制以下要点：
⑴确保定位放线准确，采用套打方式确保每幅成桩后有效搭接；
⑵严格控制桩机钻杆垂直度，防止成桩时与相邻幅出现“开叉”，通过机身悬吊铅垂与2台经纬仪组合校正及桩机自身仪表盘显示确保垂直度；
⑶严格控制自动拌浆系统的各项参数，包括水泥浆配合比、气压和浆压等，各项参数输入控制系统后不得随意更改。
⑷施工时避免出现冷缝，如确实需要中断施工，则冷缝处需叠合一幅，并保证有效搭接。
4施工效果与分析
在三轴深层搅拌桩施工时，应严格控制各项指标参数，现场进行了原位抽芯试验，结果均达到设计要求的强度指标和渗透性指标。为检验止水帷幕基坑外侧水流的隔断效果，排桩施工后、基坑开挖前进行了一次抽水试验,均达到了分析水文地质条件及止水帷幕隔水效果的目的。
4.1管井设置
管井降水布置11口井，位于基坑内部（G1~G11），外侧设置6口观察井（K1~K6），具体布置如图2。
4.2抽水试验工况及其效果检验
⑴工况1：开启G4、G6、G8降水，G3、G5、G7、G9和K1～K6作为观察井，观察72h内各井的水位变化情况。
图3a记录了K2、G3、G4水位变化情况，可见G4水位迅速下降，G3与其相邻且都处于坑内，两者降水变化趋势相同，但最终水位G3略高，K2位于坑外，虽然水位也有下降趋势，但其降速和最终水位都比坑内更高，这充分表明坑内外水位明显存在水位高差，此现象也正说明搅拌桩帷幕发挥了止水效果。
⑵工况2
G1、G3、G5、G7、G9、G11降水后，各观察井和降水井的水位变化趋势与工况1相同，只因增加坑内降水井数量，造成坑内外观察井72h后水位普遍较低。
⑶工况3
各降水井停止降水后，取K2和G6作为观察井，监测72h内井内水位恢复情况。图3b中记录了K2和G6的水位变化历，坑内降水停止后，K2位于坑外侧，受坑内降水影响小，水位恢复曲线平缓，G6位于坑内，由于止水帷幕的存在，虽然水位在不断回升，但最终仍未能恢复到降水前的水位标高，这再次证明了三轴深层搅拌桩帷幕的止水效果。
5结语
郑州市轨道交通1号线一期工程七里河地铁站施工实践证明，在深基坑施工中采用三轴深层搅拌桩止水帷幕，不仅能降低施工难度、节约成本，还能从根本上解决周边环境复杂、地下水文地质条件差等深基坑止水隔水问题。这项工法在郑州地铁的首次应用，对中原地区地质地貌条件下推广应用此类工法具有重要的意义。
参 考 文 献
［1］郑州市轨道交通1号线七里河站设计说明［Z］.铁道第二勘察设计院，2008
［2］郑州市轨道交通1号线工程工程可行性研究报告［R］.铁道第二勘察设计院，2008
［3］龚晓南.深基坑工程设计施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998
［4］刘建航，候学渊.基坑工程手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1997
