梁 宁，张洪欣，黄全海

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质勘查院，河南洛阳471023)

1 工程概况

河南省建行本部综合楼基坑工程大致成长方形，如图1所示，属深基坑。平面尺寸53．7×135.4 m，开挖深度为自然地面下18～20 m，总开挖土方量约16万m3。基坑支护设计采用桩锚体系，直壁开挖方式，支护结构为混凝土灌注排桩(局部2排)，降水方式为坑外止水帷幕墙+坑内管井疏干降水。止水帷幕墙位于支护结构单双排桩之间，设计深度为自然地面下34．6 m。由于本工程受现场的空间条件、密实中粗砂层、基坑北侧淤泥质粉质粘土层等影响，设计图纸中只针对止水帷幕墙的深度、均匀性和渗透性提出了要求，具体采用何种施工工艺，施工单位要根据现场情况进行工艺选择，并由现场试验结果确定。

2 施工难点分析

(1)周边环境复杂，四周紧邻高层建筑物和市区主干道(花园路)，开挖深度为18～20 m。止水帷幕墙整体截水效果高低，将直接影响到周边建筑物和后期主体施工的安全。

(2)场内作业面小，施工工艺和设备有所限制。基坑北侧圆弧段紧邻场外道路，道路以下天然气、给水、污水电缆沟等，管线较多，常规施工工艺无法施工，必须进行改进和创新。

(3)地质条件复杂，止水帷幕墙施工深度为34.6 m，地层中的密实中粗砂层、基坑北侧淤泥质粉质粘土层等影响，采取常规施工技术无法施工。如此深度、复杂地质条件下的基坑止水帷幕墙施工在国内遇到的很少，无成熟的经验可借鉴。

(4)幕墙均匀性和渗透性要求高，试验确定数据多，幕墙渗透性系数K≤10－7cm/s。设计图纸中未指明具体采用何种施工技术。

3 施工方案的选择

3．1 方案1:高压定喷桩止水帷幕墙(基坑东西南北侧)

图1 河南省建行本部综合楼基坑工程平面图

设计墙厚为400 mm。施工顺序采用双向喷射工艺，第一次顺时针方向喷射宽度≥200 mm，第二次逆时针方向喷射宽度≥200 mm。幕墙顶部停灰标高为水位上3 m，底部进入层粉质粘土层≥1．6 m。

该方案的优点是施工速度快、东西南侧均可施工;缺点是垂直度和截水效果差，造价高，机械化程度低。

3．2 方案2:高压旋喷桩止水帷幕墙(基坑东西南北侧)

设计桩直径为600 mm，间距为350 mm，咬合250 mm。采用二重管法工艺，施工顺序采用跳打法，孔与孔之间技术间歇需满足48 h以上。

该方案的优点是垂直度好，截水效果较好，机械化程度高;缺点是达不到预定孔深，施工速度慢，工作场地要求较高。

3．3 方案3:三轴搅拌水泥土桩止水帷幕墙(基坑东西南北侧)

设计直径850 mm，桩搭接250 mm，桩心距为1200 mm。按照超深SMW工法施工，施工顺序采用套打一孔工艺，采用跳打法。

该方案的优点是垂直度好，可以达到设计深度，施工速度快，截水效果好。缺点是机械笨重，移动不方便，造价高，基坑北侧场地限制无法施工。

3．4 方案4:三轴搅拌水泥土桩止水帷幕墙(基坑东西南侧)+高压旋喷桩止水帷幕墙(基坑北侧)的混合型施工工艺

设计在基坑东西南3侧采用三轴搅拌水泥土桩止水帷幕墙，北侧采用高压旋喷止水帷幕墙。

该方案的优点是截水效果好，垂直度好，可以打到设计深度，能减少造价;缺点是造价相对高，工作场地要求高。

3．5 方案确定

通过对4种方案的对比分析、认真研究和专家论证，在满足安全质量工期等要求的前提下，选择科学合理的施工工艺，最终选用方案4:三轴搅拌水泥土桩止水帷幕墙(基坑东西南侧)+高压旋喷桩止水帷幕墙(基坑北侧)的混合型施工工艺。

4 施工技术措施

4．1 三轴搅拌水泥土桩(基坑东西南侧)

图2 上部弱加固区三轴搅拌桩剖面图

4．1．1 施工方法

按照超深SMW工法施工要求。采用隔幅跳打的施工顺序(图3)，套打一孔工艺。

图3 三轴搅拌桩隔幅跳打示意图

(1)开挖沟槽。根据控制线，采用挖机开挖沟槽，并清除地下障碍物，沟槽深度为1 m、宽度为1～1．2 m，保证正常施工，并达到文明工地要求。

(2)定位。从搅拌桩中心线出来1．2 m，用定位钢筋敲入土中，拉一根铁丝，作为桩机吊锥定位线，在定位线上用胶布标记间隔1．2 m的桩中心位置。桩位平面偏差≯20 mm。如图4所示。

图4 三轴搅拌桩定位图

(3)搅拌速度。三轴搅拌桩搅拌下钻时喷浆、下钻平均速度控制在0．5 m/min，搅拌至设计深度后，静止喷浆20 s后开始复搅，按照≯1 m/min的速度提升5 m后再下沉，到桩底后搅拌提升至桩顶，下沉搅拌速度≯1 m/min，提升速度≯2 m/min。

4．1．2 技术参数

(1)水泥掺量:每幅桩水泥用量为6．88 t;

(2)掺量百分比:强加固为22%，弱加固为10%;

(3)提升、下沉速度:下沉速度为1．17 m/min，提升速度为2 m/min;

(4)下沉、提升水泥用量:提升水泥用量为3．38 t，下沉水泥用量为 3．5 t。

4．2 高压旋喷桩(基坑北侧)

北侧存在10 m厚新近沉积粉土层和10 m厚淤泥质粘土层。为了保证成孔孔径，不发生不缩孔、埋管现象，保证成桩质量，先使用动力较强的SPC－100型回旋钻机进行引孔至孔底，后采用高压旋喷桩机注浆，桩直径为600 mm，间距为350 mm，咬合250 mm。共设计200根桩，孔深34～35 m，有效桩长 28．5 m。水泥(P．O 42．5)用量 160 kg/m。止水为落底式并插入层粉质粘土1．6 m。两种改进后的设备协同作业，提高了施工速度，保证了工程质量，取得了预期效果。图5为施工后的高压旋喷止水帷幕桩。

图5 高压旋喷桩最窄处大于600 mm

4．2．1 引孔施工方法

引孔钻孔施工时应及时调整桩机水平，防止因机械振动或地面湿陷造成钻孔垂直度偏差过大。穿过砂层时，必要时采用浓泥浆护壁成孔，以防塌孔。由于连续施工，相邻桩施工必须在12 h以上，时间过长过短都不行，计划施工1、10号桩等，按每根桩成桩时间3 h来控制，那么施工完30号桩时1号桩已超过12 h，所以，施工完30号桩后必须移机施工1号桩的邻桩2号桩。然后，施工11、21桩等，依次类推进行3、12、22号桩的施工。其次，引孔直径＞200 mm，间距同高压旋喷桩一致。用钢尺和测线实地布设桩位，一桩一签，保证桩孔中心移位偏差＜10 mm。钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆与桩位一致，偏差在5 mm以内，钻孔垂直度误差＜0．5%。并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。

4．2．2 引孔作用

克服成孔难度，更好的控制垂直度，保证孔内通畅、桩身质量和桩径。为旋喷桩施工奠定基础，更关系着帷幕墙的止水效果

4．2．3 高压旋喷桩施工工艺

高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的钻头钻进地层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、(空气)成为20～40 MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体和它外圈环绕气流的共同作用，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆土比例和质量大小，有规律的重新排列在土中形成一个圆柱状固结体(即旋喷桩)，如图6所示，以达到止水防渗的目的。

图6 旋喷桩体固结情况图

4．2．4 旋喷桩施工方法

引孔至设计深度后，拔出引孔钻头，移动至下一孔位，随后用XL－50型钻机注浆，并对钻头和注浆杆端部进行改装，对注浆技术参数调整:(1)提高喷浆压力至31～40 MPa;(2)增大喷浆流量至100～120 L/min;(3)减慢提钻及旋转速度，提钻速度为15～20 cm/min，旋转速度为8～11 r/min。

由下向上旋喷，同时将泥浆清理排出。喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆后再逐渐提升，以防扭断旋喷管。为保证桩底端的质量，喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转10 s左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升。钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断，钻机发生故障，应停止提升钻杆和旋转，以防断桩，并立即检修排除故障。为提高桩底端质量，在桩底部1．0 m范围内应适当增加钻杆喷浆旋喷时间，遇到较硬地层时应加大喷射压力。

4．2．5 空桩处理

北侧管线密布，为防止水泥浆达到一定强度前，由于缩颈引起地面沉降和部分土体应力释放引起的沉降和位移变形对其影响，上部空桩部分采用溢浆自动回填，保证填充密实。

4．3 不同工艺帷幕桩冷缝处理

由于止水帷幕采用三轴搅拌和高压旋喷2种施工工艺，施工过程中出现断点，且间隔时间较长，就导致冷缝的产生。为保证止水帷幕截水效果，施工中针对不同类型的冷缝，采取2种补桩措施，以保证补桩效果。方法1:在搭接处内外采用高压旋喷桩相切施工，直径为500 mm，咬合250 mm，深度一致;方法2:在施工起点和终点处一侧先补3根高压旋喷桩，与原高压旋喷桩保持间距10 mm，然后在补桩和工程桩之间搭接3根高压旋喷桩，咬合20 mm，深度一致。如图7所示。

图7 补桩方法示意图

5 取得的成果

帷幕墙施工过程中，根据预定的验收标准进行现场检查，施工完成后，对本工程基坑止水帷幕墙现场取心(如图8)进行室内渗透试验检测。各测孔渗透系数在 8．65 ×10－8～1．0 ×10－7cm/s之间波动(见表1)，在基坑高压旋喷工艺和三轴搅拌工艺搭接处，无渗透系数＞10－7cm/s的幕墙段或点出现。

图8 现场取心(样)

表1 北侧止水帷幕墙渗透试验评价表

6 结语

深基坑34 m止水帷幕墙施工中，选用三轴搅拌水泥土桩止水帷幕墙(基坑东西南侧)+高压旋喷桩止水帷幕墙(基坑北侧)的混合创新型施工工艺的成功实施，不仅确保了基坑本身的安全，而且从根本上解决复杂地质水文条件下，深基坑施工过度抽水降压的常规做法所造成对周边环境的破坏。同时相比其它单一施工工艺，帷幕墙厚度有所减小，施工工期有所缩短，质量有所保证，取得了良好的经济效益和社会效应。很好的贯彻了国家绿色施工的号召。对在类似工程和城市建设过程中推广和应用该工艺具有重要的意义。

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