刘 宝

中铁十六局集团有限公司

城际铁路深基坑围护结构动水砂层止水旋喷桩施工技术

刘 宝

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城际铁路在地区经济与社会的发展中发挥着相当重要的作用，近年来城际铁路建设也取得了相当巨大的成绩。在城际铁路建设的过程中，深基坑施工是相当重要的。在文中就深基坑围护结构动水砂层止水旋喷桩施工技术进行介绍，以期可以改善城际铁路施工质量。

城际铁路，深基坑，旋喷注浆法

1 引言

本文针对城际铁路明挖区间围护结构旋喷桩止水帷幕施工在地层处于富水砂层且地下水为流动水的情况下，通过分析地层及了解当地水文地质变迁情况，在原有试桩失败后，调整施工工艺，充分考虑水泥浆凝固时间来确保成桩质量及成桩率，并在后续基坑开挖中充分发挥止水帷幕的作用，使基坑安全开挖到底。

旋喷注浆法兴起于二十世纪七十年代的高压喷射注浆法，八、九十年代在全国取得全面发展和应用。实践证明此法对处理淤泥、淤泥质土、粉性土、沙土等有良好的效果。高压旋喷桩止水帷幕，就是深基坑钻孔灌注桩外侧利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定的深度后，以20～40Mpa的压力把将夜或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度和脉动状的射流，其动压大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来，一部分细颗粒随浆液或水冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力作用下，与浆液混合，浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体，多个固结体与钻孔灌注桩形成一个帷幕，用来作为将地下水体隔离在基坑外侧的一种止水施工方法，从而保证基坑外侧建构筑物基础下土体的稳定性，进而确保基础的稳定。

2 工程概况

莞惠城际铁路云山西路至客运北站区间采用明挖法施工，区间沿惠州大道由南向北布置，区间围护结构采用直径1.2m@1.35m钻孔灌注桩+直径600mm旋喷桩止水帷幕的形式，工程所处地层主要为：素填土、粉质粘土、砂层、含砾砂岩，其中砂层分为中砂、粗砂。

中砂：浅黄、灰白色，级配差，稍密，饱和。厚1.70～10.30m，层顶高程3.00～13.45m，层底高程-2.46～11.45m。冲积中砂层，含水量大，具强透水性，建议取渗透系数k＝40.0m/d。

粗砂：浅黄、褐黄色，级配一般，稍密，饱和。厚2.90～8.50m，层顶高程0.64～8.93m，层底高程-4.72～4.43m。冲积粗砂层，含水量很大，具强透水性，建议取渗透系数k＝50.0m/d。

2.1 地层范围内砂层基本覆盖了旋喷桩施工范围，且具有强透水性

此范围砂层形成原因：施工场地临近东江，东江为珠江水系干流之一。向西南流经广东省龙川县、东源县、紫金县、惠城区、博罗县至东莞市石龙镇进入珠江三角洲，于增城市禺东联围东南汇入狮子洋。集水面积35340平方公里，河长562公里，平均年径流量257亿立方米。施工场地原为东江一支流回填后形成，地下水较丰富且处于流动状态，流向与明挖基坑走向垂直，造成此范围内地下水为动态水。

3 施工中存在问题

3.1 旋喷桩无法成桩

旋喷桩施工前，进行了多地层段的试桩施工，设计要求旋喷桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比1.0～1.5，高压水泥浆射流的压力宜大于20Mpa，气流压力宜取0.7Mpa，提升速度可取0.1～0.25m/min，要求加固后土体28天无侧限抗压强度大于等于1.0Mpa，渗透系数k≤10-6cm/s。试桩时采用海螺42.5普通硅酸盐水泥，水灰比不低于1.2，注浆压力分别采用20Mpa，25Mpa，30Mpa，空气压力不小于0.9Mpa，共试桩6根，完成后等待28天强度后，进行抽芯，在砂层段的旋喷桩试桩抽芯无法取出，无砂层段取芯正常且强度符合要求。后续通过加大注浆压力，同样未取芯成功。由此判断砂层段地层无法成桩。

3.2 喷射水泥浆液被流水带走

根据此处地层资料及惠州此处水文变迁情况分析，由于此处区域为东江支流回填形成，连接东江上下游，因此怀疑此处地下水为流动状态，砂层孔隙率大，渗透能力强将水泥浆液带走无法形成有效加固体。

4 地层分析

4.1 地层取样

由以上情况分析后，采用地质钻进行土体取样，砂层分布与设计所给数据相差不大，砂层为粗砂居多，得出结论与设计相符。

4.2 砂层分析

所取土样经试验及观察的，砂层粒径≥0.5mm质量的占总重量的51%，其余岩土物理力学指标参数为：

岩土名称 ③ 5中砂③ 6粗砂岩土状态 中密 中 密快剪内摩擦角(度)25 30凝聚力(kPa)0 0压缩系数(MPa-1)压缩模量(MPa)质量密度ρ(g/cm3)1.95 1.98基本承载力σ0（kPa）200 250侧压力系数0.40 0.37 0.27泊松比0.29基床系数K(MPa/m)10 10

目前市面上水泥粒径多数为3～65μm，施工中所采用的水泥浆经喷射至土层中如处于静态环境中可与顺利与土层搅拌均与形成固结体，如处于动态水中，则很容易随水的流动在浆液凝固前将水泥浆带走，造成水泥浆流失无法形成固结体。

4.3 施工工艺调整

在充分考虑以上情况后，施工时采取在拌制水泥浆时添加速凝剂，添加膨润土及添加水玻璃等三种形式进行重新试桩，试桩中经多次试桩，添加速凝剂及膨润土无法达到成桩效果，添加水玻璃考虑到要确保水泥浆顺利喷出及旋喷过程中不凝结的因素，只能添加少许水玻璃，试桩完成后，取芯仅发现有少许固结体远远达不到止水帷幕的效果。

以上显示只能采取加大水玻璃的参量，加大喷射水泥浆压力，加快提升速度的方式，但加大水玻璃掺量后，水泥浆从拌制到喷出总发生堵管现象，造成浆液大量浪费，加快提升速度易造成成桩不连续。后续经反复讨论后决定采用钻进两次、旋喷两次的施工方式即喷射一遍水泥浆，第二次采用纯水玻璃加水复喷一次，考虑到成桩质量，喷射水泥浆时正常速度进行喷射，完成后水玻璃代替水泥浆进行第二次喷射，考虑到凝结速度，喷射水玻璃需快速完成喷射及提升，使得水泥浆快速形成凝结体确保不被水流带走，后续水泥强度在慢慢增长。采取此种方法试桩后取芯，大部分可成桩。

5 施工中的控制

5.1 水泥用量控制

水泥浆拌制时候，需严格测试水泥浆比重控制水泥用量，采取措施为：对水泥浆拌制人员进行技术交底，施工过程中技术人员严格控制，采用水泥浆比重测定仪测试。

5.2 水玻璃控制

严格按照所给定的配比进行配制，采用带刻度的仪器装取水玻璃与水，事先做好材料供应及配制，在时间上做好施工组织。

5.3 施工中控制

钻进中第一次钻进与第二次钻进要控制在同一位置，喷射过程中要严格控制注浆压力，喷射水玻璃时控制提钻速度确保在喷射过程中不凝结。

6 结束语

此次施工主要是由于当地水文质地的特殊情况，未考虑到此处水文变迁的因素，在施工中按以往经验施工，造成试桩失败。虽经过一定技术修正后试桩成功，但仍有部分桩位未成桩，导致后续基坑内降水缓慢，基坑开挖后桩间有部分涌水涌沙现象且特别严重，此种现象仅发生在右线，左线则未出现，也充分说明了此段地层内地下水为流动状态，从基坑右线向左线流动，右线靠近上游，左线靠近下游。

相应的施工技术修正主要目的就是确保旋喷桩成桩，起到止水帷幕作用，确保后续基坑开挖，由于上述施工方法不是100%成桩，开挖时仍需注意：桩间及时处理，此处采用了网喷混凝土的方式，挂网时必须与围护结构钻孔桩做好紧固连接；开挖时支撑施工必须及时跟上防止因涌水涌沙现象造成基坑失稳；基坑开挖时存在漏水现象的一侧土方要准备好堵漏设备及人员；堵漏完毕后必须在此位置地表处进行钻孔跟踪注浆；此处堵漏采用水泥浆加水玻璃形式，后续施工时发现采用此种方式具有一定的时效性，因此后续结构施工必须紧跟。