分仓隔水及降水施工技术在软弱地层中的应用研究

分仓隔水及降水施工技术在软弱地层中的应用研究

张凯

中铁广州工程局集团城建工程有限公司

一、项目背景

在富水地区软弱地层进行基坑开挖施工对隔水施工效果要求高，处理不当易造成主体围护结构渗漏水，由此提高在软弱地层开挖的隔水施工技术意义重大。我公司承建的东莞轨道交通1号线一期工程道滘东站-人民医院站区间U型槽敞开段总长约330m。本项目着重对U型槽敞开段施工过程中分仓隔水及降水技术进行研究，分析单轴搅拌桩在软弱地层段施工中进行分仓隔水及降水的原理，并主要通过对单轴搅拌桩机参数设定、分仓隔水及降水技术类型、水泥使用等方面的研究，提出在东莞地区富水软弱地层开挖前隔水的施工措施。

当前中国地下工程施工中,在深厚的砂层或软土层中进行开挖施工,往往需要采用搅拌桩对基底进行加固处理。采用分仓隔水技术对于保证隔水施工质量和控制后续基坑开挖过程变形所起的作用,并对隔水施工和基坑开挖施工的效果进行分析和总结。结合东莞地区地上及地下水系发达、地质类型复杂等特点，分析东莞地铁2号线主体围护结构施工中遇到的特殊地质现象，说明重视隔水施工在特殊地质地段的是保证基坑顺利开挖的关键，重点阐述分仓隔水及降水在富水淤泥层及砂土层等特殊地质段采取的具体施工方法

考虑项目工期紧，任务重，按照常规砂性土、淤泥等地层的搅拌桩施工工艺难以保证本工程的隔水及降水施工质量。为确保本工程基坑开挖施工质量，有必要针对该特殊地层进行系统研究，确定最佳施工各项参数范围值，使搅拌桩成桩过程中起到隔水的作用，同时不影响基坑开挖质量，为今后类似地质情况提供施工技术参数，确保工程质量、安全及工期目标的实现，同时降低施工成本。

二、研究目的

针对东莞水乡地区富水淤泥地层的特点，依托东莞市轨道交通1号线一期工程1301-3工区道滘东站～人民医院站区间，通过研究本富水地区软弱地层地质情况，分析合理的分仓隔水及降水井施工机械配备，研究分仓隔水及真空降水施工设备在软弱地层中施工技术参数。通过研究分析地层地质情况等，探索通过设备、模式的等方式提升在富水地区软弱地层开挖中分仓隔水及降水的效果。

三、研究内容

一是通过研究本地富水地区软弱地层地质情况，分析合理的分仓隔水及降水施工机械配备。二是研究分仓隔水及降水施工机械设备在软弱地层中施工技术参数。三是通过研究分析地层地质情况等，探索通过设备、模式的等方式提升在富水地区软弱地层开挖中分仓隔水及降水的效果。四是在富水地区软弱地层开挖过程中减少结构渗漏水等不利情况，利用分仓隔水及降水施工技术提高开挖效率。五是合理进行机械设备选型配套，最大程度实施机械化作业，保证施工安全、质量，提高工效。

四、工程概况

东莞市轨道交通1号线一期工程1301-3工区道滘东站～人民医院站区间区间U型槽段起止里程左线为ZDK8+180.254～ZDK8+504.533，右线为YDK8+180.254～YDK8+504.520，全长约324.5m，结构总宽度为9.9-16.36m，其中地基处理、基坑支护及止水帷幕等分仓隔水工作中水泥搅拌桩施工为本工程重点和难点所在，本工程中采用φ550@400单轴搅拌桩，搭接长度为150mm，采用四次搅拌四次喷浆工艺成桩。

五、施工工艺、关键技术及创新点

1、定机械、强试桩

采用新型的PH-5D搅拌桩机，根据项目施工区域位置合理增加试桩数量，抽芯检测结果报告出具后，组织建设五方开会定技术参数。 

2、稳搅拌、慢提升

综合考虑富水淤泥地层稳定性、安全性和施工工效，根据设计图纸的“四搅四喷”的施工工法，项目要求钻杆提升速度需要保证喷灰量及喷灰均匀性能达到设计要求，是保证水泥搅拌桩承载力的关键因素，是质量控制上最关键的问题。

3、调整分仓隔水中搅拌桩施工的改良措施 

用好监测设备，施工过程中检查、检定喷浆压力罐及压力表、电子秤，确保喷浆压力稳定，喷浆量稳定。配置自动流量计，电脑控制喷浆频率达到要求，借鉴试桩各阶段记录的施工技术参数，确定转速、提升速度参数，严格按设计图给定的参数值控制施工，保证搅拌、提升速度与喷浆频率的匹配。

4、在富水地区软弱地层开挖过程中减少结构渗漏水等不利情况，利用分仓隔水及降水施工技术提高开挖效率。

本次分仓隔水搅拌桩施工采用单轴搅拌桩，直径550mm，间距400mm，150mm。搅拌桩施工采用“四搅四喷”的施工工法。施工转速一般要求不超1m/2min。质量检验：应采用钻芯法检测桩身单轴抗压强度、完整性、深度，28d无侧限抗压强度不应低于0.8MPa。

5、根据本项目的地质情况，考虑淤泥质土自稳性差的因素，我们按砂性土类型进行了初步水泥浆参数配置。

试桩后对施工技术方案改造：一是将搅拌桩机搅拌叶片由2层4片增加至3层6片。各层叶片间互成60°夹角，将下面2层叶片沿旋转时的切土方向适当倾斜，使土体内单点搅拌次数均达到20次，并保证切土搅拌均匀，二是将出浆口改到搅拌叶片中部，以克服搅拌轴底出浆方式易引起的搅拌不均，确保出浆均匀，三是采取措施保证喷浆频率与搅拌提升速度匹配，停浆后桩头处理及时合理。

（一）形成的主要技术方案及工艺

（1）双向水泥搅拌桩施工工艺的关键部分为钻头，其设有与外钻杆连接的外钻头和与内钻杆连接的内钻头，外钻头设有与外钻杆连接的套管，在套管的外壁上固定有搅拌叶片，在套管的内壁设有与内钻杆之间配合的轴承和密封装置，内钻头设有与内钻杆对接的芯管，芯管的外壁上设有上下两层翼片，下层翼片的下部为为钻尖，两层翼片之间的距离为20-30cm，在两层翼片之间靠近上层翼片的芯管上开有喷灰口。外钻头与外钻杆之间、内钻头与内钻杆之间均通过螺纹连接。钻头内外层叶片为两个相反方向搅拌方式，由同轴的内外钻杆组成整体钻杆，可确保内外钻杆之间不进入泥粉。在进行施工前，必须对双向搅拌钻头进行性能检查，搅拌叶片必须保证大于50cm；

搅拌桩机叶片简图

（2）钻进喷粉搅拌先启动主电机准备下钻，待搅拌桩机钻头接近地面时启动空压机送气。先启动内钻杆钻头（反向），后启动外钻杆钻头（正向），然后启动加压装置，加压装置中的链条同时对内外钻杆加压，使内外钻杆沿导向架向下，内钻头先切土、入土，外钻头后入土、搅拌。打开送粉阀门，关闭送气阀门，开启喷粉装置，内钻头（反向）入土后喷灰。其二层旋转叶片作用为：下面一层是破土，上面一层是搅拌；外钻头（正向）入土后，其二层旋转叶片作用为搅拌、压灰。钻进搅拌直至设计深度后，原地喷灰搅拌30s后停止喷灰。停止喷粉后，先将外钻杆钻头换向（反向），后对内钻杆钻头换向（正向），同时对加压装置换向。在桩顶1m～3m范围内，应适当降低风压，防止灰粉流失影响桩基质量。将钻头提升至设计桩顶标高，完成双向搅拌桩施工；

（3）调整分仓隔水中搅拌桩施工的改良措施，搅拌机每次下沉和提升的时间安排有专人记录，时间误差不大于5s，提升前要有等待送浆到达桩底的时间，防止出现已提升却未喷浆的情况，具体时间随机械类型与送浆管长度而变化。检查、检定喷浆压力罐及压力表、电子秤，确保喷浆压力稳定，喷浆量稳定。配置自动流量计，电脑控制喷浆频率达到要求，借鉴试桩各阶段记录的施工技术参数，确定转速、提升速度参数，严格按设计图给定的参数值控制施工，保证搅拌、提升速度与喷浆频率的匹配。

（二）整体施工方案及关键参数控制

本标段道人区间明挖段基坑分仓隔水中搅拌桩施工投入7台PH-5D搅拌桩机。喷灰量及喷灰均匀性能否达到设计要求，是保证水泥搅拌桩承载力的关键因素，是质量控制上最关键的问题。喷灰量控制：①对进场水泥总量控制。②单桩喷粉量控制：配备经标定的电脑计量装置，能够准确的实施定量控制。③供灰必须连续，拌合均匀。一旦发生停机或机械故障，必须及时补喷。在第二次接桩时，其重叠长度需大于1m。④桩端处理：当钻进至设计深度时，应喷粉（浆）搅拌30s，再开始提升搅拌钻头，确保桩端的成桩质量。⑤每根水泥搅拌桩施工时，电脑必须同时记录该桩施工过程。每根水泥搅拌桩施工完成后，在下根桩施工前打印该桩施工记录小票。喷灰均匀性控制：①严格控制钻进速度、管道压力、搅拌速度等施工参数，钻进时尽量保证匀速钻进。②通过计量装置，准确控制每延米水泥用量。

分仓隔水中搅拌桩施工流程图

六、下一阶段研究

1、进一步研究细化工序管理，工序流程和作业方法是分仓隔水及降水施工技术的核心内容之一，要充分实现各工序间的平行作业。

2、深入研究分仓隔水及快速降水技术并加强推广，近年来，采用分仓隔水技术对于保证隔水施工质量和控制后续基坑开挖过程变形所起的作用,并对隔水施工和基坑开挖施工的效果进行分析和总结。结合东莞地区地上及地下水系发达、地质类型复杂等特点，分析东莞地铁1号线主体围护结构施工中遇到的特殊地质现象，说明重视隔水施工在特殊地质地段的是保证基坑顺利开挖的关键，在类似三角洲地区重点推广分仓隔水及降水的具体施工方法。

参考文献:

[1]秦阳.软弱地层基坑联合降水技术[J].工程技术研究,2019,4(18):81-82.

[2]丁仕辉, 软弱富水地层盾构到达端头防渗降水固结技术. 广东省,广东水电二局股份有限公司,2015-11-11.