围堰及高压旋喷注浆技术在深基坑管涌抢险中的研究和应用

围堰及高压旋喷注浆技术

在深基坑管涌抢险中的研究和应用［摘要］本文针对本万象城购物中心工程深基坑突发承压水管涌事故实例，采取了引流法淤泥质粘土围堰封水，高压旋喷注浆封底的技术进行管涌事故抢险，取得了成功，并形成了一套类似地质条件下深基坑管涌抢险可借鉴方法及施工工艺。［关键词］围堰；高压旋喷注浆；高压旋喷桩；深基坑；管涌抢险ApplicationandResearchoncofferdamandthehighpressurecircularjet

groutinginthepipingcontrolofdeepfoundationpitAbstract:ThisarticlepresentsanexampleofconfinedwaterpipingincidentsindeepfoundationofHangzhouMIXCShoppingMallProject.IthasadoptedasiltclaycofferdamtostoptheflowwithdrainingandusetheHighPressureJetGroutingtechnologytodealwiththepipingincidents,andfinallyachievessuccess.Meanwhile,itisofferedareferencemethodsandconstructionprocessofdeepfoundationpipingcontrolinthesimilargeologicalconditions.Keywords:cofferdam；highpressurecircularjetgrouting；High-pressureJetGroutingPile；deepfoundationpit；pipingcontrol前言在建筑业日益发展的今天，高层和超高层建筑不断涌现，深基坑及超深基坑也应运而生，同时，各城市在进行城市现代化规划过程中，往往依托江河湖海进行发展，这些区域往往就具有砂性土层和地下水丰富两个特点，而丰富地下水砂性土层的深基坑施工向来是深基坑施工中的难点所在，也极易发生承压水头水事故。本建设新鸿基万象城购物中心项目工程在土方开挖过程中，因前期勘探孔未封堵密实，开挖至底板垫层标高-10.60m(注：本文所述标高均为黄海高程，场地高程9-7.1m)时基底突发管涌，造成了较大的经济损失，也对关键线路工期产生极大的影响。工程概况工程简介建设新鸿基万象城购物中心项目地处本市钱江新城，工程建筑面积242845m2，占地面积约3.5万m2,地上六层，地下四层，平均开挖深度18m，最大开挖深度20m。水文地质条件工程地处钱塘江冲海积平原，距钱塘江仅500m。基坑开挖深度内地下水位高，渗透性能较好，在水动力作用下易产生流砂、管涌等工程地质问题。场地勘探深度以浅地下水按埋藏和赋存条件可分为第四系松散岩类孔隙潜水、第四系松散岩类孔隙承压水和基岩裂隙水三大类。其中第四系孔隙承压水主要赋存于下部⑦-2粉细砂、⑧-1层砾砂或圆砾层、⑧-2层卵石层内，上覆多为粘性土层，是相对隔水层，含水层顶板埋深为39.0〜43.0m左右，总厚度一般大于14.4〜20.0m，透水性良好，为钱塘江古河道，受上游侧向迳流补给，水量充沛，其含水层承压水位为埋深11.0m，标高-2.85m，单井涌水量23263L/h.m。表1管涌位置土层划分Table1soildivisionofthepipinglocation层号土层名称层厚

(m)顶标高

(m)地下水土层名称层厚顶标高层号(m)(m)地下水③-3粉砂夹粉土2.60-9.78潜水③-4砂质粉土1.40-12.38潜水④淤泥质粉质粘土0.40-13.78潜水⑤粉质粘土8.00-14.18不透水⑥粉质粘土3.90-22.18不透水⑦-1含砂粉质粘土2.00-26.08不透水⑦-2粉细砂0.90-28.08承压水⑧-1圆砺5.30-28.98承压水⑧-2卵石-34.28承压水2.3基坑围护及降水设计概况工程场地标高为6.9〜7.1m,底板设计标高-9.5m，土方开挖面标高-10.6m，局部-12.85m,基坑支护形式为三轴搅拌桩止水，钻孔灌注桩加复合土钉围护，局部钢筋混凝土角撑及钢管斜抛撑。基坑降水采用自流深井降水，且不降承压水。坑内降水井底标高为-15.9m,坑外降水井底标高为-10.9m,降水井布置间距20m左右。管涌发生原因分析及初步处理经过管涌发生情况及初步处理当土方开挖至垫层标高（-10.6m）时，距基坑边约20m处发生管涌。由于事发时突然，现场立即对管涌处进行了土方回填,并沉入了多根断桩头进行压填,但由于管涌出水量与出水压力均较大,未能封堵成功,承压水大量涌出并淹没已开挖区块。管涌应急处理流程确定管涌点位置一分析判定管涌产生原因一确定围堰宽度及高度，并初步确定高压旋喷注浆施工参数一引流法围堰一封闭水体及围堰中心土方压填一底板以下土体高压旋喷注浆加固确定管涌点位置管涌发生后,应立即采用全站仪或其他设备确定管涌点位置,此步尤为重要,管涌点位置精确与否将直接影响到围堰及高压旋喷注浆范围。在本工程中,由于管涌时正处深夜,未能精确定出管涌位置,最后不得不加大围堰宽度及注浆范围。分析判定管涌产生原因(1)不透水土层厚度不足引起管涌可能性分析根据地质勘测报告，发生管涌位置不透水层底标高为-28.08m,土层厚度为h=17.48m。最小隔水层厚度按下式计算：γw-H0<y-Ii0⑵式中：h0——基坑底部所需的最小隔水层厚度（m）；H0——承压水头，据勘察报告，水头标高-2.85m，承压含水层顶标高-28.08m,H0=25.23m；Yw——水的重度，取10kN/m3；Y——隔水层土的重度，取19.2kN/m3。根据公式（2）计算得：h0=13.14m<h=17.48m，即现有不透水层及其上土层总厚度大于所需最小隔水层厚度，故排除了因不透水土层厚度不足造成管涌的可能。基坑降水井超深引起管涌可能性分析根据基坑围护施工图，管涌范围正好有一口降水深井存在，其设计井底标高为-15.9m，实际井底标高为-13.7m。查询勘察报告并计算可得：降水井井底以下土层总厚度：h=14.38m>h0=13.14m，即现有不透水层及其上土层总厚度大于所需最小隔水层厚度，故排除了因基坑降水井超深引起隔水层厚度不足而导致管涌的可能。钻探孔封堵不密实引起管涌可能性分析在排除不透水土层厚度不足及降水井超深引起管涌的可能性后，钻探孔封堵不密实成了最大可能。经查，管涌发生范围正好有一钻探孔，该孔深46m，完全穿越不透水层，直达⑧-2卵石层。若该钻探孔未封堵密实，当土方开挖至承压水头标高以下时，承压水的水头压力就极有可能会击穿未封堵密实的钻探孔，形成突涌现象。在本工程中，当土方开挖至-10.6m标高前，由于土体总厚度大于最小隔水层厚度，未发生管涌。当土方开挖至-10.6m标高时，达到临界点，同时又加上挖土机不断行走碾压，扰动其下土层，最终导致管涌的发生。后根据业主工程师回忆，在勘察阶段，曾有部分钻探孔封堵不密实甚至没有封堵的现象，这就更进一步印证了此种猜想。最后经综合分析并认定，该处管涌引起原因系钻探孔封堵不密实引起。引流法围堰封水围堰设计围堰高度因承压水水头标高为-2.85m，且考虑到围堰堰顶不受水流冲刷，围堰需超高约1.0m，故堰顶标高取-1.85m。围堰宽度及材料围堰分内外两层。内围堰采用淤泥质粘土，主要起止水作用，堰顶为直径12m的圆形平台，放度1：2。外围堰就地取材砂质粉土，起稳定堰体、1，围堰堰顶为半径12m的圆形平台，高压旋喷注浆操作场地及施工通道的作用二级平台宽度6m，三级平台宽度3.5m。周边采用三级放坡，坡度1：，1200060001.851550 6000丁丁一丁WIT・、・；.、：∙ _■—淤泥质粘土2∙∙∙. ■.•.・、・、.：砂质粉土..・・・.、..•：、<f>⅞"3⅛"空■庆苏一戒,J'..二，二二’3700-2.85250013500承压水头标高:-5.90-9.60T10.60 单位：标高：m长度：mmTT20700图1围堰设计Figure1Cofferdamdesign4.2引流为防止围堰施工过程中水流冲刷堰体形成渗流通道，在围堰土方回填过程中必须做好引流措施。根据涌水量大小，采用2Φ200PVC波纹管将水引至围堰外侧的钢制水箱中，水箱中设3组30m扬程抽水泵24小时不间断抽水。引流分三次进行，第一次引流高度为-7.0m，第二次引流高度为-5.5m，第三次引流高度为-4.0m。引流管入口周边位置采用袋装淤泥质土护壁兼作人员上下台阶。当围堰平台高度超过第n道引流管高度约1.5m时，埋设第n+1道引流管(引流管高度应略低于围堰平台高度)，用棉纱球塞入第n道引流管内约1m使其封闭，并同时填入淤泥质土或粘土袋至第n+1道引流管高度，以缩小垂直涌水通道口直径。图2引流示意图Figure2Drainagediagram4.3围堰施工及水体压填封堵施工工艺流程施工准备一围堰第一次土方填筑及第一次引流一围堰第二次土方填筑及第二次引流一围堰第三次土方填筑及第三次引流一围堰填筑至设计设计一堰内水体压填封堵。施工方法1)围堰第一次土方填筑及第一次引流先就地取材砂质粉土填筑形成“U形”围堰至-5.5m标高以作为运土通道，随即采用淤泥质土施工内围堰封闭水体至-7.0m标高后施工第一道引流管，待引流成功后继续填筑土方并实现围堰合拢。2)围堰第二次土方填筑及第二次引流施工第二道引流管并封堵第一道引流管，继续填筑围堰至-4.0m标高。先填筑内围堰，后施工外围堰。3)围堰第三次土方填筑及第三次引流第三道引流管施工完成后，封堵第二道引流管，继续填筑围堰至-2.5m标高并压实。4)围堰第四次土方填筑及堰内水体压填封堵完成第三道引流管的封堵工作后，继续围堰至-1.85m，并反复碾压后，向围堰中心投入袋装淤泥质土，同时采用挖机压填掺有砂质粉土的淤泥质土，将围堰中心水体挤出直至围堰顶稳定沉实。其他要求由于淤泥质土承载力差，在回填时拌合一定的砂质粉土以提高内围堰土体强度。5高压旋喷注浆封底施工技术参数选用Po32.5普通硅酸盐水泥，采用二重管高压旋喷工艺，在直径Φ5m范围-17.9〜-10.6m标高打设①600@500mm高压旋喷桩，根据土层情况及实际试喷情况确定施工参数如下：表2高压旋喷注浆施工参数Table2ConstructionofHighPressureJetGroutingParameters压缩空气 高压水泥浆液 旋转速度 提升速度压力(Mpa) 气量(m3/h) 压力(Mpa) 流量(L/min) 浆液比重 (r/min) (cm/min)0.5〜0.7 50〜60 15〜18 60〜70 1.45〜1.5 30〜40 20〜242500图3高压旋喷注浆范围示意图Figure3HighPressureJetGroutingscopediagram5.2高压旋喷注浆施工5.2.1主要机具设备表3主要施工设备Table3Majorconstructionequipment序号设备名称设备型号功率（KW）数量用途1钻机GPS-10301成孔2高喷台车SGP-3A41起架、喷射和提升3空压机IV3/8221输送压缩空气4卧式搅拌机WJG-80141搅拌水泥浆5注浆泵BW-1507.5输送水泥浆施工工艺流程放样一钻机就位一清水压力钻进成孔及下套管一高喷台车就位一试喷一喷管下至孔底一自下而上旋喷至设计顶高一冲洗喷管一高喷台车移位一回灌及泥球封孔一移动钻机进行下一桩体施工施工方法1）钻孔采用GPS-10型钻机钻进，泥浆护壁。2）下喷射管将高喷台车移至孔口，先进行地面试喷以调整喷射压力。为防止水嘴和气嘴堵塞，下管前包裹胶布。下喷射管至设计喷射深度。3）制浆按设计配比搅制浆液，在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后要统计该孔的材料用量。拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间不小于30S，一次搅拌使用时间亦控制在4h以内。4）喷射提升喷射管下至设计深度，开始送入符合要求的高压气体和水泥浆液。待浆液冒出孔口后，即下放喷射管并按设计的提升速度、旋转速度自下而上开始喷射、旋转、提升，到设计的终喷高度停喷，并提出喷射管。5）回灌及泥球封孔喷射灌浆结束后，利用水泥浆进行回灌，-10.6m标高以上采用粘土球封孔。6）冲洗喷射结束后，应及时将管道冲洗干净，以防堵塞。引流围堰

cofferdamdrain围堰完成cofferdamcompleted围堰中心压填waterplugging&earthcompacting压填完成compactioncompleted图4管涌处理流程Figure4PipingControlProcess高压旋喷注浆highpressurecircularjetgrouting6结语在深基坑施工过程中，特别是滨江土层丰富地下水条件下深基坑施工中，承压水的控制及管涌事故的应急处理往往是难点，不易控制，一旦未能得到有效的控制，将产生极大的经济损失和社会影响。在本次管涌事故处理过程中，针