基坑工程中防渗帷幕的应用

随着我国工业与民用建筑的蓬勃发展,大量的基坑工程出现在房屋建筑、市政工程或地下建筑物的施工过程中。基坑工程是指基坑施工的安全、主体地下结构的稳定和周围环境不受损害而采用的支护结构、防渗帷幕、降水和土方开挖与回填,并包括勘察、设计、施工和监测等一系列工程的总称。为保证基坑工程的安全、稳定和对变形的控制,支护结构体系中的防渗帷幕作为其中的重要一环是非常重要的,防渗帷幕的设计与施工不当,或因施工方对预防措施不重视,极易产生流砂、管涌、坑底隆起、边坡失稳和坑壁坍塌等事故。基坑工程中常用的防渗帷幕为深层水泥搅拌桩和高压喷射注浆法两种。

1深层水泥搅拌桩

深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂,通过深层搅拌桩机将软土和固化剂(浆液或粉体)强制拌和,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理—化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体或墙体,以达到加固地基或止水防渗的目的。使用干水泥作为固化剂的水泥土搅拌法,简称干法。使用水泥浆作为固化剂的水泥土搅拌法,简称湿法。在防渗帷幕的施工中通常使用湿法施工。

1.1设计参数

水泥宜选用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥,掺入量宜为12%~20%,在不污染环境的前提下外掺剂可根据工程需要和土质条件选用具有早强、缓凝、减水以及节省水泥等作用的材料。水灰比宜为0.45~0.55,桩径不小于500mm,桩长=桩顶标高-桩底标高,其中桩顶标高宜取本场地勘探期间实测地下稳定水位埋深标高再加1.0m,桩底标高宜≤基坑实测深度标高-1.2-建筑基坑侧壁重要性系数-(实测地下稳定水位埋深标高-基坑实测深度标高)。

1.2帷幕形式

防渗帷幕宜采用两排水泥搅拌桩套打,两排桩的相互搭接宜不小于150mm,工艺为两喷四搅。常使用的形式有以下几种:

1)灌注排桩支护体加两排套打水泥搅拌桩防渗帷幕,适用于基坑较深且基坑侧壁安全等级要求较高时使用,帷幕应置于排桩之后,为保证二者之间土体的稳定性,二者净距以不大于300mm为宜。

2)土钉或预应力锚杆支护体加两排套打水泥搅拌桩防渗帷幕,适用于基坑较浅时使用。土钉穿透搅拌桩桩体成孔并安放、注浆,然后挂网喷射混凝土面层。

3)水泥搅拌桩两排套打并在桩体中插钢筋、钢管或槽钢等整体作为支护体系,并在搅拌桩顶部设置厚度为0.2m,宽度与墙身一致的钢筋混凝土压板来增加支护体的整体稳定性。

4)水泥搅拌桩相互套打形成格栅式挡土坝支护体,适用于场地较开阔处的基坑支护,两排防渗帷幕设置于挡土坝紧临基坑的内侧。搅拌桩由一种具有一定刚性的脆性材料构成,其抗压强度远大于抗拉强度,格栅式挡土坝形成一个重力坝就是利用结构本身自重和抗压不抗拉的一种形式。

1.3施工流程

测量放样→钻机就位→稳定、调平钻机→钻机预拌下沉慢速钻进→复查钻机垂直度→继续钻进→到设计桩底标高止→制备水泥浆→钻机喷浆提钻至桩顶→下钻复搅→提钻喷浆至桩顶→提钻至地面→钻机移位至新桩位。

1.4施工要求

1)水泥搅拌桩施工现场事先应整平,不得有地下障碍物,若有池塘、洼地等应抽水和清淤并回填粘性土料后压实。搅拌头翼片的枚数、宽度与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相匹配,以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。

2)施工前应确定水泥浆泵输浆量、水泥浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和钻杆提升速度等施工参数,并根据设计要求来确定施工工艺。所使用的水泥都应过筛,浆液制备应随配随用不得离析,必须连续泵送。拌制水泥浆液的罐数、水泥和外掺剂用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录,喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。

3)搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求,并配专人记录。

4)当水泥浆液到达出浆口后,应喷浆搅拌30s,在水泥浆与桩端土充分搅拌后,再开始提升钻头。停浆面应高于桩顶设计标高300mm~500mm。施工中应始终保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的垂直。

5)搅拌机预拌下钻时不宜用水,当遇到较硬土层而下钻太慢时方可适量泵水,但应考虑泵水对桩身强度的影响。

6)施工时如因故障停浆,应将钻头下沉至停浆点以下500mm处,待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。若停机超过3h,宜先拆卸输浆管并妥加清洗。

7)防渗帷幕套打施工时,相邻桩的施工时间不宜超过24h。如间隔时间太长,与相邻桩无法搭接咬合时,应采取局部补桩或注浆等补强措施。

2高压喷射注浆法

高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的钻杆钻进到土层的预定位置后,以高压设备使浆液或水、空气成为20MPa~40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来,冲切、扰动、破坏土体,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,浆液凝固后,在土中形成一个有一定强度的圆柱状固结体或相邻桩体相互咬合成一体的墙体固结体,该工艺起到止水与土体加固的作用,以达到加固地基或止水防渗的目的。高压喷射注浆法分旋喷、定喷、摆喷,根据喷射方法的不同可分为单管法、二重管法和三重管法。

2.1设计参数

水泥宜选用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥,掺入量应根据现场土层情况通过试验确定,经验值常为200kg/m~300kg/m。根据施工的需要可加入适量的外加剂及掺合料。水灰比宜为0.8~1.5,常用1.0,桩径不小于600mm,设计桩长等同于水泥搅拌桩防渗帷幕桩长的算法。

2.2帷幕形式

防渗帷幕套打时以相互搭接不小于300mm,设计成孔深度不大于20m为宜。常使用的形式有以下几种:

1)灌注排桩支护体加桩间插打高压旋喷桩止水。适用于基坑较深、基坑侧壁安全等级要求较高且施工现场因场地或空中障碍物影响而不具备打深层搅拌浆喷桩帷幕时使用,注浆方法宜使用旋喷,当排桩间净距小于旋喷桩桩径时,单管法插打应不少于两根,双管法或三管法应不少于一根,最好为两根。当排桩间净距大于旋喷桩桩径时,根据现场实际情况合理布置桩数。

2)可在土钉或预应力锚杆支护体加双排高压旋喷桩防渗帷幕中运用。也可在高压旋喷桩两排套打并在桩体中插钢筋、钢管或槽钢等整体作为支护体系中应用。

2.3施工流程

测量放样→钻机就位→稳定、校正钻机→制备水泥浆→贯入喷射管用高压泥浆旋喷强制切土钻进→到设计桩底标高止→钻机旋喷提钻至桩顶→钻机移位至新桩位。

2.4施工要求

喷射注浆法的加固半径和许多因素有关,其中包括喷射压力、提升速度、被加固土的抗剪强度、喷咀直径和浆液稠度。加固范围与喷射压力、喷咀直径成正比,与提升速度、土的抗剪强度和浆液稠度成反比。加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。

1)喷射孔与高压注浆泵距离应不大于50m,装、卸喷射管时,采取密封措施、加快装卸速度以防止喷嘴堵塞。

2)在高喷灌浆过程中,出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度和回浆量异常,甚至不返浆等情况时,查明原因后立即处理。3)高喷灌浆保持全孔连续一次作业,作业中因拆卸喷射管而停顿后,重复高喷灌浆长度不小于0.3m。

4)供浆正常情况下,孔口回浆密度变小、不能满足设计要求时,拟采取加大进浆密度或进浆量的措施予以处理。当孔内出现严重漏浆,应采取相应措施马上处理。

5)高喷灌浆结束后,应迅速拔出喷射管。为防止浆液凝固收缩影响桩顶标高,应充分利用孔口回浆或水泥浆液对已完成孔进行及时回灌,直至浆液面不下降为止。

6)施工中如实记录高压旋喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常情况及处理等。做好废弃泥浆的处理,及时运走或现场堆放后期运出。

防渗帷幕桩入土深度较长时,偶尔会出现桩与桩之间咬合不住,造成桩缝漏水或流砂现象,产生这种现象时要迅速在缝隙漏水处打入花管,并向内注水玻璃或掺入有三乙醇氨的稠水泥浆进行堵漏,如缝隙较大时也可以采用土办法,如用干海带塞入缝隙中,海带遇水膨胀就会将缝隙堵死,或者是在渗水或漏水处将0.8mm~1mm厚的铁皮用膨胀螺丝固定在桩体上,然后用快凝水泥迅速封堵。