高压旋喷止水帷幕综合技术的应用

姬冬蝶

(山西国辰建设工程勘察设计有限公司，山西 阳泉 045000)

1 工程概况

阳煤集团一矿北里沙沟7号住宅楼长76.5 m，宽16.5 m，地上6 层，地下1 层，砖混结构，筏板基础，基底埋深为4.37 m，于2013年7 月竣工后，雨季时发现该楼楼基北侧中部出现涌水现象，使楼基遭水浸泡。

2 工程地质及水文

2.1 场地及周围工程地质情况

根据勘察资料，地基上部分布厚薄不等的杂填土，中部偏东处最厚达6 m，下部地层为第四系冲洪积粗砾砂，下伏为石炭系上统太原组基岩，该基岩层在场地东部直接出露，至中部与西部下倾，中部最深埋深21.1 m，基岩面坡角较大。

由于杂填土较厚，该场地已采用素混凝土桩法进行了地基处理。场地北临一高约13 m 的边坡，坡体岩土层主要由回填矸石组成，受整平场地时不合理开挖及地表水入渗的影响，该边坡已产生滑动，在坡顶出现贯穿裂缝。

2.2 地下水

勘察时经钻探揭露，场地稳定水位为8.0 m～13.2 m。根据地势，场区处于冲积谷地，根据勘察资料，基岩面由东北方向向本场地倾斜，分析水源主要来自场地北约13 m 的低山山体及周围汇水范围内的大气降水及岩石裂隙水，加上地基处理后对场地原来的排水体系有所影响，至雨季时，大量水流汇聚，地下水位会突升。

根据试验资料，该地下水对基础呈弱腐蚀性。

考虑到北部边坡已处于不稳定状态，若要治理地下水，施工时的开挖必然加大边坡的不稳定性，而边坡的破坏对楼房及周围的危害较大，最后决定先治理边坡，再降低水位。

3 降水方案

3.1 降水方案的确定

地下水主要来自北部山体，雨季时水流瞬时汇聚，大部分水流来不及下渗，从基础下部上涌，因此疏导该水源为本次降水的首要任务。综合场地实际情况及场地岩土层性质，最后确定采用封堵及盲沟涵管导排相结合的方法治理地下水，降低地下水位，减小由地下水对周围产生的灾害及对已有建筑物地基的侵蚀。

由于楼房已经建成，且北邻高危边坡，考虑到周边建筑物的安全以及地上地下永久性设施等因素限制，从经济技术角度以及阳泉地区处理经验综合考虑，决定采用高压旋喷作为降水帷幕。

3.2 高压旋喷机理

高压旋喷为一种非开挖加固技术，主要是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层预定位置后，利用高压脉冲泵，将水泥浆通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助液体的冲动力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度(20 r/min～25 r/min)旋喷，一面低速(15 cm/min～30 cm/min)徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀的水泥土圆柱，是有一定强度、相邻桩体相互咬合成一体的固结体。该方法操作性强、技术先进、经济适用，已广泛用于固有建筑和新建建筑地基的加固处理、深基坑侧壁挡土或挡水，基坑底部加固防止管涌或隆起，坝体地基加固及防水帷幕，且适用性强，可用于多种土质。

3.3 降水系统的设计

本次设计首先在楼房北侧施工一排旋喷桩作为挡水帷幕，拦截从山体汇聚而下的水流，同时在帷幕北侧设置一道盲沟将帷幕所拦截的主要水流排出，通过在小区西侧道路埋设涵管与位于场地南侧的排水涵洞相连接，将水流引出，以降低场地地下水位。

3.4 设计参数

旋喷桩的施工工艺及参数应根据土质条件、加固要求通过试验或根据工程经验确定，在旋喷施工时，一般有单管法、双管法及三管法。由于考虑到本场地旋喷桩仅用于截水，且场地地下水位较高，最后认为实际施工中采用单管法较为理想，本次施工采用单管法。借鉴相关地区经验，若仅用于止水，一般多采用摆喷，效果好且经济，考虑到场地杂填土较厚，实际操作时难以控制，且本地区摆喷施工经验较少，质量难以保证，最后采用旋喷桩。

本次设计旋喷桩沿楼房走向单排布置，从东部基岩出露处向西排列，西部布置至盲沟端部，桩间搭接长度为150 mm，共布置桩数151 根，每根桩平均长度8 m，桩端坐于下部粗砂层上，设计旋喷桩桩底距基岩面或老土顶面不小于1 m，以便为地下水留设自然排水通道。旋喷桩平面布置示意图见图1。

图1 旋喷桩平面布置示意图

开始设计时根据场地实际情况结合旋喷设备性能取旋喷压力25 MPa，旋转速度25 r/min，提升速度10 cm/min～20 cm/min，采用水灰比1∶1 的42.5号水泥浆液，水泥流量80 L/min;按常规参数桩径700 mm，桩间搭接长度为150 mm 进行布置，施工前进行了试桩，以了解施工工艺及旋喷效果，成桩后经开挖验证，再按设计的压力及转速施工，实际桩径达不到设计要求，分析主要原因为杂填土成分主要为矸石，空隙大，压力达不到所致。后又根据实际情况对参数进行调整和优化，最后确定桩径500 mm。

3.5 旋喷施工工艺

由于场地已经采用素混凝土桩进行了地基处理，场地下部粗砾砂中偶含大粒径卵石，并经现场试验，不能直接旋喷施工，需采用钻机引孔，具体操作如下:

1)钻机就位。钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜不得大于1.5%。

2)钻孔。钻探采用XY-150 钻机成孔。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50 mm。

3)插管。插管是将喷管插入地层预定的深度。钻机成孔后，拔出岩芯管，高压喷车就位，换上旋喷管插入到预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1 MPa。压力过高，则易将孔壁射塌。

4)喷射作业。当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业。时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。当浆液初凝时间超过20 h，应及时停止使用该水泥浆液(正常水灰比1∶1，初凝时间为15 h 左右)。

5)冲洗喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆，通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。

6)移动机具。将钻机等机具设备移到新孔位上施工时为防止高喷孔间串浆，采用跳孔施工的方法，相邻两桩施工时间间隔不小于48 h，跳孔施工间距2 m～3 m。

施工质量控制要点:钻杆的垂直度和钻头定位，水泥浆配合比和材料称量，喷射注浆时的压力，注浆速度及注浆量，孔位处的冒浆状况等，具体施工时，现场监理跟班监督，确保施工质量。

3.6 盲沟及涵管

在进行旋喷施工的同时，在7号楼北侧AB 段及6号楼北侧DE 段施工盲沟(6号楼地面局部出现渗水)，自东向西引水，盲沟南侧及底部采用MU30 毛石砌筑，M7.5 水泥砂浆。北侧采用干砌块石，水平缝隙50 mm，以便水流渗透，盲沟内部及北侧均采用卵石回填，卵石粒径50 cm～200 cm。并在7号楼场地西北部盲沟端部B 点至西侧D 点之间地段施工涵管，涵管直径1.25 m。

由于盲沟开挖最深达4 m，当时在边坡坡脚堆土以增加被动压力，确保场地及周围安全。D 点盲沟大样图见图2。

图2 D 点盲沟大样图

3.7 对接井及水池

在6号楼西侧D 点设置一对接井，以联接盲沟及涵管，F 点设置一水池，使盲沟及涵管中水流汇入其中。

至此，在7号楼北侧及西侧由帷幕、盲沟及管涵、集水井形成一拦、引排水体系，降低雨季时7号楼的地下水位。

3.8 旋喷桩检测及治理效果

为检验施工质量，整个系统施工完成一个月后对旋喷主要加固土体进行了检查，经对场地西侧进行局部开挖，固结体的整体性及均匀性良好;固结体的有效直径约0.6 m，桩身中心位置与设计一致。经采用钻芯取样，桩身水泥土石块强度达3.9 MPa。

依据该设计方案进行施工后，经后期观测，排入集水井中的水量明显增大，场地雨季时没有发现涌水现象，降水效果良好。

4 结语

从本次施工过程看，旋喷桩在不同地层中的旋喷效果不尽相同，相同的施工条件下，本次在杂填土中的喷射效果不如原状土，在以后的工程中应引起注意;另在遇到坚硬地层时还需采用钻机引孔。从本次施工效果看，高压喷射注浆止水帷幕与盲沟及涵管等联合使用组成的降水系统，科学且环保，能有效的起到止水作用，该技术作为地基处理技术适用范围广，作为止水帷幕，已广泛应用于深基坑、道路桥梁等工程中，与粘性土挡水墙及石砌挡水墙相比，不仅具有简便易行、安全可靠及耐久性等特点，而且在施工质量能够保证的前提下，经济效益相当可观，大大缩短了施工工期，有着广泛的发展前景，在实际工程中，该项技术还可以与其他治理手段联合使用，更好地发挥它的技术性及科学性。