厚卵砾漂石地层地铁明挖车站注浆止水施工技术

程志鹏 朱雯蕾

(中交铁道勘察设计研究总院有限公司，北京 100088)



厚卵砾漂石地层地铁明挖车站注浆止水施工技术

程志鹏 朱雯蕾

(中交铁道勘察设计研究总院有限公司，北京 100088)

以某地铁站深孔帷幕注浆止水的设计与施工为例，根据该工程场区的地质条件，提出了富水卵砾漂石地层注浆止水的施工方案，并对其注浆材料、注浆工艺及施工设备等进行了介绍，通过对注浆效果的检验与分析，指出采用内外双层、分段后退式注浆工艺取得了良好的止水加固效果。

注浆方案，浆液，注浆工艺，基坑

0 引言

结合现代城市人口密集，地面交通利用率的特点，大力发展城市抵消交通成为趋势，然而城市地下空间工程开发往往会受到其现有基础设施如城市建(构)筑物、管线、交通等各种因素的影响，施工场地受到限制。厚卵砾漂石地层是北京典型地层，地下水位以下水量较大，为了保证工作面无水以及开挖面稳定，对富水卵石地层的防水排水是明挖地铁车站施工的重要环节。

本文结合了北京某地铁站深孔帷幕注浆止水的设计与施工，面对钻孔深度大、卵石粒径大、地层渗透性大等难点问题，提出针对富水厚卵砾漂石地层明挖基坑注浆止水的关键施工技术，其中，重点介绍了注浆材料的创新、注浆方案的选择以及注浆效果的检验与分析。

1 工程概况

该地铁车站主体为明挖三层单跨箱形结构，顶板覆土约2.90 m～3.39 m。该车站横跨十字路口，位于城市主道路下方，东西走向，南邻高架桥，与交叉路口北侧南北走向的地铁车站形成换乘。

1.1 工程地质

本车站区域地层分布稳定，人工填土、新近沉积土层、第四纪晚更新世冲洪积地层自上而下依次分布，其中第四纪晚更新世冲洪积层主要包括圆砾卵石⑤层、卵石⑦层及卵石⑨层。本场地漂石分布随机性较强，根据临近探井及基坑调查资料显示存在粒径大于200 mm的漂石，且最大粒径可达1 000 mm左右。

1.2 水文地质

场区范围内地下水类型主要为潜水，以大气降水入渗补给方式为主，主要含水层为卵石⑦层。最大水位埋深约25.60 m～28.15 m。

本工程主体结构采用明挖法施工，基坑开挖深度26.7 m，进入潜水2 m～3 m，属深基坑施工。施工时需考虑基坑内局部降水，附属结构施工时基坑内不受地下水影响。

2 富水卵砾漂石地层注浆止水帷幕施工方案

地铁车站A站位于城市主道路北侧辅路，东西方向布设，由于辅路下方管线较密，无布设基坑外降水井的位置。基于地质条件复杂且路面交通繁忙，已无在基坑外施工降水井条件。为了解决工程环境因素及工期原因造成的降水困难，采用“坑外阻水、坑内排水”，即在围护桩的桩间和桩周进行深孔注浆阻水加固土体，在坑内设降水井排水，为结构施工创造无水作业环境。

2.1 注浆材料

1)注浆材料的选择。结合砂砾石地层土体颗粒较粗、粒间孔隙尺寸及渗透系数较大的特点，通常采用水泥浆作为该地层的注浆主材。然而，在工程实践中遇到的砂砾石地层的结构相当复杂，当砾石地层中颗粒的含量较多时，细粒对整个砂砾石地层的渗透性起控制作用，粒状材料浆液很难实现注浆效果，需采用化学注浆的方法。考虑地层情况并结合开挖基坑底以下10 m的土体不会被扰动且对强度要求不高的特点，对其采用水玻璃浆液固结止水；而开挖基坑底以上4 m采用凝固强度较高的水泥—水玻璃双浆液。这样，在保证施工质量的前提下，通过对不同的工程条件对注浆浆液的差异选择，可以大大降低施工成本。

2)注浆材料的改进。施工实践中发现，水泥—水玻璃双液浆在砂卵石中的可注性差异大、扩散极不均匀，且水玻璃浆液则存在结晶体耐久性差，后期强度降低甚至崩解的问题。针对以上问题，进行了以下两种新型注浆材料的研究：

a.CD-SCA浆液增加可注性及浆液扩散半径。利用高效分散剂(海川5040—聚羧酸钠盐型分散剂)可以吸附于固体颗粒的表面，使凝聚的固体颗粒表面易于湿润的机理，以及无收缩灌浆剂使浆液强度更高、浆液凝结后不收缩、不变形特性，以水泥—水玻璃为主体材料，水泥浆液中添加适量的无收缩灌浆剂和分散剂，将得到一种兼具水泥浆料和化学浆料优点，且具有可注性好、扩散半径大特点的经济实用新型注浆材料即CD-SCA浆液。

b.PC-SCA浆液提高结晶体长期强度、防止崩解。为了得到一种兼具水泥浆料和化学浆料优点(固结强度高、耐久性好),且经济实用的新型注浆材料，研究以水泥—水玻璃为主体材料，水玻璃中添加适量的明矾和硫酸铜，得到该新型材料即PC-SCA浆液。添加的硫酸铜与水玻璃发生的双水解反应：

SiO2-+Cu2++2H2O=Cu(OH)2↓+H2SiO3↓

添加的明矾与水玻璃发生的反应：

2KAl(SO)2+6NaOH=2Al(OH)3↓+3Na2SO4

另外，新型注浆材料——PC-SCA浆液和CD-SCA浆液凝结后凝结体呈碱性，且单液中不掺加任何有毒化学物质，对地层无污染，满足绿色施工要求。

3)浆液应用的控制。控制浆液的凝结时间能够很好的解决卵石地层孔隙率大，易产生跑浆的问题，减少注浆过程中浆液浪费，根据不同地层需要的凝结时间调节出相应的浆液浓度。因此，通过试验研究新型浆液(CD-SCA浆液、PC-SCA浆液)浆液浓度与凝结时间的影响关系是必不可少的。

通过浆液凝结时间测试的室内试验得到以下结论：

a.通过不同水灰比CD-SCA浆液反应的凝结时间的变化试验研究，发现随着水灰比的增加凝固时间是增加的，增长速度较为缓慢，本着节约材料和保证注浆质量并重的原则，最合适的水灰比选择是1.3∶1；

b.通过不同浓度磷酸对PC-SCA浆液反应凝结时间的试验研究，发现速凝剂浓度约为6%时凝固时间最短(约4 s)，速凝剂酸浓度可在4%～7%范围内进行适当调节以适应不同地层。

2.2 注浆工艺

针对现场中间桩及钻孔灌注桩尖进入砂土及碎石土的深度较大，易产生塌孔、扩径等问题，为保证在这种恶劣条件下的注浆止水效果，进行了几种施工工艺的对比(见表1)。显然，在这种深孔、卵石粒径大且含量比例高的地层中，更适合采用双重管后退式注浆。同时，选用钻机的钻杆直径较小，一定程度上减小了浆液回流；为解决工期问题，施工过程中钻孔和注浆同步交叉进行，以缩短工期。

表1 注浆工艺的对比

经试验研究，确定深孔止水帷幕注浆选用内外双层、分段后退式注浆工艺，保证注浆质量，实现了均匀注浆的目的。

1)内外双排双层复合注浆，确保注浆止水墙体厚度止水效果。为保证注浆止水帷幕满足止水要求，采用垂直双排孔，注浆孔孔位分布在围护桩中间及外边，共两排。孔间距900 mm，两排间距600 mm梅花形交错布设，注浆土体可以相互咬合密实。围护桩与注浆土体形成一体的止水帷幕墙，见图1。砂卵石地层透水性较大，为更好地控制降水，注浆深度为现况水位21.89以上2 m至砾岩层以下0.5 m，形成高度为14 m的止水帷幕墙。

因地层主要由漂石和鹅卵石组成，孔隙率大，浆液流失严重，所以注浆时先注速凝的PC-SCA浆液后，再注CD-SCA浆液。注浆过程中两种浆液混合注浆，但桩间注浆孔以速凝的PC-SCA浆液为主，桩后一排以CD-SCA浆液为主。

注浆时要实时观察注浆压力，压力较大时可注CD-SCA浆液，压力较小时可注速凝的PC-SCA浆液。

2)上下分段后退式双液注浆，确保止水效果。静水压力会随含水层埋藏深度增加而增加，当注浆深度较大，穿过较多含水层，且裂隙大小不同时，在一定的注浆压力下，浆液的流动和扩散不同，上部岩层的裂隙注浆量多，扩散半径大，下部岩层的注浆量少，扩散半径小，或几乎不扩散。为了确保注浆止水深度范围内的止水效果，浆液在各含水层扩散均匀，采用上下分段后退式双液注浆的方法保证了其注浆质量。

3)采用双控信息化注浆法，确保注浆扩散均匀。本工程采用双控信息化注浆法，即通过对注浆压力和注浆量双指标进行控制，且通过整体注浆压力变化来判断选择注浆材料(速凝化学浆或水泥—改性水玻璃浆液)。注浆过程中采用定量注浆，以注浆压力来控制双重管提升速度，压力值达到1.5 MPa～2.0 MPa或者达到其分段注浆标准注浆量时，双重管提升0.05 m～0.10 m后继续注浆，直至注浆完成。

4)采用了新型双液浆注浆管端头混合装置，确保浆液混合均匀。 本工程采用的双液浆注浆管端头混合装置，保证了浆液充分混合均匀，泥砂不易进入内管造成堵管，解决了浆液扩散不均匀的问题，保证了注浆止水效果。

2.3 施工设备

针对现场卵石粒径大、强度高、成孔较为困难的情况，以及对成孔效率、定位准确且适用于双液浆等要求，现场采用地质钻机成孔的方法，所用钻孔设备主要有日本RPD-130C钻机和韩国SH5000，SH6000，SH8000钻机，以上设备的主要特点为大小适中、作业扭矩大。注浆设备为进口多功能注浆机(见图2)、双重管注浆同步拔管系统(见图3)，其突出特点是：注浆机配备进口流量计，可以实现压力和流量的双控,实时显示各注浆的流量与压力，根据对注浆压力的控制，一方面可以保证地层注浆的充分，另一方面可以实时监控不会过量跑浆漏浆，造成不必要的浪费。

3 注浆效果

主体基坑开挖至设计槽底后，基坑两侧壁无渗水，槽底无积水，表明注浆止水效果显著，有效保证了后续施工的顺利进行。当基坑开挖到原地下水位以下的地层，基坑内基满足无水施工的要求，说明基坑外注浆实现了预期效果；注浆加固区基坑侧壁土体的固结强度明显高于周边未加固区土层，注浆加固区基坑侧壁的开挖稳定性良好。

注浆完成后，从加固区钻孔取芯明显可以看出注浆土体变为整体，如图4所示。

根据酚酞试剂遇碱(浆液中氢离子)变红的原理，在基坑侧壁喷洒酚酞试剂，肉眼识别其加固区注浆效果，图5为浆液扩散情况，现场揭示注浆扩散半径达到了预期效果。

由注浆地层的注水试验可得到注浆后土体渗透性系数分别为4.63×10-7cm/sec，1.10×10-6cm/sec和6.55×10-7cm/sec，满足了渗透系数小于10-6cm/sec的施工效果要求，对比注浆前地层渗透系数，加固区地层渗透性有了明显改善。

4 结语

1)降水方案因地制宜，“坑外阻水、坑内排水”既解决了排水空间受限制的问题，又实现了基坑工作面无水的要求，并且在一定程度上减少了水资源的浪费，因此，此降水方案是在城市富水地层进行结构施工的较好选择。2)采用了适用于卵砾漂石地层的两种新型浆液，使浆液可呈柱状均匀扩散，帷幕止水墙的厚度和强度得到满足，实现预期止水效果，保证了工程安全顺利实施。3)在厚卵砾漂石地层深基坑施工中提出并成功应用了新型“内外双排、分段后退式双液复合注浆”工艺，形成了一整套深孔复合注浆止水帷幕的非降水施工技术。在保证注浆质量的前提下，既节省工期又节省成本，是实现可持续发展、增强市场竞争力的有利选择。4)通过试验段的注浆效果来看，注浆后形成的新的岩土体和帷幕渗透系数明显降低、整体性增强，实现了地层的有效止水,取得了地基加固处理的预期效果。

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Grouting waterproofing construction technology of subway excavation station with thick erratic stratum

Cheng Zhipeng Zhu Wenlei

(ChinaCommunicationRailwaySurvey&DesignAcademyHeadquarterCo.,Ltd,Beijing100088,China)

Taking the subway station deep-hole curtain waterproofing design and construction as an example, according to the engineering field geology conditions, the article puts forward grouting waterproofing construction scheme of thick erratic stratum, introduces its grouting materials, grouting technologies and construction equipment, examines and analyzes grouting effect, and finally points out that: applying internal-external double layer and sub-section regression-style grouting technology has achieved great waterproofing reinforcement effect.

grouting scheme, slurry, grouting technology, foundation pit

1009-6825(2016)05-0192-03

2015-12-01

程志鹏(1983- )，男，硕士，工程师； 朱雯蕾(1988- )，女，硕士，助理工程师

U231.4

A