基于不同地质条件下止水帷幕施工工艺选择

顾林波

摘要：随着我国对地下空间的不断开发利用，基坑工程得到了快速的发展。且近年来基坑工程逐渐呈现“大、深、紧、近”等特点。这对深基坑开挖过程中的支护与止水提出了新的要求和挑战。有效的止水帷幕不仅是防止地下水渗透的重要手段，也关系到基坑工程的质量和安全。止水帷幕渗漏不仅影响基坑工程的施工进度，也会危害周边建筑、管线及其他市政工程的安全，甚至造成整个基坑的坍塌，从而引发严重的安全事故和财产损失。因此，本文针对止水帷幕的不同施工工艺、适用条件及优缺点进行对比分析，为后续深基坑工程止水帷幕工艺的选定提供参考和建议。

关键词：深基坑;止水帷幕;地质条件;施工工艺

Abstract： With the continuous development and utilization of underground space in China， foundation pit engineering has been developed rapidly. In recent years， the foundation pit engineering gradually presents the characteristics of "large， deep， tight and close". This puts forward new requirements and challenges to support and stop water in the process of deep foundation pit excavation. Effective curtain for cutting off drains is not only an important means to prevent groundwater infiltration， but also relates to the quality and safety of foundation pit engineering. Water curtain leakage not only affects the construction progress of foundation pit， but also endangers the safety of surrounding buildings， pipelines and other municipal works， and even causes the collapse of the whole foundation pit， thus causing serious safety accidents and property losses. Therefore， this paper makes a comparative analysis of different construction techniques， applicable conditions and advantages and disadvantages of water-stop curtain， so as to provide references and suggestions for the selection of water-stop curtain techniques in the following deep foundation pit projects.

Key words： deep excavation;curtain for cutting off drains;geological conditions;construction technology

1  止水帷幕概念

止水帷幕是工程主體外围止水系列的总称，用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体。施工中通常利用水泥与土体产生的一系列物理化学反应使得支护结构后方的土体固结，从而阻断基坑内外的水体交流。

2  止水帷幕的类型

目前随着施工技术的不断发展，止水帷幕的类型也逐渐趋于多样化。如高压旋喷止水桩、水泥土深层搅拌桩、长螺旋止水桩、三轴搅拌止水桩、旋挖咬合止水桩、地下连续墙等。在设计、施工过程中应充分了解不同类型止水帷幕的施工工艺、适用条件、工程造价等才能使得止水帷幕的施工效果更加安全、经济和可靠。

3  工艺介绍

3.1 高压旋喷止水桩

高压旋喷止水桩是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。其可以采用单排旋喷桩相互搭接单独形成止水帷幕，也可以通过摆喷法形式与支护排桩共同形成止水帷幕。

该工艺主要适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。当土中含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、含大量植物根茎或有过多的有机质时（如淤泥和泥炭土），应根据现场试验结果确定其适用程度。对基岩和碎石土中的卵石、块石、漂石呈骨架结构的地层，地下水流速过大和已涌水的基坑工程以及地下水具有侵蚀性的工程应慎重使用。

该施工工艺具有占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高。

3.2 水泥土深层搅拌桩

水泥土深层搅拌桩是通过深层搅拌机械将软土或沙等与固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结而提高土体自身强度，减小其渗透系数，从而到达软弱地基加固、基坑侧壁止水的作用。

该方法分喷浆、喷粉两种，喷浆法成桩适合含水率小于30%的饱和性粘土和粉土，以及素填土、粉砂、中粗砂、沙砾等地层;喷粉桩适用于淤泥、饱和粘土、亚粘土等。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时，应通过试验确定其适用性。同时，冬季施工时应注意低温对处理效果的影响。

该工艺具有施工时无震动、噪音小、无污染、造价低、施工操作安全等特点，但施工时对于不同地层水泥用量、水灰比等要求相对较为严格，在正式施工前应通过试验的方式事先进行确定。

3.3 长螺旋止水桩

长螺旋止水桩是利用长螺旋钻机带动长螺旋中空钻杆进行钻孔，钻至设计深度后停止钻进，钻杆回转，然后把搅拌好的超流态砼通过输送管压至钻头底部，同时单向阀打开，将砼压出并推动钻杆上升，随钻杆土柱的上升孔内砼压满，即可成桩。按照规范要求以此进行，通过桩体间相互咬合从而达到止水作用。

长螺旋钻机因其具有锥型的钻头型式和大扭矩动力头钻使其适用的地层较为广泛，可普遍用于填土、砂土、粘土、粉质土、卵石层、强风化岩等。但对于强风化以上坚硬地层，由于其难以钻进而使得该工艺不宜适用。

该工艺属非挤土成桩工艺，具有穿透力强、低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高、质量稳定等特点。

3.4 三轴搅拌止水桩

三轴搅拌止水桩机械是长螺旋桩机的一种，同时有三个螺旋钻，施工时三条螺旋钻孔同时向下施工，将水泥和土强制搅拌，利用水泥水化物和土之间的物理化学作用，形成有一定强度的水泥土固结体，从而改善土的强度、透水性、承载力等特性。

三轴搅拌机具有施工效率高，适用范围广，可适用于正常固结的淤泥与淤泥质土、泥炭土、有机质土、素填土、粉土、粘性土等。同时，三轴搅拌所形成的水泥土固结体还经常用做竖向承载的复合地基，基坑支护的围挡结构以及基坑开挖被动区土体加固等。

三轴搅拌桩施工工艺具有施工速度快，成桩效果好，加固效果优等特点，但三轴搅拌机机械设备比较大，现场组装需提供较大的施工场地。

3.5 旋挖咬合止水桩

旋挖咬合止水桩是利用旋挖钻成孔，桩与桩之间互相咬合排列（止水桩与止水桩咬合或止水桩与钢筋混凝土支护桩咬合），咬合桩被切割的I序桩多采用超缓凝混凝土，在I序桩未初凝状态时就施工Ⅱ序桩，从而消除了对I序桩的危害（如圖1）。其施工顺序为A1—A3—A2—A4—B1—B2—B3—B4。

旋挖机根据配置钻头的不同可适用于多种地层，适用于粘性土、沙土、淤泥质土，人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层以及强度不高的风化岩。旋挖机与其他机械相比，具有较强的钻进能力，是针对岩层地区开挖、支护、止水的首选工艺。

旋挖机具有施工质量好、环保特点突出，尘土泥浆污染少、机动灵活，施工效率高、成孔速度快及多功能特点，目前，旋挖机最大桩径可达2.5m，最深桩长可达100m。

3.6 地下连续墙

地下连续墙在地面上采用挖槽机械，沿着将要开挖工程的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽，清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段，以此逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水结构。

地下连续墙可适用于各种地质条件下，包括砂性土层、粒径50mm以下的砂砾层中施工等。但对于很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和超硬岩石等这些特殊地质条件施工难度很大。同时，对于特殊地质条件施工时，应该加强管理和监测避免出现因相邻墙段不能对齐而形成的漏水问题。

地下连续墙施工震动小、噪声低，墙体刚度大，防渗性能好，对周围地基几乎无扰动。且施工机械占地相对较少，工效高、工期短、质量可靠、可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，充分发挥投资效益。但由于地下连续墙造价较高，如果仅用作临时挡土、止水结构，相对投资较大。在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦。

4  工艺对比

通过几种止水帷幕的施工工艺对比我们可以发现：从钻进效果、入岩的难易程度上看高压旋喷桩、水泥土搅拌、地下连续墙不适应于较硬地层，针对较硬地层旋挖桩施工工艺优于长螺旋施工工艺。从造价上，水泥土深层搅拌桩、长螺旋止水桩相对较低，高压旋喷桩、三轴搅拌止水桩、旋挖咬合止水桩、地下连续墙相对造价逐渐增加。对于淤泥、泥炭质土地层，三轴搅拌止水桩工艺最佳，长螺旋、旋挖咬合止水桩次之，高压旋喷止水桩、水泥土搅拌相对较差。对于卵石、块石、强风化岩地层应优选长螺旋和旋挖咬合工艺。

5  小结

通过对以上不同止水桩工艺的对比分析，在后续的设计、施工中可根据不同地层、结合不同施工工艺的优缺点有针对性的进行选择。力争做到施工止水效果最佳、施工造价最优、施工效率最高，进而为深基坑工程的整体安全在止水方面做到最大程度的保驾护航。

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