高压旋喷在车站深基坑防水与结构中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇高压旋喷在车站深基坑防水与结构中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要:在郑州至新郑机场城际铁路深基坑防水工程中的成功应用为例 ,包括帷幕深度、旋喷桩孔位布置方式、施工参数和开挖边坡稳定性分析。对高压旋喷桩的关键施工工序质量控制和喷射质量的检查也进行了较为细致的讨论。从检查的施工效果来看,该工法应用于深、软地基防水防渗工程是成功的。

关键词:深基坑；结构设计；防水帷幕

中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：

1、工程概况

郑州至新郑机场城际铁路位于河南省郑州市境内，途经郑州市二七区、经济技术开发区和新郑市。

2、施工范围及内容

车站起讫里程为DK38+378.1～DK38+883.9，站台中心里程为DK38+650，车站主体结构全长505.8m，标准段宽41.7m，高19.83m，共设有3个风道， 2个出入口及9个疏散通道，均采用明挖法施工。车站主体建筑面积为42825m2，地下附属建筑面积为8423m2，车站地下建筑面积为51248 m2，包含建筑及机电安装工程。无砟轨道道床施工2024m，轨枕预制及钢轨铺设由III标负责施工。

3、旋喷桩防水帷幕设计

3.1防水帷幕的深度确定

防水帷幕深度的确定是假定旋喷防水帷幕本身不透水,按基坑开挖过程中可能出现管涌现象而计算出的深度。基坑管涌计算示意如图1。

图1

基坑管涌计算1. 旋喷防水帷幕; 2. 放坡土体; 3. 基坑底板; 4 不透水层

车站基坑开挖时,如果向上的渗透力超过砂的有效应力,从而导致基坑底破坏,也即管涌现象。而渗透力取决于水力坡降,若水力坡降大于其极限值,则砂粒处于悬浮状态,基坑底就丧失稳定性。

本例中, 考虑安全系数Fs 和允许水力坡降is 后, 式(3) 变为Fsis = Jc (4) 安全系数一般随土值的不均匀性和透水性的增大而增大。本工程的安全系数Fs 定为2 , 由n = 0.4 ,G = 2.71 , 则Jc =0.96 。从式(4) 得is =0.48 。从图2 知l = h + 2 t -h1-h2 , hw = h -h1+ h2 (5) 式中, h 为基坑深度;h1 为未降水侧地下水位深度; h2 为基坑底板与降水后水位之高度;t 为旋喷桩伸入基坑底以下的深度。本例中, h = 17m , h1= 1.5m , h2= 0.5m , 由式(5) 求得t = 9.1m , 取9m 。则旋喷防水帷幕的总深度H = h + t = 26m 。

3.2旋喷桩布置参数

防水防渗工程设计时,最好按双排或三排布置旋喷桩孔位。理论上旋喷桩孔距为0.86D(D为旋喷桩设计直径)、排距为0.75D最经济。施工时要考虑所用钻机成孔的偏斜率。若只能按一排桩布置防水,则相邻两桩孔位中心连线方向上的搭接量应不得小于实际成孔偏斜率(一般为1.5%)与桩长之积。

旋喷桩设计直径与土质、施工方法、工艺参数密切相关。本工程中选用北京中煤矿山工程有限公司研制的二重管旋喷设备,并结合地层特点和施工经验,按双排布置旋喷桩形成防水帷幕。旋喷桩直径为800mm , 孔距为700mm , 排距为600mm 。在设计位置共布置48 根桩。旋喷桩防水帷幕孔位布置平面示意如图2。

图2

浆量计算以喷量法为例, 即以喷嘴单位时间喷射的浆量及喷射持续时间, 再考虑10 % 的损失系数来计算出浆量。施工时选用单位时间的喷浆量为0.1 m3/ min , 钻杆提升速度为0.15m/ min , 每根桩长按26m 计, 则每根桩的需浆量为20.8 立方米。再结合水灰比, 可以确定水泥用量。

3.3基坑边坡稳定性分析

由于该基坑边坡主要位于砂性土层中,基坑在开挖南区时靠近防水帷幕侧采取自然大放坡,边坡滑动面近似为平面形式。若是粘性土坡的稳定分析则要采用圆弧滑动面的条分法计算。

当旋喷帷幕防水效果好,边坡表面没有地下水溢出,则边坡平面滑动安全系数Kp=tg/tgα,式中,为土的内磨擦角;α为坡角。若坡面有地下水溢出,则土坡的滑动安全系数要降为无水溢出时的一半。因此旋喷防水效果直接影响边坡的稳定性。

4、主要施工工序及质量控制

按设计要求定孔位导孔钻机就位旋喷机下放二重管喷射成桩回灌。施工中质量控制要留心以下几点:

4.1钻机就位准确,桩中心垂直度不大于1%。桩心偏移小于50mm。

4.2导孔时,根据地层情况及时调整循环护壁泥浆液的浓度,保证成孔质量。若确实成不了孔,可以先从地面预注浆稳定地层,后导孔。

4.3施工中严格控制旋喷参数,如钻杆提升速度(15cm/min)、水泥浆浓度(1∶1)、高压泥浆泵压力(二重管浆压不小于20MPa)、气压(0.7MPa)和气量(1～2立方米/min),浆液流量(0.1立方米/min),保证喷射桩体的强度和均匀性。

4.4返浆正常与否对桩体质量影响很大,若返浆量不正常,要分析原因,采取复喷或调整旋喷参数。若漏浆严重,必须停止旋喷,用水泥浆或水泥和水玻璃双液浆灌入以稳定该处地层,确保加固质量。

4.5由于本工程旋喷桩是以防渗为目的,施工时掺入3%的水玻璃(35Be)以提高其抗渗性。

4.6旋喷结束后1天内,由于浆体凝固桩顶出现下沉,应用浆液进行回灌,保证桩体标高。

5、喷射质量的检查

施工前主要通过现场旋喷试验,了解设计采用的旋喷参数和浆液配方是否合适,固结体质量是否能达到设计要求。本工程的施工参数是在与之相邻车站基坑工程施工经验基础上提出的,比较适合该工程。

6、效果及评价

帷幕形成1周后,车站南半部分基坑开始开挖施工,施工过程中帷幕侧基本无水,防水效果良好。达到了分区开挖以节约工期的目的。待整个车站地下连续墙封闭,挖开临时旋喷防水帷幕,大部分桩径大于800mm,桩体垂直度和整体性好,形成连续的防水墙。进一步说明了该工法应用深度大、土质软的地基防水防渗工程的优越性。

7、地下车站结构设计

7.1地下车站结构设计，应满足施工、运营、城市规划、防水、防迷流以及人防的有关要求。车站结构设计应符合强度、刚度、稳定性、耐久性、抗浮和裂缝开展宽度验算的要求。

7.2 地下车站结构设计，必须以地质勘察资料为依据，并考虑不同施工方法对地质勘探的特殊要求，通过施工过程中对地质的直接观察或监控量测反馈进行验证，必要时应根据实际情况修改设计。

7.3地下车站结构设计的净空尺寸，应满足地铁建筑限界或其它使用及施工工艺的要求，并考虑施工误差、结构变形及后期沉降的影响。

7.4地下车站结构设计，应根据沿线不同地段的工程地质和水文地质条件及城市规划要求，结合周边既有建（购）筑物、地下管线以及道路交通状况等通过对其技术经济、环境影响和使用功能等方面的综合比较，合理的选择施工方法和结构型式。

7.5地下车站结构设计，应减少施工和建成后对环境造成不利的影响。

7.6地下车站结构设计，宜与车站周围规划中的相关建筑协调统一、同步规划，应考虑设计、施工方案的相互影响。

7.7地下车站结构设计，应根据该地区的地震设防烈度、场地条件、结构类型和隧道埋深等因素考虑地震的影响，进行抗震验算，并在结构设计时采取相应的构造措施，以提高结构的整体抗震能力。

7.8地下车站结构防水设计，应满足《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）的规定，遵循“防、排、堵、截相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”的原则。

7.9地下车站结构设计，应采取防止杂散电流腐蚀的措施。钢结构及钢连接件，应按有关规范要求进行防锈蚀处理。

7.10地下车站结构设计，可视其使用条件和荷载特性等情况，选用与其特点相近的现行相关结构设计规范进行设计。

8、结束语

施工期间对基坑围护结构及周围管线沉降进行信息化施工监测，有利于及时采取相应措施，保证基坑施工及周边建筑物的安全。围护结构变形规律及变形大小与施工工况及周边环境影响有着密切的关系，对工程实时监测并及时分析数据，对减少事故的发生有着极其重要的作用。从基坑支护结构变形规律可知，基坑设计是安全可靠的。

参考文献:

[1]钱家欢.殷宗泽1土工原理与计算(第二版)[M]1北京:中国水利水电出版社,1996

[2]叶书麟.等1地基处理与托换技术(第二版)[M]1北京:中国建筑工业出版社,1994

[3]王暖堂.深基坑围护结构力学变形监测技术［J］．北京测绘，2008( 2) : 12 －15．