中铁十二局集团有限公司 山西太原 030024
摘要：本文介绍了长螺旋旋喷搅拌桩技术在北京地铁明挖车站中的应用情况，介绍了设计、施工参数的确定、施工情况以及施工效果，为同类情况下明挖基坑止水帷幕桩施工积累了经验，提供了借鉴，为解决地下水处理问题提供了技术参考。
关键词：地铁工程；深基坑；长螺旋旋喷搅拌桩；地下障碍；帷幕桩
0前言
随着北京城市轨道建设的快速发展，以及地下水资源愈发短缺,并且由于地下水位的下降造成路面沉降和塌陷，地下管线损坏等灾害日益增加,人们逐渐清楚地认识到保护地下水的重要性。2008年3月1日，由北京市建委及水务局联合发布的《北京市建设工程施工降水管理办法》，其中规定采用帷幕隔水方法，隔断地下水进入施工区域。本工程正是遵循采用帷幕止水这一原则。
1工程概况
北京地铁7号线百子湾站位于西四环外广渠路南侧的原北京化工二厂北侧，东西走向。车站主体标准段为双层双柱三跨箱形结构，两端头处为双层四跨及五跨箱形结构。
车站主体基坑长度235.2m，标准段宽21.1m，深16.3～16.7m，西端盾构井宽30.65m，深16.7～18.4m，东端盾构井宽24.65m，深16.3～17.3；一号风道基坑长度61.8m，标准段宽14.6m，深16.7～16.9m，盾构井宽15.75m，深18.9m。百子湾站主体及一号风道采用明挖法施工，桩撑支护体系。
2工程地质情况
本工程场地勘探范围内的土层划分为人工堆积层（Qml）、第四纪全新世冲洪积层（Q41al+pl）、第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）三大层，主要包括以下土层：粉土填土①层、杂填土①1层、粉土③层、粉质粘土③1层、粉细砂③3层、粉细砂④3层、中粗砂④4层、圆砾卵石⑤层、粉质粘土⑥层等。
基坑开挖深度范围内主要为粘性土、粉土和砂土层，土体自稳能力较差。粉细砂③3层为透镜体存在，特别是在含水状态下极不稳定。粉细砂④3层在基坑侧壁所占面积较大，且呈饱和状态，在地下水的作用下易产生流砂现象。
3水文条件
基坑开挖范围内，分布一层地下水，地下水类型为潜水（二）。潜水（二）含水层厚度大、水量补给较充分，且含水层透水性较好，主体结构基本上位于潜水（二）含水层内。
地下水详细情况见表1所示。
表1地下水分布情况
注：粉土⑥2层、细中砂⑥3层为含水层，薄层状或透镜体分布，呈饱和状态。
4长螺旋旋喷搅拌桩设计方案
4.1设计方案
车站基坑围护桩采用Φ800mm和Φ1000mm钻孔灌注桩，桩间施作Φ900旋喷搅拌水泥土桩，嵌固深度5.3～5.9m。围护桩与帷幕搅拌桩位置关系见图1
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图1直径800mm围护桩与帷幕搅拌桩位置关系图 图2直径1000mm围护桩与帷幕搅拌桩位置关系图
4.2设计参数
（1）桩垂直度偏差为0.3%；（2）帷幕桩中心为钻孔桩正中心向基坑外偏移300mm；（3）帷幕桩设计直径不小于900mm，与钻孔桩搭接不小于100mm；（4）28天钻孔取芯抗压强度不小于1.5MPa，渗透系数不大于1.0×10-7cm/s。
5施工情况介绍
5.1长螺旋旋喷搅拌桩施工要点
施工前应针对现场地层进行旋喷搅拌试验，掌握喷射压力和孔内喷射直径的关系，水泥浆液喷射量和钻具提升速度的关系，水泥掺量和止水帷幕抗渗性能的关系，设定合理的施工技术参数。
5.2主要施工设备
表2施工设备表
5.3施工参数的确定
5.3.1帷幕桩试验方案
在帷幕桩施工前进行试验桩施工，试验桩采用三水平四因素正交试验法L9（34）优选施工参数。水泥用P.SA32.5，喷射水泥浆水灰比1.0～1.7，钻杆转速15～21r/min，提升速度1.2m/min，喷射压力16～24MPa，参数见表3
表3施工参数L9（34）正交试验表
5.3.2试验结果
施工完成试验桩施工三天后，开挖至5m深，分别对9根试验桩的成桩直径、抗压强度和抗渗系数进行检测，试验桩检测结果详见表4。
表4长螺旋旋喷搅拌试验桩检测结果表
由上表可知，试验桩的成桩直径最小920mm，最大1120mm，钻孔取芯抗压强度1.7～8.5MPa，渗透系数0.7～2.7x10-7cm/s。根据检测结果分析，最优试验参数为20MPa泵压，上下8遍，水灰比1.3，引孔直径800mm。
综合设计要求，各地层（土层、砂层以及砂卵石层）渗透系数的比较，以及经济因素考虑，采用的施工参数为：水泥采用PC32.5或P.SA32.5，泵压20～24MPa，钻杆提升速度1.2m/min，上下6遍，水灰比1.5，引孔直径600mm。
5.4施工概述
5.4.1施工步序
（1）桩位进行校验，准确定位；（2）引孔：用Φ500mm直径长螺旋钻具钻孔，钻机移至桩位，钻机调平、调直，钻至设计标高，回填钻出的虚土至适当为止；（3）引孔完毕后，将长螺旋钻具更换为喷搅复合钻具，组装调试旋喷搅拌设备，确保设备运转正常，注浆管路畅通；（4）按照设计水灰比对水和水泥重量进行计量，在搅浆桶里搅拌均匀后，经60目振动筛过滤后，放入储浆池中；（5）储浆池中放置泥浆泵，对水泥浆进行不间断搅拌，防止水泥浆沉淀；（6）注浆泵泵头用细目纱网罩罩住，防止吸入粗颗粒物而堵塞钻头喷嘴；（7）复合喷搅钻具向下钻进时同时开动注浆泵，泵送高压水泥浆至孔内，边旋喷边搅拌，给进至设计标高，按设计提升速度提升钻具，同时旋喷搅拌，至孔口时停止泵送水泥浆和搅拌，提升钻具至下一孔位。
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图3情况一引孔障碍处理方法
5.4.2引孔障碍处理方案
由于以下原因，不能顺利按设计桩位成孔。
（1）围护桩桩顶护筒和人工护壁的原因，出现“大脑袋”情况；（2）地层有孤石以及硬物；（3）围护桩施工过程中出现塌孔，灌注混凝土形成“大肚子”现象；（4）东端部分围护桩由于杂填地层因素人工护壁挖孔达到10m深。
长螺旋引孔遇到地下不能穿越的障碍时需要分以下三种情况处理：
（1）单个引孔遇障碍物的，可适当外移孔位，躲过障碍物，增加1~2根帷幕桩与围护桩咬合。对于连续几孔引孔遇障碍物时，采用这连续几孔外侧施做自咬合止水帷幕桩；（2）外移桩位仍然存在引孔障碍的，则将止水桩引孔进一步远离围护桩，与相邻完成引孔的止水桩咬合；（3）采取以上方法，仍然无法顺利引孔的，引入风动潜孔锤技术，以达到克服地下障碍的目的。
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图4情况二引孔障碍处理方法
经过考察分析，选择了HTG360型号风动潜孔锤，其外径为136mm，总长1450mm，重量126kg，风压7～21MPa，耗风量8.5～25m3，配用钎头直径203mm，钻杆为外平厚壁钻杆。进行带潜孔锤的施工参数试验后，确定施工参数为：升降速度为0.5m/min，泵压20~24MPa，风压1.7~2.07MPa，水灰比1.5。
带潜孔锤的长螺旋旋喷搅拌桩施工效率较高，每24小时可完成10~12根帷幕桩。
6止水帷幕施工效果
本工程止水帷幕桩施工自开始至完成，工期满足总体进度要求，为车站整体施工按期完成奠定了基础。
基坑开挖工程中检验，基坑侧壁止水效果好，能满足施工生产需要和设计要求。
7结语
（1）长螺旋旋喷搅拌桩作为止水帷幕应用于地铁车站明挖深基坑中，其成桩直径、抗压强度、渗透系数以及与围护桩咬合情况等可以达到设计要求。（2）施工前进行旋喷搅拌试验，掌握喷射压力和孔内喷射直径的关系，水泥浆液喷射量和钻具提升速度的关系，水泥掺量和止水帷幕抗渗性能的关系，设定合理的施工技术参数。（3）根据不同土层情况，确定与其适应的施工参数（钻杆提升速度、泵压、水灰比等），可以做到隔水满足要求，经济合理，工期可控等。（4）潜孔锤技术引用到旋喷搅拌桩设备中，可克服砂卵石等较硬土层。
参考文献
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