單法蘭液位計新式三重管法的應(yīng)用

1．導(dǎo)言

單法蘭液位計作為地基止水處理的一種技術(shù)措施，多用于深基坑止水帷幕、防止地基突涌冒水等方面地基加固。深圳至中山跨江通道西人工島西小島成功應(yīng)用單法蘭液位計新式三重管法止水施工技術(shù)，減緩海水滲透小島內(nèi)，達(dá)到基坑施工期間安全穩(wěn)定目的，值得借鑒。

 

2．工程概況

西小島島壁結(jié)構(gòu)采用插入式鋼圓筒結(jié)構(gòu)，島壁外側(cè)的海水水位平均高程+0.52m，鋼圓筒底部的粗砂、礫砂、砂礫狀強風(fēng)化巖、碎塊狀強風(fēng)化巖與海水聯(lián)通，富含承壓水，具有較高的滲透性。小島內(nèi)標(biāo)高-35m以下地層以風(fēng)化巖為主，標(biāo)高-30～-35m地層以滲透性較強的黃色中粗砂為主，標(biāo)高-18.5～-30m地層以黏土、淤泥質(zhì)土為主，標(biāo)高-18.5m以上為回填中粗砂。西小島內(nèi)基坑需開挖至-10m以下，僅靠西小島內(nèi)外降水井降水，達(dá)不到基坑開挖穩(wěn)定要求。為了滿足基坑施工期間西小島地下水滲流穩(wěn)定和突涌穩(wěn)定要求，沿小島內(nèi)鋼圓筒壁布置單法蘭液位計止水帷幕。

止水帷幕采用三排連續(xù)的單法蘭液位計，設(shè)計樁底標(biāo)高至中風(fēng)化巖層頂部，設(shè)計樁底標(biāo)高-36.2～-48.7m，樁頂標(biāo)高-21.5～-30.2m，樁長8.7～27m，樁徑0.8m，搭接寬度0.2m。取芯28d無側(cè)限抗壓強度不小于1.5MPa，取芯率不小于85%，樁長不小于設(shè)計值。要求單孔取芯注水滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s，一周內(nèi)小島及周邊鋼圓筒停止抽水狀態(tài)下小島內(nèi)潛水滲流水量不大于300m3/d，小島內(nèi)承壓水水位標(biāo)高不高于-11.0m。

 

3．單法蘭液位計施工

3.1單法蘭液位計工藝流程

鉆機就位→試噴→鉆進(jìn)→邊提升邊高壓旋轉(zhuǎn)噴漿→廢棄漿液處理→沖洗機具。

 

3.2施工控制要點

⑴施工前測量定位；⑵調(diào)整好鉆桿垂直度；⑶嚴(yán)格按照水灰比稱重配比；⑷事先在樁架上標(biāo)識好鉆桿底部達(dá)到樁底設(shè)計標(biāo)高時鉆桿頂端到達(dá)樁架的計算位置，用以控制鉆桿鉆進(jìn)深度；⑸噴漿時嚴(yán)格控制上提和旋轉(zhuǎn)速度，抽查氣壓和噴漿壓力，抽查水泥漿流量和比重；⑹噴漿時注意返漿效果；⑺儀表標(biāo)定；⑻斷樁補樁處理。

 

3.3工藝試驗

3.3.1地衣次試樁

試樁使用單法蘭液位計機功率22kw，噴嘴2mm，采用傳統(tǒng)三重管法施工。施工參數(shù)：氣壓0.6～0.8MPa，水泥漿壓≥30MPa，旋轉(zhuǎn)速度為10-14r/min。允許偏差：樁位中心±50mm，樁長不小于設(shè)計，垂直度不大于1%。設(shè)五組試驗，每組三根樁，樁徑0.8m，相互搭接寬度0.2m。前四組水灰比分別為1:1、1:1.2、1:1.3、1:1.5，提升速度10cm/min，噴漿量70L/min；第五組水灰比為1:1，提升速度12cm/min，噴漿量70L/min。

工藝試驗樁樁底標(biāo)高-36.2m，頂標(biāo)高-21.5m，樁長14.7米，孔口標(biāo)高+2.5m。試樁施工完成后進(jìn)行取芯檢驗，取芯檢測結(jié)果顯示：本次試樁取芯樁長為3.65m～13.25m，均未達(dá)到設(shè)計樁長要求；芯樣上部分連續(xù)較完整和下部分破碎無法制樣，存在明顯不均質(zhì)性；五組取芯率36.4%～81.7%，未達(dá)到設(shè)計要求85%；取芯28天無側(cè)限抗壓強度2.1～8.5MPa，均達(dá)到1.5MPa以上，合格率為100%。

試樁成果分析：

①槽底部較硬，旋噴樁機動力頭功率22kw，動力較小，切割地層力不足，攪拌土漿不夠均勻，致下部分芯樣夾泥、夾砂、水泥含量少，芯樣破碎不完整，無法制樣。

②設(shè)計要求樁體垂直度不超1%，平面位置偏差不大于50mm，樁間搭接0.2m。在樁間搭接中心取芯，按照#不利偏差成樁，樁底中心#大偏位為38.74m*1%+0.05m=0.437m＞0.2m，可能存在樁間未搭接造成取芯未達(dá)到設(shè)計樁長情況。

③由于成樁深度較深，加上制漿后臺與鉆機距離較遠(yuǎn)，噴漿管從后臺到噴漿口長度約130m，能量損耗較大，從噴漿管出來的漿壓和水泥漿流量不足，影響成樁質(zhì)量。

④出漿孔和出氣孔相距較近，當(dāng)高壓噴漿時，空氣壓力0.65Mpa，漿壓30Mpa，漿壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣壓力，且由于樁底較深，周邊地質(zhì)密實，空氣沒有及時溢出，導(dǎo)致漿液、氣體在氣管周圍推擠，水泥漿及土質(zhì)混合物一小部分進(jìn)入氣管中。時間長凝固，使氣管堵塞，拔管檢修，重新接樁影響成樁效果。

3.3.2第二次試樁

試樁使用單法蘭液位計機功率59kw，噴嘴2mm，噴漿管口至后臺制漿罐長度調(diào)整在50m內(nèi)，氣壓調(diào)整為0.7～1.0MPa，水泥漿壓≥30MPa，旋轉(zhuǎn)速度為21r/min。第二次試樁分兩組。地衣組成樁樁徑為0.8m，間距為0.6m，搭接0.2m，正梅花形布置；第二組成樁樁徑為0.8m，間距為0.4m，搭接0.4m，正梅花形布置。地衣組前三根，第二組后九根采用“新式三重管法（高壓雙噴法）”施工。新式三重管法是將傳統(tǒng)三重管（空氣+高壓水泥漿+水）施工工藝改造為“空氣+雙高壓水泥漿三重管單法蘭液位計”施工工藝，并在管底兩側(cè)焊上15cm切割葉片；地衣組后六根，第二組前九根采用“雙重管法（單噴法）”。提升噴漿水灰比為1：1，雙噴漿量140L/min，提升速度在粉砂、中粗砂、強風(fēng)化巖層中為10cm/min，在淤泥及黏土地層為15cm/min；單噴漿量70L/min，提升速度在各地層均為10cm/min。

本次試樁底標(biāo)高-48.7m，頂標(biāo)高-21.5m，樁長27.2米，孔口標(biāo)高+3.5m。試樁施工完成后進(jìn)行取芯檢驗，取芯檢測結(jié)果顯示：

 

（1）地衣組試樁（搭接寬度0.2m）取芯率在65.1%～78.2%范圍內(nèi)，黏土淤泥中成樁較完整，砂石地層較破碎無法制樣，不滿足設(shè)計要求的85%。

（2）第二組試樁（搭接寬度0.4m）采用單噴高壓噴漿的樁體取芯率51.1%、57.4%、57.8%，黏土淤泥中成樁較完整，砂石地層較破碎無法制樣，不滿足設(shè)計要求的85%。

（3）第二組試樁（搭接寬度0.4m）采用雙噴高壓噴漿的樁體較完整，取芯率90.3%、94.0%、94.7%，滿足設(shè)計要求的85%。

（4）試樁取芯共取9簇，28天無側(cè)限抗壓強度為2.8～6.8MPa，均滿足設(shè)計不小于1.5MPa要求。地衣組單噴和雙噴各一簇芯樣總長分別為17.6m、23.7m，第二組單噴有一簇芯樣總長20.3m，均達(dá)不到設(shè)計樁長，其他6簇均達(dá)到設(shè)計樁長。

深中通道管理中心召開單法蘭液位計試樁施工技術(shù)總結(jié)會，會中確定調(diào)整單法蘭液位計樁徑0.8m、搭接0.4m，三排連續(xù)，要求施工主要參數(shù)：氣壓0.7～1.0MPa、水泥漿壓≥30MPa、旋轉(zhuǎn)速度21r/min、水泥漿水灰比1：1、比重1.52g/cm3；在粉砂、中粗砂、風(fēng)化巖層中采用雙噴施工，提升速度10cm/min；在淤泥及黏土地層中采用單噴施工，提升速度15cm/min；雙噴漿量140L/min，單噴漿量70L/min；水泥用量雙噴粉砂及以下1064kg/m，單噴淤泥及黏土層355kg/m。以此進(jìn)行典型施工。

3.4典型施工及正式施工

典型施工完成，抽芯結(jié)果滿足設(shè)計要求，在辦理設(shè)計變更手續(xù)后監(jiān)理人批準(zhǔn)了旋噴樁正式施工方案和開工報告，施工參數(shù)參照典型施工，在砂層及以下地層采用“新式三重管法（高壓雙噴法）”，到淤泥及黏土層時，關(guān)閉一條水泥漿管，采用雙重管法單噴水泥漿施工。

正式施工期間，參建單位認(rèn)為單孔取芯進(jìn)行注水試驗不能全面分析西小島基坑島壁止水帷幕的阻斷效果。因此，考慮通過在島內(nèi)承壓水層內(nèi)埋設(shè)孔隙水壓力傳感器及水位管，對承壓水層的孔隙水壓力及小島內(nèi)水位進(jìn)行監(jiān)測，在止水帷幕完成后，停止鋼圓筒和小島內(nèi)降水，觀察停泵期間，島內(nèi)承壓水層的孔壓及水位變化情況，可對島內(nèi)外承壓水的阻斷情況進(jìn)行評價，并從整體上驗證島壁止水帷幕效果。故設(shè)計單位同意取消抽芯檢測，改為埋設(shè)孔隙壓力管和水位管檢測驗證止水帷幕的阻斷效果。正式施工完成一段時間后進(jìn)行了止水效果檢驗。

 

4．止水效果檢驗

4.1暫停抽水

止水效果檢驗期間小島及周邊鋼圓筒的降水井停止抽水一周。

4.2試驗孔位和儀器布置水位管SW1-2和SW1-1分別布置在小島東西兩側(cè)標(biāo)高為-18.0m潛水位地層；水位管SW2-2、SW2-1及孔隙水壓力測頭1~4號分別布置在小島東西兩側(cè)承壓水層，其標(biāo)高分別為-37.4m、-37.5m、-37.5m、-37.5m、-33.0m、-35.4m。一周內(nèi)每天早上8點監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖1、圖2、圖3所示。

 

4.3滲水量計算

一天內(nèi)透水量為Q=A*h*n（Q-滲水量m3；A-小島投影面積m2；h-島內(nèi)回填砂中潛水水位變化量m；n-給水度，查工程手冊中粗砂取0.25）。西小島島內(nèi)面積為7134.8m2，根據(jù)潛水位變化量與時間曲線關(guān)系圖查得SW1-1水位在第五天水位變化量#大，為150mm，故西小島一天內(nèi)#大透水量為7134.8*0.15*0.25=267.56m3，滿足設(shè)計不大于300m3/d要求。

4.4水位標(biāo)高計算

孔隙水水位標(biāo)高=測頭埋設(shè)標(biāo)高+孔隙水壓強換算高度（孔隙水壓強換算高度h=p/（ρg），h-換算高度m，p-孔隙水壓強Pa，ρ-水密度取1000kg/m3，g-重力加速度取10N/kg），得h=10-4p，經(jīng)計算得到1~4號孔#高水位標(biāo)高分別為-13.48m、-14.06m、-14.1m、-11.59m；根據(jù)承壓水位標(biāo)高隨時間變化曲線圖查得，SW2-2、SW2-1孔的承壓水#高水位分別為-11.219m、-12.629m。在承壓水位1~4號及SW2-2、SW2-1孔中#高水位標(biāo)高為-11.219m。承壓水#高水位標(biāo)高滿足設(shè)計不高于-11.0m要求。

5．結(jié)束語

采用傳統(tǒng)三重管法和雙重管法施工的單法蘭液位計適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土中處理地基，對于應(yīng)用在砂石地層，其取芯率低，成樁質(zhì)量不佳，止水效果差。深中通道西小島止水帷幕通過改良單法蘭液位計施工工藝，在砂石為主的地層中采用新式三重管法施工單法蘭液位計，止水效果顯著。