几种常见止水帷幕入岩能力分析.doc

几种常见止水帷幕入岩能力分析基坑工程中常用的止水帷幕有高压旋喷桩（单管和多管）和搅拌桩（干法和湿法，单头和多头）两种。这两种传统方法已大量应用于工程实践中，受其施工工艺影响存在遇卵砾石成桩困难、无法入岩等缺陷，从而影响帷幕的止水效果。在原专利工法钻孔压浆桩基础上发展的“单头长螺旋素砼桩止水”技术，和在搅拌桩与高压浆两种工艺基础上利用长螺旋桩架开发成功的“多头长螺旋压浆桩止水帷幕”技术成功地解决了“入岩”这一难题。这四种帷幕的成桩机理和入岩能力分析如下：1 高压旋喷桩帷幕1.1 旋喷桩成桩机理旋喷桩喷浆成桩前先用常规方法钻一小孔（直径90130mm），然后在孔内下入高压旋喷管。单管旋喷时成孔钻杆和旋喷管可合二为一，利用高压浆（或与气、水的混合体）旋喷切削土体，使浆液与土体混合，硬化后成桩。浆液自孔底起喷，靠提管速度控制成桩直径。单管及二重管的浆液压力一般不小于20Mpa，三重管的浆液压力也不小于20Mpa。单管成桩直径较小，一般为0.4-0.6米，三管可达2.0米，但桩体强度低。旋喷桩帷幕是由单个旋喷桩互相咬合并与支护桩交接形成。1.2 旋喷桩入岩能力在青岛市区基坑中，强风化岩层以上往往存在一层砾砂碎石或卵砾石层，该层为透水层，而且都是承压水，是帷幕止水重点，当遇到此类岩层时， 受前述工艺影响存在如下入岩问题:（1）碎石层和卵砾石层成孔困难碎石层和卵砾石层钻进历来是钻进工艺中的难点，合金和金刚石钻进都很困难；风动冲击钻进时，高压风极易使钻孔坍塌。（2）入岩不充分，桩体缺陷多，影响止水效果旋喷桩在艰难的穿越了碎石或卵砾石层后,受其工艺影响通常入岩不充分，且岩石中成桩桩体缺陷多，对于基础持力层在岩层，要求止水帷幕深入岩层顶板一定深度以防坑底涌水的基坑一般很难达到理想的止水效果。青岛兴源大厦基坑、麒麟大厦基坑都因入岩不充分造成一些桩体缺陷而引起基坑大面积漏水或流砂，造成事故。2 深层搅拌桩帷幕2.1 搅拌桩成桩机理搅拌桩是通过有喷浆（粉）的钻头钻至预定土层，随钻头倒转提钻（孔口不出土）把浆液或干水泥与土体搅拌、固结成桩。由于桩机型号小，所以仅钻头部位有2-3片短螺旋，即使是多搅拌头，也是如此。 由于是搅拌成桩，系统压力仅保证浆液或干粉从钻头出口流出即可，因此泵压仅1.01.5Mpa便可满足工艺要求。2.2 搅拌桩入岩能力因锥形搅拌头不利于浆液或干粉流均匀搅拌于土体中，所以厂家生产的钻头都为平底型，该类钻头一旦遇碎石、卵砾石或岩石，甚至密实砂层，钻头便无法穿越，也就不能成桩，形不成止水帷幕，入岩能力很差，因此其应用大大受限。 3 单头长螺旋素砼桩帷幕单头长螺旋桩止水机理是：用单头长螺旋素砼桩代替传统的“钻孔灌注桩加帷幕”支护结构中的旋喷桩或粉喷桩，并且要求素砼桩与支护桩间有一定的搭接长度，以满足止水要求。3.1 单头长螺旋桩成桩机理单头长螺旋桩在施工时利用大扭矩动力头带动的长螺旋中空钻杆进行钻孔，钻孔中的土除了一部分被挤压外大部分被输送到螺旋钻杆叶片上，土在上升时被挤压致密与钻杆形成一土柱，土柱与钻杆间隙仅几毫米，类似于一个长活塞，土活塞使钻孔在提钻前不坍塌。即使在有地下水的地层，因土柱与钻孔间隙小，钻孔速度快，钻孔内渗出并积存的水很少，因此孔内不会坍塌。钻杆底部的钻孔上设有单向阀，钻至设计深度后停止钻杆回转，把搅拌好的超流态砼通过输送管以7-10Mpa的压力压至钻头底部，此时单向阀打开，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。3.2 单头长螺旋桩入岩能力该成桩设备所配备的钻头为螺旋锥型钻头，利用大扭矩动力头带动长螺旋中空钻杆进行钻孔。螺旋锥型的钻头型式和大扭矩动力头钻进工艺决定了该桩必然具有很强的入岩能力，他能穿越碎石、卵砾石层并入强风化岩0.5-1.0m。此外，由于其砼是在钻到设计深度后边提钻边利用高压压灌的，这种灌注工艺决定了其桩底必然无沉渣，保证了入岩的质量。在青岛市用该成桩工艺所施工的支护桩和帷幕均能保证入岩不少于0.5mm，且止水效果好。4 多头长螺旋压浆桩帷幕4.1 多头长螺旋压浆桩成桩机理钻杆顶部配备大功率动力头（150200kw），可以保证35根长螺旋钻杆不同向旋转钻进2030m，配备不同形状的合金钻头可使钻头入岩或穿越卵砾石层。密积的碎石随钻杆的旋转被螺旋叶片携带至地面，减少了钻进阻力，利于帷幕入岩。4.2 多头长螺旋压浆桩的入岩能力由于钻头类型可以随岩土情况的不同进行更换，因此他可以较容易地穿越碎石、卵砾石并进入强风化岩0.5m左右。比单头长螺旋桩帷幕的入岩深度要略小，但效率要高。 由于桩身所用的材料是纯水泥浆，浆液可以和钻孔内少量的残土混合形成水泥土，不会形成沉渣，并且浆液还可以渗入岩层和周边碎石、卵砾石层一定范围，这样形成的止水帷幕效果更好，应用更加广泛。5 小结上述四种帷幕总的来说，旋喷桩和搅拌桩帷幕受其设备和工艺影响帷幕入岩性能不是很好，但由于其造价比较低，在无入岩要求的基坑工程中仍不失为一种较好的止水方式。相比而言，单头长螺旋素砼桩帷幕和多头长螺旋压浆桩帷幕