建筑行业复杂地质勘探未详高承压大涌水量治理施工工法

复杂地质勘探未详高承压大涌水量治理施工工法1前言随着我国社会经济建设步伐的加快，城市建筑行业得到了进一步的发展，许多建筑的空间开始向地下开发，基坑开挖深度越来越大，对深基坑工程施工技术和质量提出了更高的要求。但在深基坑工程施工过程中，由于受到地质条件、周边环境、降水不到位和支护方案等因素的影响，基坑时常会产生涌水涌砂的现象，致使工程其它施工环节不能正常作业。若不及时解决好基坑涌水涌砂问题，不仅会延长工程的施工工期，增加施工成本，并且对周边建筑物及人员的安全构成了极大的威胁。因此，基坑涌水涌砂情况应当得到重视，应积极有效的寻找合理的解决措施，以确保深基坑工程施工安全。通过现场涌水量计算及多次组织专家组进行咨询论证，采用高压旋喷桩止水帷幕+疏干井的方式，阻止基坑内中砂层水与基坑外相连，达到止水效果，基坑内布设疏干井，来降低基坑内的地下水位，解决深基坑涌水问题，同时为保证锚杆工程施工正常进行，项目部通过收集相关工程资料、结合工程施工经验及专家咨询意见采用减压井结合膨胀止水材料+堵漏王锚杆封堵施工技术，有效解决锚杆工程涌水、涌砂等情况，为铸精品工程打下坚实基础。2工法特点2.1止水减压效果良好，可有效解决基坑涌水涌砂问题，确保基坑支护施工安全。2.2施工机具振动较小，噪音低，不会对周边建筑物地下管线及已施工完成的基坑支护结构造成影响。2.3高压旋喷桩施工设备结构紧凑，体积小、施工占地少，可适用于空间小，工作面狭小范围，不影响已施工完成的构筑物。2.4锚杆工程封堵施工技术的采用，避免了采用自进式锚杆成本高、锚固力不足等不利因素，为后期工程施工顺利进行奠定了基础。3适用范围3.1高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。3.2高压喷射注浆法可用于既有建筑和新建建筑的地基加固处理、深基坑止水帷幕、边坡挡土或挡水、基坑底部加固、防止管涌与隆起、地下大口径管道围封与加固、地铁工程的土层加固等适用范围较广。3.3降水井配合锚杆工程封堵施工技术，适用于地下水丰富，承压水头较大的基坑边坡防护施工，成本低，易操作，使用范围广。4工艺原理高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆，它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来挡土和止水，减少中砂层中承压水压力。疏干井降低地下水位，解决基坑涌水涌砂问题。锚杆工程封堵施工技术配合基坑外测降水井的布设，将锚杆工程钻进施工过程中遇到的抱管、难以继续钻进的问题通过降水井卸压承压水成功化解掉，同时在锚杆注浆过程中将锚杆孔采用封堵材料封堵，仅留设注浆孔及导水孔，本着“水疏而不堵”的原则，有效将地下水夹杂的黄砂、注浆采用的水泥浆隔绝在锚杆体内，同时还可利用导水孔来判断水泥浆是否填充满锚杆孔，保证锚杆工程施工质量。5施工工艺流程及操作要点5.1高压旋喷桩止水帷幕配合坑内疏干井施工技术5.1.1施工工艺准备工作准备工作钻机就位钻进成孔插管高压喷射注浆作业试喷泥浆排放处理喷射结束拔管机具清理桩机移位制浆高压泵对浆液加压启动空压机供风图5.1施工工艺流程图5.1.2操作要点5.1.2.1基坑涌水情况本工程基坑开挖施工过程中，在开挖至-3.6m时出现不明水源上涌（涌水点1），项目即刻采用两台水泵降排水，涌水量减缓后边排水边继续土方施工。开挖至-4.5m处又出现涌水现象（涌水点2）高程Z=-4.9m处采取做深井的措施继续降排水，涌水量减缓后边排水边进行土方施工。开挖至高程Z=-5.0m处，再次出现涌水现象（涌水点3），且这次涌水量增大、流速急，且发生十多处涌水点，造成基坑内积水严重，土方施工已无法进行，项目降水水泵增至3台加强排水。及时联系监理、建设、地勘设计单位，对基坑涌水进行核查原因，经协商采取井点降水并设置水位观测井，通过现场降排水及水位情况观测，判断出涌水情况并非浅层水，是承压地下水且承压水头初步判定＞6米，与地勘察报告所述微承压水情况不符。5.1.2.2基坑涌水量验算根据以上用水情况说明，结合地勘报告，对现场基坑涌水量进行测算，具体测算情况如下：依据标准:《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)简称:《建筑基坑规程》(2012)计算模型:潜水,完整井,基坑远离边界基本参数:水位降深5.600(m)潜水含水层厚度11.000(m)渗透系数2.880(m/d)过滤器半径0.250(m)井水位降深6.000(m)单井出水量60.000(m3/d)沉降影响深度内土层数：5地下水埋深:4.700(m)层号层厚度(m)Es(MPa)11.63020.000213.1802.62033.24020.00044.9009.50052.04025.000基坑轮廓线定位点数：4定位点号坐标x(m)坐标y(m)1491.33768.8202338.305117.3203306.495250.6084496.821250.830降水井点数：41井点号坐标x(m)坐标y(m)抽水量(m3/d)1339.567118.49440.0002335.671134.82140.0003331.774151.14840.0004327.877167.47540.0005323.981183.80240.0006320.084200.12940.0007316.188216.45640.0008312.291232.78340.0009308.395249.11040.00010323.968249.12840.00011339.541249.14740.00012355.115249.16540.00013370.688249.18340.00014386.261249.20140.00015401.835249.21940.00016417.408249.23740.00017432.982249.25640.00018448.555249.27440.00019464.128249.29240.00020479.702249.31040.00021495.275249.32840.00022494.786233.10340.00023494.297216.87840.00024493.808200.65240.00025493.320184.42740.00026492.831168.20240.00027492.342151.97640.00028491.853135.75140.00029491.364119.52640.00030490.875103.30040.00031490.38687.07540.00032489.89770.85040.00033474.86475.61440.00034459.83180.37940.00035444.79885.14340.00036429.76589.90740.00037414.73294.67240.00038399.69999.43640.00039384.666104.20040.00040369.633108.96540.00041354.600113.72940.000任意点降深计算公式采用：《建筑基坑规程》(2012)公式沉降计算方法:《建筑地基基础设计规范2011》方法,考虑应力随深度衰减,且考虑相互影响半径沉降计算影响半径:15.000(m)沉降计算经验系数:1.000[计算结果]：基坑涌水量计算: 根据《建筑基坑规程》(2012)7.3.11确定降水影响半径R=112.570(m) 根据《建筑基坑规程》(2012)附录E确定基坑等效半径r0=92.271(m) 基坑涌水量=1041.936(m3/d)5.1.2.3基坑涌水原因分析根据现场基坑涌水情况观测及涌水量计算结果，与建设、监理、地勘设计单位及地质勘察方面的专家进行沟通，分析基坑涌水的主要原因为：1）地勘报告不详细，基坑地下水情况与地勘报告描述微承压水不符；2）支护桩外围水泥搅拌桩桩底标高未进入中砂层，起不到止水效果，使基坑内中砂层水与基坑外相连，造成基坑多处涌水。5.1.2.4基坑涌水治理方案经过多次组织地址勘察方面专家组成员进行论证分析，最终确定基坑涌水治理方案，采用高压旋喷桩止水帷幕+疏干井的方式，阻止基坑内中砂层水与基坑外相连，达到止水效果，基坑内布设疏干井，来降低基坑内的地下水位，解决深基坑涌水问题，保证工程顺利进行下一步施工。5.1.3止水帷幕施工重难点因现场支护桩已施工完成，支护桩及地库外墙之间工作面较小，高压旋喷桩距支护桩较近，施工难度较大，且止水帷幕距工程桩较近，后续工程桩施工会对止水帷幕的整体性、严密性造成一定程度的影响：解决方法：通过预先沟通，为高压旋喷桩预留合理工作面，且距止水帷幕较近工程桩先采用送桩工艺施工完毕，再进行高压旋喷桩施工，将工程桩施工对止水帷幕的影响降到最低，保证止水帷幕的连续性、整体性及严密性，并将在绝对标高-2.500m位置换填1.5m厚建筑垃圾20m宽作为工程桩送桩及止水帷幕施工工作面，保障止水帷幕工程顺利进行。5.1.4疏干降压井施工重难点因原有支护工程设计为灌注桩+搅拌桩+锚杆体系，基坑外侧降水井施工定位必须精确，又本工程基坑东侧紧邻汇英街，基坑坡顶距围挡距离较近，降水井不易施工，坑内降水井布置定位亦是降水井施工一大重难点：解决办法：降水井定位放线精确控制，施工前对已测放井点定位进行二次复核，复核无误方可进行施工，东侧降水井考虑现场工作面因素，通过合理调整布置位置来进行施工，即保证降水井的顺利施工，也可以达到中砂层水压泄压的效果，基坑内疏干井根据现场实际情况，考虑止水帷幕施工完毕将阻断承压水层的地下水流通，将在支护桩与地库外墙间布置疏干井降低地下水位。5.1.5施工作业面划分根据现场场地等多方面因素考虑，本工程止水帷幕施工拟划分两个施工段进行施工作业，从基坑中间将南侧、北侧划分为两个施工作业段，施工方向为东侧→南（北）侧→西侧；施工段平面安排如下所示：5.2.1施工段划分示意图5.1.6桩位放样施工前用全站仪测定旋喷桩施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，并用竹签钉紧，一桩一签，保证桩孔中心移位偏差小于50mm。5.1.7钻机就位钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10mm以内，钻孔垂直度误差小于0.3%；钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。5.1.8引孔钻进钻机施工前，应首先在地面进行试喷，在钻孔机械试运转正常后,开始引孔钻进。把钻机移至钻孔位置，对准孔位用水平尺掌握机台水平，立轴垂直、垫牢机架、钻机的垂直度满足精度要求，经设计人员验测合格后方可开钻。如发现钻机倾斜，则停机找平后再开钻。钻进过程中，遇到异常情况及时查明原因，采取相应措施，对地层变化、颗粒大小、硬度等要详细记录。钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确。5.1.9拔出岩芯管、插入注浆管引孔至设计深度后，拔出岩芯管，并换上喷射注浆管插入预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，要边射水边插管，水压不得超过1Mpa，以免压力过高，将孔壁射穿，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以防泥土进入管内。5.1.10旋喷提升当喷射注浆管插入设计深度后，接通泥浆泵，然后由下向上旋喷，同时将泥浆清理排出。喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆后再逐渐提升旋喷管，以防扭断旋喷管。为保证桩底端的质量，喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转10秒钟左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升。钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断，钻机发生故障，应停止提升钻杆和旋转，以防断桩，并立即检修排除故障，为提高桩底端质量，在桩底部1.0m范围内应适当增加钻杆喷浆旋喷时间。在旋喷提升过程中，可根据不同的土层，调整旋喷参数。5.1.10高压旋喷桩止水帷幕示意图5.1.11钻机移位旋喷提升到设计桩顶标高时停止旋喷，提升钻头出孔口，清洗注浆泵及输送管道，然后将钻机移位。5.1.12回灌喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直到浆面不再下沉为止，保证高喷桩固结后顶标高，回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。5.2坑外降水井配合锚杆工程封堵施工施工技术5.2.1施工工艺定位放线→锚索制作→钻机就位→钻进施工→放入锚索→拔出钻杆→钻孔封堵→一次注浆→二次注浆→注浆管、导水管封堵5.2.2操作要点1-3.2m锚杆施工前，根据锚杆施工部分，分段布设坑外降水减压井，提前5天进行降水减压，以保证锚杆工程顺利施工；2封堵施工导水为主，隔绝黄砂、水泥浆为主；3加大水泥浆水灰比≤0.5，满足施工要求；4因地下高承压水影响，锚杆施工需隔二施一，有效防止串孔。5.2.3定位放线根据设计要求和地质条件，定出孔位做出标记。5.2.4锚索制作锚索上应同时绑扎注浆管与导水管，安放锚杆杆体时，注浆管与导水管均随锚杆一同放入孔内，其中注浆管固定在锚索架线环中间，导水管可用细铁丝绑扎在锚杆杆体上，注浆管管端距孔底为50～100mm，导水管管段需进入到中砂层内部，便于砂层中水在导水管中引出，导水管长度为17m。杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，安好后使杆体始终处于钻孔中心。5.2.5钻机就位作业面场地要平坦、坚实、有排水沟；钻机就位后，应保持平稳，导杆或立轴与钻杆倾角一致，并在同一轴线上。5.2.6钻进施工钻机在钻孔施工时，钻杆为40°进行钻入，因地下水流较大，避免注浆串孔，每隔4根进行钻孔。5.2.7放入锚索钻至设计孔深，放入制作好的锚索。5.2.8初步注浆拔出钻杆前，先由注浆管向孔内初次注入水泥浆，水灰比0.5，为防止钻孔在拔出钻杆后钻孔塌陷堵住注浆管和导流管。5.2.9拔出钻杆初步注浆后，逐节拔出钻杆。5.2.10钻孔封堵正式注浆前，需采用干海带、棉毡、堵漏王对钻孔进行封堵，干海带视现场实际需要量进行塞填入钻孔，之后采用棉毡进行封堵，最后采用堵漏王配合水泥砂浆对钻孔进行封堵密实，仅留有锚索、注浆管及导水管。5.2.10锚杆施工封堵剖面示意图5.2.11一次注浆采用水灰比0.5的水泥浆进行注浆，水泥浆液溢出导水管停止注浆；注浆同时观察导水管的疏水情况，以免导水管堵塞造成封堵材料失效或水泥浆难以继续注入。5.2.12二次注浆二次注浆在水泥浆初凝后、终凝前进行，终止注浆的压力不小于1.5MPa。5.2.13注浆管、导水管封堵二次注浆结束后，进行注浆管、导水管封堵。6材料与设备6.1主要材料本施工工法涉及主要材料详见表6.1表6.1主要材料序号材料名称规格参数用途1水泥P.O.42.5普通硅酸盐水泥高压旋喷桩止水2混凝土管井直径400mm疏干井3碎石/疏干井6.2主要机械设备本工法涉及的主要机械设备详见表6.2表6.2主要机械设备序号机械设备名称型号数量用途1旋喷桩机/3旋喷桩止水2灌浆泵3MPa3水泥注浆3空压机红五环3加压4泥浆泵3PNL3输送泥浆5拌浆机200L3拌制水泥浆液6锚杆钻机XMZ1604锚杆打孔7搅拌机7504注浆液制作7质量控制7.1质量管理小组成立以项目经理为首的质量管理小组，实行质量管理责任制度，签订质量管理责任书，使项目上质量管理落实到人。在整个施工过程中认真抓好工人的质量意识教育，以“质量是企业的生命”为主题，宣传质量工作的重要性，增强每位职工的质量意识。7.2质量控制标准7.2.1上合国际交流中心项目设计图纸7.2.2上合国际交流中心项目《地质勘察报告》7.2.3《建筑工程施工质量验收统一标准》 GB50300-20137.2.4《建筑地基基础工程施工规范》GB51004-20157.2.5《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-20127.2.6《建筑桩基技术规范》 JGJ94-20087.3高压旋喷桩施工技术标准表7.3旋喷桩施工技术检查表序号项目名称技术标准检查方法1钻孔垂直度允许偏差1/100实测或经纬仪测钻杆2钻孔位置允许偏差50mm尺量3钻孔深度允许偏差±200mm尺量4桩体直径允许偏差≤50mm开挖后尺量5桩身中心允许偏差≤0.2D开挖桩顶下500mm处用尺量，D为设计桩径6水泥浆液初凝时间不超过20小时7水泥土强度qu(28)≥1.2MPa。试验检验8水灰比0.8～1.5试验检验7.3.1放注浆管前，先在地表进行射水实验，待气、浆压正常后，才能下注浆管施工。7.3.2高喷施工时隔两孔施工，防止相邻高喷孔施工时串浆。相邻的旋喷桩施工时间间隔不少于24小时。7.3.3浆液水灰比、浆液比重、每米桩体掺入水泥重量等参数均以现场试桩情况为准。施工现场配备比重计，每天量测浆液比重，严格控制水泥用量。运灰小车及搅拌桶均做明显标记,以确保浆液配比的正确性.灰浆搅拌应均匀，并进行过滤。喷浆过程中浆液应连续搅动，防止水泥沉淀。7.3.4严格控制喷浆提升速度，其提升速度应小于10cm/min。喷浆过程应连续均匀，若喷浆过程中出压力骤然上升或下降，大量冒浆、串浆等异常情况时，应及时提钻出地表排除故障后，复喷接桩时应加深0.4米重复喷射接桩，防止出现断桩。7.3.5高喷孔喷射成桩结束后，应采用含水泥浆较多的孔口返浆回灌，防止因浆液凝固后体积收缩，桩顶面下降，以保证桩顶标高满足设计要求。7.3.6引孔钻孔施工时应及时调整桩机水平，防止因机械振动或地面湿陷造成钻孔垂直度偏差过大。穿过砂层时，采用浓泥浆护壁成孔，并添加膨润土，以防垮孔。8安全措施8.1成立安全管理小组，坚持预防为主，作好全过程的安全施工管理，并做到常抓不懈。8.2设备组装时，设立隔离区，由专业人员按程序组装。施工机具设备及安全防护设施，应进行安全检验合格后，方可投入使用。8.3施工人员均需经过三级教育，进入现场必须戴好安全帽，穿工作服和工作鞋，特殊工种作业需持证上岗，定期对班组进行安全技术交底和安全生产教育。8.4开钻人员应具有熟练的操作技能并了解旋喷注浆的全过程和钻机在旋喷注浆的作用。8.5高压泵、钻机、浆液搅拌机等要密切联系配合协作，一旦某部发生故障，应及时停泵停机，及时排除故障。8.6所有临时用电必须由电工接至作业面，其他人员禁止乱接电线。8.7所有的配电箱、开关箱必须编号，箱内电气完好匹配。8.8施工现场的电器设备设施必须有有效的安全管理制度，现场电线电气设备设施必须有专业电工经常检查整理，发现问题及时解决。8.7夜间施工应有足够的照明，并加强夜间施工安全管控工作。9环保措施9.1在施工中严格执行国家颁布的《环境保护法》，在整个施工过程中，严格控制噪音，粉尘等对周边环境的污染，并设专人负责统一管理。9.2现场粉尘控制9.2.1对作业面场地撒水压尘，及时清除建筑垃圾，保持现场的清洁。9.2.2对废弃物集中收回，运至指定地