悬挂式止水帷幕结合灌注桩在深基坑支护工程中的应用

悬挂式止水帷幕结合灌注桩在深基坑支护工程中的应用

摘要：从工程应用出发，较系统地论述了单管搅拌止水帷幕桩与灌注桩、预应力锚杆形成的组合挡土壁在挡土、止水方面的特点，并通过工程实例，系统地介绍组合挡土体系的设计方法和止水帷幕的施工穿插、组织管理、质量检验及应用效果评价等。

关键词：单管搅拌、止水帷幕、深基坑、灌注桩、组合挡土壁

Abstract: from the engineering application perspective, this paper systematically expounds the single pipe mixing waterproof curtain piles and piles, the combination of prestressed anchor soil retaining wall formation in soil retaining, check the characteristics of the water, and through engineering examples, a systematic introduction combination of the system of retaining the design method and stop water heavy curtain with the construction, organization and management, quality inspection and application effect evaluation, etc.

Keywords: single pipe stirring, waterproof curtain, deep foundation pit, the pile soil retaining wall, combination

一、概述

近年来我国城市建筑发展迅速，高层建筑越来越多，深基坑工程愈来愈多，在城市深基坑施工过程中，由于受到周围环境的制约，需要采用基坑支护结构以保证基坑边坡的安全稳定及周围邻近建筑物的安全和地下结构的正常施工。目前常用的支护形式有土钉墙、灌注桩、钢板桩、地下连续墙。在地下水位较高时，基坑支护必须解决好挡土和挡水两方

面的问题。本工程主要是根据地质特点，上部采用土钉墙，下部采用成排灌注桩结合预应力锚杆形成桩锚体系，以解决挡土问题。

止水帷幕是在深基坑土方开挖和地下结构施工时防止地下水从坑外渗流至坑内的止水措施，以保证基坑基本干燥，使基坑土方开挖和地下结构施工得以顺利地进行和基坑周边不因土体中地下水渗流而产生过大的位移变形和水土流失。帷幕桩与已有的混凝土灌注桩密切结合，在不连续的灌注桩之间增设帷幕桩，灌注桩与帷幕桩互相咬合，从而形成一排连续的止水帷幕和联合挡土墙。这种组合的特点是，由桩锚体系为主，抵抗土压力产生的变矩，而帷幕桩主要用于桩间挡土和阻挡坑外地下水向坑内的渗流。

本文以深基坑支护的工程实例，对所选方案进行计算与分析比较，证明该方案效果良好。

二、工程概况

该工程是从首都机场进入北京城道路上的地标性建筑物，位于北京市朝阳区望京，是一座集办公、商业于一体的大型综合项目。整个建筑群由三栋塔楼（T1、T2、T3）和三栋小商业楼（P1、P2、P3）组成，T1地上25层，T2地上26层，T3地上46层，最大建筑高度为200m；所有地上建筑在地下部分均为一个整体，车库部分地下三层，塔楼局部区域地下四层，项目总建筑面积521265m2，地上建筑面积392265m2，地下建筑面积129000m2。基坑形状成“V”字形，基坑东西长393m，南北长207m，基坑上口周长约1060m，基坑面积为47857m2，土方开挖量约80万方。±0.00相对绝对高程为37.15m，场地平均相对标高为-0.5m,车库坑底标高为-14.75m，T1和T2塔楼坑底标高为-22.2m，T3塔楼坑底标高为-22.95m，基础形式为筏板基础+柱下承台，基础底板厚度分别为600mm、1000mm、1500mm、1800mm、2000mm、2200mm、2500mm、2800mm、

3200mm，局部集水坑标高-28.16m。

三、工程地质与水文地质条件

本工程所在的北京市区西、北及东北方向三面环山，东、南及东南面为广阔的平原区（北京平原）。地貌单元自西部山前向东部平原区，由冲、洪积扇过渡为冲积平原区，地层岩性构成也相应地自西向东由碎石土、砂土渐变至以粘性土、粉土为主的交互地层。根据现场勘探、原位测试与室内土工试验成果的综合分析，各土层的具体岩性特征参见表1。

表1 地层岩性特征一览表

本工程岩土工程勘察期间（2010年3月中旬～下旬）于钻孔中实测到4层地下水，具体地下水水位情况参见下表。

四、设计方法

目前北京地区比较成熟的支护形式有：护坡桩与锚杆支护、悬臂柱支护、上部土钉墙（挡土墙）下部桩锚支护、土钉墙支护、挂网喷支护、微型桩复合土钉墙支护和地下连续墙支护几种。

本工程基坑开挖深度为14.0 m、21.4m、22.1m，属于深基坑，根据几种支护形式的适用范围、安全性及经济性特点，结合本工程基坑各部位的开挖深度、基坑周边环境条件、场区内地质与水文条件，本工程上部采用土钉墙（挂网喷），下部采用桩锚支护的支护方式。经过水压力、土压力计算分析，选取灌注桩桩径800 mm，混凝土强度等级为C25，间距1600mm，共计649根。车库部分桩长12m，卡固3.45m,配筋为9B25，A8@200；T1

和T2塔楼B4层部位：桩长20.7m，卡固4.95m,配筋为12B25，A8@200。

对于北京地区来说，常用截水方案的特点进行对比。

表3截水方案对比表

方案 适用特点及截水效果 造价 工期

地下连续墙 适用于不具备放坡条件，周边荷载较大的基坑，截水效果很好 很

较长

高

护坡桩+桩间帷幕桩 在护坡桩之间设置帷幕桩，通过护坡桩与帷幕桩搭接阻水，施工工艺简单，施工质量易控制 中等 较短

支护结构+外侧帷幕桩 截水效果较好，与支护结构无施工工序冲突，但需要必要的施工空间，且工程量较大 较高 较长

水泥土桩+型钢 对场地要求不高，截水效果相对较好，但工艺较复杂。 高 长

结合本工程的实际情况，决定采用在两根灌注桩之间设置帷幕桩的方案，通过护坡桩与帷幕桩的相互咬合，形成连续的截水帷幕墙，可在合理的工程造价下达到较好的止水效果。

本工程经综合考虑分析，确定在每两根灌注桩之间布置两根帷幕桩，采用φ600的截水帷幕桩，桩长设计为7.0m，相邻帷幕桩桩间距为450mm，搭接宽度约150mm，与相邻两根灌注桩的咬合宽度约为110mm，从而形成较为完整的隔水体系。经相关计算，确

定其设计参数如下：

表4帷幕桩设计参数一览表

五、施工方法及组织管理

5.1帷幕桩施工工艺

帷幕桩采用专门的帷幕钻机钻孔，与护坡桩施工同步穿插进行。先施工帷幕桩，再施工灌注桩，灌注桩咬合先施工的帷幕桩，从而形成连续的止水挡土体系。

5.2施工工艺流程

定位→预搅下沉→制备水泥浆→提升喷浆→复搅复喷→清洗→移位→重复上述步骤。

（1）测放桩位

根据现场的引测测量标志点,校核已施放的轴线；根据校核后的轴线，按桩位平面布置图进行桩位测放。

（2）钻机就位

机械就位时将机具对准桩位中心，保持机械水平。

（3）制备水泥浆

待钻至一定深度时，按设计确定的配合比拌制水泥浆，在压浆前将水泥浆倒入集料斗中。水泥浆水灰比0.8～1.0。

（4）提升喷浆

钻杆下沉达到设计深度后，开启灰浆泵压入地基中，并且边喷浆、边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升钻杆。

（5）重复上、下搅拌

钻杆提升至设计加固深度的顶面标高时，集料斗的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将钻杆边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将钻杆提升出地面。

（6）清洗

向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在钻杆的软土清洗干净。

（7）移位

重复上述（2）～（6）步骤，进行下一根桩的施工。

5.3帷幕桩施工技术要求

（1）钻孔垂直度在0.5%以内，桩位偏差在2cm以内。

（2）浆液的配制

①浆液宜选用P.S.A32.5水泥。

②水灰比0.8～1.0。

（3）校正钻杆的垂直度，为保证钻孔垂直，钻孔速度要稍慢。

（4）每次喷浆停止和开始前都要打清水冲注浆管。

（5）开钻前用胶带或粘土封喷嘴（或用能被高喷打开喷嘴的材料封喷嘴）。

（6）对于-9.0m～-14.0m的土体复搅复喷2～3次，以提高成桩质量。

（7）施工允许偏差：垂直度： ≤1%桩长；钻孔直径：≤10mm

5.4施工组织

本工程施工复杂，穿插多，在施工初期及施工中作了详细的组织工作，实践证明，良好的组织管理有利于施工的顺利进行。

（1）施工前熟悉场地自然地质条件、水文地质条件，编制切实可行所施工方案。包括工程概况、设计参数、施工准备（人、机、料）、理论设计计算、工期计划、施工方法、安全措施等；

（2）确定岗位责任制，作到岗岗有人，各负其责，树立质量第一的思想；

（3）在施工前要求对设备进行严格检查调试，力争在施工中设备连续运转；

（4）组织项目施工技术、管理人员学习国家及地方规范规程相关条文，了解各项参数指标和有关施工强制性规定，严格按规范和方案要求施工；

（5）组织项目技术人员、管理人员熟悉图纸，了解工程情况和工程施工内容，理解施工图各种设计技术要求和各项指标；

（6）将各项技术、安全、施工要求等以书面形式下发至施工人员手中，做好逐级交底；

（7）必须设专人记录整个施工过程，对于现场发现的问题，技术人员必须马上处理，确保工程安全和工程质量。

六、结束语

悬挂式搅拌止水帷幕桩设计、施工基本上是成功的，止住了本工程的第一层层间水（水位埋深8.60m～11.10m），根据水文地质资料，本工程基坑开挖深度基本上都在第二层层间水以上，所以采用悬挂式止水帷幕，大大节约了造价。对个别帷幕的渗漏水点和坑内局部明水，现场在坑内布置了一定数量的降水井，并结合明坑、明沟的方式进行强行降水。局部柱下墩、集水坑、电梯坑采用下单根降水井管，把明水集中后再进行抽排的方式进行降水。

经过现场检验证明，悬挂式止水帷幕结合灌注桩的挡土和挡水效果较好，深基坑开挖后坑内基本保持稳定状态。且该种方法造价不高，施工速度快，在一定条件下很值得推广应用。

参考文献：

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。