摘要：本文以拉林铁路藏木特大桥拱座基础开挖为例，总结了双浆液注浆止水开挖技术在空间狭小且地层为碎石回填与强风化花岗岩这类导水性极强的施工场地中的应用。
关键词：富水填石；深基坑；双浆液；注浆止水
1 工程概况
拉林铁路藏木雅鲁藏布江双线特大桥位于藏木水电站上游1.2km处，全桥孔跨布置为（39+32）m连续梁+430m中承式钢管混凝土拱+（28+34）m连续梁，主拱为提篮拱结构，主桥拱座除小里程右幅采用整体嵌固基础外，其余采用竖向群桩、斜桩与承台基础相结合。
开挖拱座位置大面积处于水平面之下，且施工区域内为藏木水电站弃渣场，回填区域内为碎石土层和强风化花岗岩，节理裂隙发育，破碎度高，土体缝隙大，导水性极强。基坑底开挖后与常水位高差有8.5m。
图1 拱座基础场地在库区蓄水前后的地质图
2 方案比选
常规深基坑施工一般采用筑岛回填然后加钢板桩围堰或者水上钢围堰、水上沉井施工。本桥拱座基础位于库区与省道公路旁，且基础位置为弃渣场，库区蓄水后，开挖难度大，无法进行水下爆破，选用水上钢围堰或者水上沉井施工方案几乎不可能。故需要先进行拱座基础回填筑岛，再根据实际情况选定防护开挖方案。
项目深基坑注浆止水开挖方案咬合桩施工方案
内容回填筑岛后，采用潜孔钻打孔，采用注浆机进行双浆液帷幕和封底注浆止水，然后在无水状态下进行混凝土护壁逆做法开挖。回填筑岛，形成场地，然后采用跳打冲孔形成咬合桩，部分漏水地段需重新补打或注浆，最后拱座开挖。
优缺点能保证基坑开挖安全，结构稳固，后期开挖时，不需要额外的钢结构围堰，费用较高。能保证基坑开挖安全，结构稳固，工艺较为成熟，但费用高，工期长，而且在富水填石地段施工难度大。
根据方案对比，由于地层岩石较大，较破碎，费用相差不大，但咬合桩在该种水下地层施工过程中风险不可控。最终采用先注浆止水，再混凝土护壁逆做法开挖的方案。
3.主要施工技术
3.1注浆止水施工
3.1.1工程特点及难点
（1）拟建基础场地经两次抛石填平，两次抛石分别为大块片石及碎石土，均匀性差、结构松散，孔隙率高，强透水，此外，碎石土孔隙中多有填充物，其遇水软化，基坑开挖时易失稳。同时，在拱座基坑开挖后，将与库区水位产生8.5m水头差，使得基坑易发生管涌等灾害。
图2 拱座基础场地回填后场地图
（2）抛石层下方为强风化花岗岩，其节理裂隙发育，破碎度高，导水性极强，与库区蓄水存在水力联系，水源补给强。
（3）抛石层与下方的完整花岗岩形成了明显的土岩交界面，稳定性差，导水通道发育，水力联系强，也是注浆堵水及加固的重点。
3.1.2注浆止水相关参数
序号参数名称径向注浆
1加固范围周边帷幕及基坑封底
2扩散半径0.75-1.5m
3注浆管直径Φ20mm
4钻孔直径110-130mm
5孔间距1.5m、3.0m
6水泥标号P.O42.5
7水玻璃浓度40Bé
8水玻璃掺量12%-18%
9注浆压力1.0-3.0MPa
3.1.3施工方法
筑岛平台止水施工分两步进行：一为帷幕注浆，二为封底注浆，且采用分区分序分段的方式进行。
（1）分区施工：为了节省工期，我们先施工下游拱座基础区域，当下游拱座区域施工完成后，即可开挖下游拱座基础区域，然后上游拱座基础区域可同时进行注浆止水施工。
图3 注浆止水分区施工示意图
图4 注浆止水分序施工示意图
（2）分序施工：注浆施工过程中，每环注浆孔应考虑分三序注浆，通过后一序注浆来检测前一序注浆效果，边注边探，探注结合，保证注浆效果。
其中第一序孔作为探查孔使用，掌握注浆区域地下水分布、地层及孔隙大小等，为后续孔施工提供依据和参考，同时，后续注浆钻孔还兼作前序孔注浆效果的检查孔使用，以及时了解前期注浆浆液的扩散情况（扩散方向、范围、充填程度和结石体的固结强度等）。
图5 第1序钻孔 图6 第3序钻孔
图6可以看出在1、2序孔完成注浆后，3序孔在钻孔时已无多少地下水溢出，此时则可以相应减少注浆量。
（3）分段施工：为防止地层中浆液不均匀扩散，提高整体注浆止水效果，同时考虑地层为抛石层及裂隙发育的花岗岩地层，一次成孔注浆容易造成塌孔卡钻以及浆液达不到预期扩散加固范围，故采用前进式分段注浆工艺，即由浅入深，由上往下，逐段加固，逐层推进，每个注浆孔考虑分两段进行施工，每段长度根据地层分布情况而定，保证岩土交界面及基岩裂隙注浆到位。
3.1.4钻孔注浆施工
（1）注浆平台搭设：由于施工时正值冬季，且注浆管为φ20mm锌管，管径较小，注浆时管内浆液容易受冻凝固而影响注浆，所以注浆平台与钻孔平台高差尽可能要大，这样注浆后残余的浆液可以顺管流处，不会受冻凝固，且可加快注浆速度。
图7 设置在拱座上方的注浆平台
图8 顺坡而下的注浆导管
（2）钻孔施工：帷幕与封底钻孔采用潜孔钻机成孔，在钻孔前进行放线定位，开孔时要轻加压，慢速，防止把钻孔钻斜，钻错方向。为了保证注浆的有效性，钻孔要保证进入设计深度。
①帷幕孔钻孔：帷幕孔共布置两排，孔距1.0m，排距1.5m，梅花形布置。
帷幕孔钻孔按三序两段进行，帷幕孔深度为13m左右（回填层与花岗岩强风化层厚度在9-10m），外排孔跟管12m，内排孔跟管11m。在回填层钻孔时为防止塌孔，采用Φ154mm套管跟进钻孔，第一段帷幕孔成孔孔深11-12m，跟108mm钢管，钢管上按30cm梅花型间距布置注浆小孔，进行焖盖注浆；第二段钻孔在第一段注浆结束后进行，复钻至设计孔底标高，复钻钻头直径为Φ90mm，再用Φ20mm的小钢管伸入孔底注浆。跟管的108mm钢管和小钢管不取出，以提高基坑的侧向稳定性，保证基坑开挖安全。故帷幕孔的钢管起到两个作用，一是保证前期成孔稳定，不塌孔，二是增加基坑侧向刚度，提高基坑稳定性。
图9 直径108跟管可提高基坑侧向刚度
②封底孔钻孔：封底孔考虑一次成孔就位，孔底按进入拱座底以下3.0m控制，满布于基底，孔距3m，排距3m，梅花形布置，成孔深度12.5m，开孔孔径110-130mm，孔口跟108mm钢管3m，作为孔口管，防止塌孔。封底注浆孔靠山体一侧的，若基岩面比较浅，则钻孔深度以超过拱座（基坑）轮廓线并进入花岗岩层2.0m为准。
（3）注浆施工
①注浆材料及压力：采用水泥—水玻璃双液浆，可以克服单水泥浆凝结时间长且难以控制、动水条件下结石率低的缺点，提高注浆效果，扩大注浆范围，且浆液的可控性好，胶凝时间可通过水泥与水玻璃配合比控制。针对本工程中地层的差异性，在上部松散砾石层及碎石土中注浆时，需调低双液浆的水玻璃掺量，实际注浆时掺量控制在10%-12%左右，注浆压力为1-1.5MPa；在下部含水地层中注浆时，为保证注浆的有效性，减短胶凝试讲，水玻璃参量控制在16%-18%，注浆压力为1.5-3MPa，最后封孔时水玻璃参量为25%，防止浆液从孔口溢出。
②注浆工艺：采用前进式分段注浆工艺及定点注浆工艺，注浆时根据探查孔揭露的地质水文情况，当遇到富水、节理面等情况时，减少注浆段距；当钻孔过程中孔内有水涌出，则停止钻进，立即注浆。
图10 一段钻孔溢水
图11 二段钻孔时已无水
③注浆顺序：现外后内，先帷幕后封底，先深后浅，浆液先稀后浓。
图12 先进行帷幕孔注浆 图13 再进行封底孔注浆
④帷幕注浆：帷幕孔采用两段注浆，第一段在跟管到位后进行，注浆采用钢管上加闷头连注浆管注浆。第二段在第一段注浆完成后复钻至设计孔底时进行，第二段注浆时下3根φ20mm注浆管（此情况一般是第一序施工时采用，第二序可能只需要2根φ20mm注浆管，第三序可能只需要1根φ20mm注浆管），第一根管到水平面往下4m位置（在外套管和108mm跟管外侧之间），第二根管到跟管位置，第三根管到复钻孔底位置（低于承台基础底面且入岩不小于2m）。
图14 帷幕孔下3根φ20mm注浆管 图15 封底孔下2根φ20mm注浆管
⑤封底注浆：封底注浆采用下双20注浆钢管的方式进行，一根钢管至基坑底标高，一根至设计孔底标高，二者之间加止浆塞，分两段进行。上部采用低压浓浆以填充注浆孔道为目的，下部采用高压浓浆，以有效封堵基底孔隙及裂隙。
⑥注浆结束标准：在满足注浆效果的前提下，注浆结束标准采用定量定压相结合，以定压注浆为主的方式进行控制。注浆前期在注浆压力较小的前提下，主要以增大浆液扩散范围为主，可适量增加注浆量；当浆液加固范围接近满足注浆结束要求时，以注浆压力为控制指标。为减少注浆成本，当经过分析浆液扩散距离远远超出设计范围时，或注浆压力长时间不上升时，则调整浆液配比，缩短凝胶时间，并采取间歇注浆措施，以控制浆液扩散范围。或孔口有浆液溢出，也可以结束注浆。
图16 孔口有浆液溢出则结束注浆
⑦补充注浆
在注浆施工完毕后，基坑开挖过程中，若出现较大渗水情况，可考虑补充注浆，补充注浆采用煤电钻成孔，浆液选用双液浆。工程施工中通过帷幕注浆、封底注浆及补充注浆保证基坑达到安全无水开挖。
3.1.5注浆止水注意事项
（1）注浆孔位要准确，定位偏差应小于5cm，孔低偏差不大于孔深的1%～2%。
（2）对于前期注浆加固好的区域，后期可以适当减少注浆量；相反，对于前期注浆加固薄弱的区域，可以适当增加注浆量。其目的是保证注浆后不留盲区，不留薄弱点，尽量减少补充注浆的工程量，缩短注浆工期。
（3）注浆过程中，要时刻注意泵口及孔口压力情况，注意周围跑浆、鼓包等现场，包括周边建筑物的情况，发现问题，及时处理；要经常测定混合器浆液的凝胶时间，防治由于泵及管路故障，造成浆液比例改变。注浆过程中，如发现孔口及工作面漏浆，要采取封堵、缩短胶凝时间及间歇注浆的措施进行处理。同一注浆孔中遇下列情况应停止注浆：地坪发生大于2mm的抬升；压力骤增；孔口大量冒浆；邻孔冒浆。
（4）若对检查孔进行观察发现成孔不完整，出现涌水、涌泥、涌砂、坍孔等情况，记录下裂隙孔所产生的孔位，在基坑注浆孔布孔平面图上绘出走向，对裂隙带采用双液高压封堵注浆。
（5）注浆过程中对于三序注浆要充分利用钻探结合的方式来探查水位。
（6）做好钻孔、注浆记录，为分析注浆效果提供依据。如记录每节钢管钻进时间以判断地质情况，根据情况缩短钻孔深度；记录溢水情况，在溢水较多的区域缩短孔距，增加注浆量等。
图17 止水前开挖地下水较大 图18止水后基坑开挖
3.2基坑开挖施工
拱座承台基坑开挖深度约9.5m，由于施工场地的限制，基坑无法放坡开挖，由于注浆后回填层的固化稳定及钢管桩的存在，决定采用混凝土护壁逆做法垂直开挖基坑。
（1）基坑开挖
为保证安全，开挖过程分层进行。基坑上部3m范围内每层开挖1m，下部7m范围内每层开挖0.5m。每层采用垂直分段开挖并绑扎连接钢筋浇筑护壁混凝土，施工护壁上口宽80cm，下口70cm。
基坑开挖过程中同步施工钢桁架内支撑。开挖过程中视渗水情况做φ1m的排水井排水。开挖土石方经由运输车运至弃渣场。施工中密切关注渗水情况，如渗水量过大则停止进行开挖，对渗水部位外侧进行补注浆止水。
图19 同步施工钢桁架内支撑
（2）基坑顶部位移监测
基坑第一步开挖完毕后，基坑四周设置变形观测点（每个面设置4个观测点），对基坑进行变形观测。变形观测采用坐标观测法进行观测，即用全站仪架设于某稳定基准点，观测测点坐标，取三次平均值作为初始值。本次观测值与前次观测值之差为该点累计位移量。在基坑开挖期间每天监测2次，分别在开挖前和开挖后监测，变形较大时每天测2～3次。
4.技术总结
富水填石地层深基坑止水和混凝土护壁逆做开挖施工关键技术，因地制宜，采用可靠、安全、合理、经济的工艺方法完成了水下拱座的施工，节省了材料，确保了工期，降低了施工安全风险，创造了良好的经济及社会效益，为高原填石区域同类桥梁的施工提供了可借鉴的范本。
参考文献
[1] 《水电水利工程钻孔压水试验规程》（DL/T5331-2005）
[2] 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）
[3] 《建筑工程水泥—水玻璃双液注浆技术规程》（JGJ/T 211-2010）
[4] 《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012
[5] 《建筑变形测量规范》JGJ8-2007
[6] 《水工建筑物岩石基础开挖工程施工规范》DLT 5389-2007
作者简介：
王建盛，男，53岁，西藏铁路建设有限公司，工程师，华东交通大学本科毕业，工学学士。
论文作者:王建盛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/27
标签：注浆论文; 基坑论文; 钻孔论文; 浆液论文; 帷幕论文; 地层论文; 水玻璃论文; 《基层建设》2019年第1期论文;