水泥搅拌桩在多层透水砾砂层地区应用中的问题及对策
李湘春 摘要
结合工程实例,介绍在多层含水层，特别是各含水层局部有连通的地区采用水泥搅拌桩进行外围围护与局部封闭相结合的的方法达到止水目的。对确定多层含水层连通窗口及封闭方法进行说明。 关键词: 多层透水层连通地区的止水方法。 摘要的英文：…….
一、引言
深层水泥搅拌桩用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机在深部将水泥(浆体或粉体)与土强制拌合，使其凝结成具有整体性、稳定性、隔水性、高强度的箱状固体，隔断目标区内外地下水的联系，保证作业区的降水作业条件，保证作业安全与工作进度，降低施工成本等，起到了很好的作用。 我国各软土地区工业与民用建筑地基加固中得到越来越广泛应用，特别是深基坑围护施工中，深层水泥搅拌桩作为挡水围护层的作用已使用得非常普遍，施工技术也非常成熟和普及。但在多层含水层，特别是含水层局部有连通的地区，如何确定水泥搅拌桩的合理深度，兼顾施工进度、开挖难度及节约投资等综合效益，认识一个值得探讨的问题。 本文以广东珠海北部兆宏物流中心工程为例，介绍在多层含水层，特别是含水层局部有连通的地区，如何确定水泥搅拌桩的合理深度，兼顾施工进度、开挖难度及节约投资等综合效益。 二、工程概况
兆宏(富民)物流中心工程位于珠海市北部，占地面积6.5万平方米。场地为中等复杂场地，地基为中等复杂地基。总建筑面积 18万平方米，工程由4栋商贸楼组成，其中地下室一层、裙楼四层、塔楼十层，高47米。地下室周长1300m，开挖深度为4.7m。
场地工程地质条件
场地原为海陆交互相地貌，现已回填，场地地势较为平坦。 根据钻探揭露，场地内埋藏的地层自上而下分为8层：
1、素填土层（Qml）①: 结构松散，分布全场区，为砂性素填土，主要由人工回填的粘性土、砂组成，各钻孔均遇见，层厚2.10（钻孔16号）～4.90（钻孔32号）米。
2、第四系海陆交互相沉积层（Q4mc）:由淤泥②、砾砂③、粘土④、砾砂⑤组成，现分述如下：
1）淤泥②：黑灰色，由粘性土、有机质混少量的砂及贝壳碎屑组成，②埋深2.10～6.50米，分布全场区，属高压缩性的软弱土层。层厚0.30 ～2.80米。
2）砾砂层③：灰黑色，由石英质砂混淤泥质土和少量贝壳碎屑组成，湿度饱和，密度松散，层厚0.50 ～4.20 米。埋深2.60～5.60米，
3）粘土④：灰白、褐黄色，由粘性土混少量的砂组成，层厚0.00～6.90米。埋深5.30～11.70米。
4）砾砂⑤：灰白色为主，由砂混少量的粘性土、贝壳碎屑组成，层厚1.30 ～12.00 米。埋深5.10～12.70米。
3、第四系残积(Q4el )砾质粘性土⑥层: 灰白、黄褐、红褐色，系花岗岩风化残积而成，分布全场区，层厚1.10～11.30米，埋深介于7.10～17.20米。
4、燕山期(ry)全风化花岗岩⑦:灰白、黄褐色，分布全场区，层厚0.90～15.40米，埋深介于12.30～24.10米。
5、燕山期(ry)强风化花岗岩⑧:⑧分布全场区，揭露厚度3.70 ～29.20米。埋深19.30～33.50米，。
上述各地层的分布情况典型地质剖面图见图1。
图1 典型地质剖面图
地下水类型、赋存与补给
场区内赋存于第四系地层中的为上层滞水～潜水类型，主要受大气降水补给影响，素填土层透水性不均匀；砾砂层③⑤均为强透水性地层；淤泥、粘土、残积砾质粘性土层为相对隔水层。赋存于燕山期花岗岩风化带中的为基岩风化带裂隙水，全、强风化花岗岩层为弱透水性地层，受上部地下水等补给，具微承压性。区内混合稳定水位埋深－2.0～－2.50米。
对地下室范围内的土试样进行了室内渗透试验，其渗透系数K(米/天)统计如下：
表9： 土类及编号 统计件数 范围值(米/天) 平均值(米/天) 素填土① 10 0.563～3.408 1.383 2.92×10-4～7.52×淤泥② 8 4.75×10-4 -410 砾砂③ 10 4.54～14.17 7.50 粘土④ 6 0.051～0.363 0.112 砾砂⑤ 8 5.61～23.16 11.83 三、基坑支护工程概况：
基坑支护采取水泥搅拌桩加锚杆加挂网喷锚方法。基坑外围采用双排深层搅拌桩搭接形成止水帷幕，在锚杆施工前起超前支护作用和止水作用。搅拌桩桩径为550㎜，桩间距为350㎜，排距为400㎜，搅拌桩深度为7.5m、8m、10m和16.5m，设计要求桩端穿过第1层砂层进入不透水层1米。开挖面设置四排锚杆, 竖向间距和水平间距均为1.20m，长度7--15m。沿搅拌桩内侧直立开挖。坡面挂网并喷射100mm厚C20混凝土护面。锚杆采用非预应力锚杆，杆体采用Φ48钢管，钢管上钻Φ6花眼，梅花状布置，间距300㎜，锚杆上焊倒刺，倒刺采用角钢25×25，长40㎜，间距600㎜，锚杆施工采用自进式成孔法施工，钢管中注水泥浆。
四、工程难点与施工部署
从施工区域地层、水文、基坑开挖与基础施工条件分析，区内混合稳定水位埋深－2.0～－2.50米。淤泥、④⑥层粘土、残积砾质粘性土层为相对隔水层。砾砂层③、⑤均为强透水性地层；砾砂③埋深2.60～5.60米，层厚0.50 ～4.20 米。砾砂⑤埋深5.10～12.70米，层厚1.30 ～12.00 米。基坑开挖深度为4.9m，
仅从开挖深度需要考虑，挡水目的层为第③砾砂层。只要用水泥搅拌桩隔断第③砾砂层场区内外的联系，即可隔断场区外地下水的流入，达到围护止水的目的。据此，基坑支护搅拌桩止水设计以隔断第③砾砂层未布标，以第④层粘土层为隔水层，搅拌桩进入第④层粘土层终孔。预算基坑支护投资480万元.
施工前进一步的深入分析发现，本区透水层位第③层和第⑤层砾砂层中间所夹的第④层粘土层分布厚度不均匀，呈南厚北薄的楔形插入。在中部21、南边22、23线剖面上相对稳定，在19线的东部78、79号钻孔处以及20线东部钻孔86、87处尖灭消失；在北部18线处极不稳定，在64、65、67钻孔处消失，在66号钻孔处成透镜状。
由此状况分析，第③层和第⑤层砾砂层中间的第④层粘土层，只是砾砂层中间的不规则夹层状分布体，厚度不均匀，且有尖灭消失地段。根据钻孔资料绘出粘土层④的平面分布图，显示设计混凝土搅拌桩围成的防水圈内，第③层与第5层砾砂岩有三个面积800-1200平方米的连通窗口，见下图。
基坑设计南部搅拌桩深度7.5米，该设计是以第③层为挡水目的层，虽然设计7.5米搅拌桩可以挡住第③层砾砂岩的地下水，但第⑤层砾砂岩的微承压水有可能从三个连通的窗口进入第③层而进入防护区，使得以第③层防护目的层的止水施工失效。
为了保证搅拌桩止水效果，初步计划将所有止水桩加深到以第5层砾砂层防护深度，水泥搅拌桩进入第 ⑥ 层粘土层1米，搅拌桩深度14-18米，费用增加
150万元。但在试桩时出现水泥搅拌桩桩机无法穿越南部与西部的第四层粘土层。此时，如采用成孔灌注桩或地下连续墙等施工工艺，则施工难度加大，费用增加3至5倍以上，且工期不能满足要求。
为了解决上述矛盾，通过进一步分析与计算。发现三个“连通窗口”的地质、水文情况又各部相同。1号“连通窗口”面积1200余平方米，第③层和第⑤层砾砂层完全连通，且厚度较大，达到12米。该处地下水标高较高(-2.5米)、流速快（25m/天），流量大。2号“连通窗口”面积800余平方米，但连通的砾砂层较薄，平均2.5米，且顶部标高较低，为-4.2米，即比开挖面标高高出0.5米；3号“连通窗口”面积1000余平方米，连通的砾砂层平均厚4.5米，顶部标高-3.2米；但该处砾砂层含泥量较大，透水性相对较弱，流速8米/天。
针对上述情况，设计、监理、施工单位充分研究施工条件后，为保证工期、节约投资、保证施工安全角度出发，确定对三个“连通窗口”分别采取局部封闭的对策。
在3个“连通窗口”周边增加地质钻孔，准确确定“连通窗口”边界后，围绕窗口增加一道搅拌桩挡水，隔断第5层地下室进入第三层砾砂层的通道。
六、施工情况与效果
在各“连通窗口”周边增加地质钻孔。准确确定了“连通窗口”边界。围绕窗口增加一道双排深层搅拌桩搭接形成止水帷幕，在施工前起超前支护作用和止水作用。搅拌桩桩径为550㎜，桩间距为350㎜，排距为400㎜，搅拌桩深度为14m至16.5m，特别强调水泥搅拌桩桩位设置，要求桩身必须与第4层粘土层相接，桩端穿过第5层砂层进入不透水层1米；隔断第5层地下水进入第三层砾砂层的通道。水泥搅拌桩止水帷幕上设置锚杆与挂网喷锚，其要求与基坑外围支护相同。
完成上述施工部署后，3个“连通窗口”及其周边止水效果良好，局部因搅拌桩与第4层粘土层结合不佳 有少量地下水渗入，基本不影响地下室开挖。
七、小结
1、在滨海、海陆交互相、湖陆交互相沉积地层地区，多层透水层存在是普遍的地质现象。在该类地区进行工程建设，特别是进行基坑、深基坑围护施工过程中，查明各透水层是否存在连通通道是一个值得重视的施工问题。如果忽视了
下部透水层与上部透水层存在的通道，就会出现地下水“围而不止”的情况，围护结构有同于无，对工程安全、质量、投资及进度造成危害。
2、准确查明多层透水层是否连通，除地质勘查工作的细致与准确外，设计人员、监理人员与施工管理人员的充分重视、认真分析，是非常重要的。
3、在多层透水层地区存在一个或多个连通窗口时，采用水泥搅拌桩局部封闭是可行的。其关键点是及时发现与准确确定这类年头窗口的位置、大小与边界，同时要注意地下水流速与流量影响。
4、多层透水层地区止水施工应该是一个较为普遍的现象，还需要进一步总结与寻找更为经济、先进、有效的方法。