地下水綜合治理技術(shù)

本工程地理位置特殊，距離長江最近僅20m，樁基礎(chǔ)施工期間要跨越長江洪水期，蓄水期。水位高度長期在175m左右，而樁底標(biāo)高平均在155m左右，地下水水頭高于樁底標(biāo)高約20m。且場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，土質(zhì)條件主要以雜填土層、砂卵石層組成，極易發(fā)生塌孔、涌水、流砂，樁基施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。

場(chǎng)地總的趨勢(shì)為南邊及中間高，北側(cè)及東、西兩側(cè)低，基巖面總體上由東向西傾斜；場(chǎng)地基巖劃分為強(qiáng)風(fēng)化帶及中等風(fēng)化帶，基巖面最低點(diǎn)位于場(chǎng)地東側(cè)，標(biāo)高為 155.19m，最高點(diǎn)在場(chǎng)地中南部，標(biāo)高為 207.5m， 相對(duì)高差為 50m 左右。

土層概況

含水層分布

根據(jù)詳勘報(bào)告，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地質(zhì)復(fù)雜多變，場(chǎng)區(qū)內(nèi)含水層分布不均勻

止水帷幕：

項(xiàng)目部進(jìn)場(chǎng)后，根據(jù)設(shè)計(jì)顧問及業(yè)主要求，前后共進(jìn)行三次止水帷幕試驗(yàn)，驗(yàn)證止水帷幕的地下水治理有效性。

首次止水帷幕試驗(yàn)，設(shè)計(jì)理論水泥用量168噸，實(shí)際用量約242噸。每米水泥理論用量250kg/m，實(shí)際水泥用量約340kg/m~458kg/m。

鉆芯取樣

止水帷幕施工完成28天后，沿止水帷幕墻身全長鉆孔取芯，砂卵石層未形成固結(jié)體，砂卵石為松散狀態(tài)。原設(shè)計(jì)的止水帷幕效果無法滿足止水要求。

第二次高壓旋噴注漿止水帷幕咬合點(diǎn)砂卵石層未形成固結(jié)體，砂卵石為松散狀態(tài)。

液壓注漿止水帷幕咬合點(diǎn)砂卵石層未形成固結(jié)體，砂卵石為松散狀態(tài)。

止水帷幕效果分析

三次止水帷幕試驗(yàn)位置分別選擇雜填土層、砂卵石層較厚，砂卵石層底標(biāo)高較低處，驗(yàn)證了最不利地質(zhì)條件下止水帷幕情況。三次試驗(yàn)均未能取得預(yù)期效果，經(jīng)分析，針對(duì)高壓旋噴注漿止水帷幕工藝本身認(rèn)為：

項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜，地層由上到下主要由三部分組成：雜填土層，砂卵石層（砂層），基巖層（泥巖）。

雜填土層厚度分布不均勻，厚度由場(chǎng)地中部向近江側(cè)依次遞增，且土層內(nèi)孤石、舊建筑基礎(chǔ)、人工填土、建渣成分復(fù)雜，高壓旋噴在雜填土層內(nèi)無法有效成型。

砂卵石層厚度分布不均勻，且卵石顆粒大小不一，注漿時(shí)無法保證有效的成型半徑。

針對(duì)場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件及國內(nèi)地下水治理方法，對(duì)多種方法進(jìn)行試驗(yàn)，先后進(jìn)行了三重管高壓旋噴止水帷幕、液壓注漿止水帷幕、深井降水試驗(yàn)。

結(jié)合各種治理方案的試驗(yàn)情況，確定采用“連續(xù)抽水帷幕+坑內(nèi)疏干降水”的治理方法。

降水帷幕方案設(shè)計(jì)：

長濱路靠近長江，在長濱路沿線以及T6靠朝東路側(cè)每隔8-12m左右設(shè)置降水井，形成抽水帷幕。共成井32口帷幕井。

場(chǎng)區(qū)內(nèi)根據(jù)砂層厚度布置降水井，疏干砂卵石含水層水體，降低水頭高度，防止抗壓樁人工挖孔過程中發(fā)生突涌冒砂現(xiàn)象。共成井29口疏干井。 

1、降水井深度進(jìn)入底部基巖6.00m，保證水體的匯集及深井泵的抽排。成孔口徑800mm，濾水管管徑300mm

2、降水井采用“液壓振動(dòng)錘+旋挖鉆機(jī)”聯(lián)合成井工藝，避免泥漿護(hù)壁對(duì)濾水通道的堵塞。

3、根據(jù)地下水水量及降深要求，選用32t/h、50t/h、80t/h三種高強(qiáng)潛水泵抽排至長江。 

實(shí)施效果：

1、 2015年8月22日，降水系統(tǒng)正式運(yùn)行。第一批次52口井，每日排水總量約3萬立方米。

2、2015年9月12日，遇長江洪峰，長江水位達(dá)175.3m，人工挖孔樁順利施工。

3、2015年9月30日，三峽大壩進(jìn)入第三輪蓄水試驗(yàn)，長江水位持續(xù)穩(wěn)定至174m~175m，塔樓人工挖孔樁順利施工。

4、2015年11月3日，第二批5口降水井完成。每日排水總量約4萬立方米。

超大直徑擴(kuò)底樁雙導(dǎo)管水下混凝土灌注技術(shù)

降水帷幕對(duì)土層及砂卵石層段地下水進(jìn)行了有效的治理，基巖段可在底部設(shè)置抽水井內(nèi)排的方式確保樁基順利成孔，但成孔后，因樁底涌水量及基巖裂隙水過大，需采用水下混凝土灌注方式施工。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，成孔后在未抽水的情況下，樁底積水標(biāo)高與江面齊平，積水深度達(dá)15米。采用80t/h的水泵抽水，無法將葉輪標(biāo)高以下積水抽干，停止抽水后，樁內(nèi)的涌水量可達(dá)60立方米/小時(shí)。

項(xiàng)目橢圓樁擴(kuò)底直徑6.4m, 平直段長2.5m，擴(kuò)底面積達(dá)到48平方米，采用常規(guī)單導(dǎo)管+小料斗進(jìn)行水下混凝土澆筑，無法保證《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)范中對(duì)水下混凝土灌注初灌量要求；

此外，采用常規(guī)水下混凝土及單導(dǎo)管送料方式，混凝土性能無法保證初灌混凝土在短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)展覆蓋整個(gè)樁底的要求，且無法滿足在混凝土初凝時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)樁基大方量水下混凝土灌注的要求。

針對(duì)上述問題，項(xiàng)目進(jìn)行了超大直徑承壓樁雙導(dǎo)管水下混凝土灌注技術(shù)的研究與運(yùn)用。

為滿足混凝土大擴(kuò)展度、高流動(dòng)性、初凝時(shí)間、經(jīng)時(shí)損失等性能要求，攜手中建商砼，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，研發(fā)一種坍落度可達(dá)260 mm～ 280mm、擴(kuò)展度可達(dá)700mm ～ 750mm、兩小時(shí)經(jīng)時(shí)損失為零、初凝時(shí)間達(dá)10h±2h的超大流態(tài)C45水下自密實(shí)混凝土。

1、超大流態(tài)混凝土性能研發(fā)

從提高混凝土流動(dòng)性、降低粘度、提高混凝土在U型箱中的通過性、提高漿體包裹性等性能要求出發(fā)，通過大量試配，形成多種典型配合比。  

從多種典型配合比的性能檢測(cè)結(jié)果中綜合分析骨料、膠凝材料體系、水膠比、外加劑等因素對(duì)混凝土性能的影響，從而優(yōu)化配合比。

2、超大擴(kuò)底樁徑水下混凝土初灌優(yōu)化

模擬澆筑試驗(yàn)：

在現(xiàn)場(chǎng)以工程樁最大擴(kuò)底尺寸為標(biāo)準(zhǔn)，開挖試驗(yàn)樁，進(jìn)行水下混凝土初灌模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)后，從混凝土埋管高度、樁底混凝土覆蓋情況、距離導(dǎo)管最遠(yuǎn)端混凝土厚度、雙導(dǎo)管交界面混凝土成型質(zhì)量及強(qiáng)度情況等多方面驗(yàn)證初灌方案的可行性。

工程樁灌注：

初灌時(shí)，將場(chǎng)內(nèi)最后攪拌出罐的三車混凝土作為初灌混凝土，每車混凝土均均分輸入兩個(gè)料斗。待第四車、第五車混凝土準(zhǔn)備就緒后，兩臺(tái)汽車吊同時(shí)拔出隔料塞，開始初灌。初灌的同時(shí)，兩臺(tái)天泵連續(xù)向兩個(gè)料斗內(nèi)輸送混凝土。

樁基檢測(cè)：

采用聲波透射法和混凝土鉆芯取樣兩種方式對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢驗(yàn)，鉆芯取樣增加樁底擴(kuò)大頭范圍內(nèi)樁身完整性及混凝土強(qiáng)度的檢驗(yàn)。

超重雙層鋼筋籠安裝技術(shù)

本項(xiàng)目樁基配筋采用重達(dá)30多噸的雙層鋼筋籠形式，鋼筋籠安裝存在以下兩方面難度。

1、受外層鋼筋籠加強(qiáng)環(huán)內(nèi)撐鋼筋和雙層鋼筋籠間極小的層間凈距兩方面因素的影響，雙層鋼筋籠不能分籠獨(dú)立進(jìn)行吊裝；

2、采用傳統(tǒng)綁扎成型后整體吊裝的方式施工，在有限的場(chǎng)地內(nèi)需分批施工，工期長；所需汽車吊規(guī)格大，而樁間場(chǎng)地往往不具備大型汽車吊架設(shè)條件，導(dǎo)致整體吊裝的方法無法進(jìn)行施工。

針對(duì)上述兩點(diǎn)問題，項(xiàng)目提出“骨肉分離”的方法分層進(jìn)行大直徑樁基超重雙層鋼筋籠的施工，即花較短時(shí)間在孔外進(jìn)行雙層鋼筋籠骨架及操作架骨架的制作搭設(shè)，采用汽車吊輔助塔吊將制作搭設(shè)完成鋼筋籠骨架和操作架骨架吊入孔內(nèi)后，對(duì)操作架進(jìn)行補(bǔ)充搭設(shè)及加固，完成剩余鋼筋的綁扎。

鋼筋籠縱向每隔3米設(shè)置一道加強(qiáng)環(huán)，外層加強(qiáng)環(huán)設(shè)在外層主筋外側(cè)，內(nèi)側(cè)加強(qiáng)環(huán)設(shè)在內(nèi)層主筋內(nèi)側(cè)。極少數(shù)外層縱筋與外層加強(qiáng)環(huán)焊接成型，內(nèi)層加強(qiáng)環(huán)采用鐵絲綁于外層加強(qiáng)環(huán)，形成鋼筋籠骨架。骨架成型后，采用25T汽車吊輔助塔吊對(duì)骨架進(jìn)行豎立，最后采用塔吊將豎立的骨架吊入孔內(nèi)。

骨架吊進(jìn)在孔內(nèi)后，對(duì)操作架進(jìn)行加固。操作架具體大小根據(jù)各樁樁徑大小確定。豎向每隔3米間距在橫桿上設(shè)置一道短鋼管，短鋼管末端支撐于護(hù)壁上，確保架體的穩(wěn)定。架體上鋪設(shè)移動(dòng)木跳板，形成操作平臺(tái)。

操作架加固完善后，在孔內(nèi)進(jìn)行剩余鋼筋綁扎。因雙層鋼筋籠主筋凈距小，采用“先外層，后內(nèi)層”的方式進(jìn)行綁扎，即先綁扎外層主筋及外層箍筋，內(nèi)層箍筋先盤繞于外層主筋，并進(jìn)行簡單的綁扎定位，待內(nèi)層主筋吊裝綁扎完成后，再將內(nèi)層箍筋反綁于內(nèi)層主筋。