单法兰液位计新式三重管法的应用

1．导言

单法兰液位计作为地基止水处理的一种技术措施，多用于深基坑止水帷幕、防止地基突涌冒水等方面地基加固。深圳至中山跨江通道西人工岛西小岛成功应用单法兰液位计新式三重管法止水施工技术，减缓海水渗透小岛内，达到基坑施工期间安全稳定目的，值得借鉴。

 

2．工程概况

西小岛岛壁结构采用插入式钢圆筒结构，岛壁外侧的海水水位平均高程+0.52m，钢圆筒底部的粗砂、砾砂、砂砾状强风化岩、碎块状强风化岩与海水联通，富含承压水，具有较高的渗透性。小岛内标高-35m以下地层以风化岩为主，标高-30～-35m地层以渗透性较强的黄色中粗砂为主，标高-18.5～-30m地层以黏土、淤泥质土为主，标高-18.5m以上为回填中粗砂。西小岛内基坑需开挖至-10m以下，仅靠西小岛内外降水井降水，达不到基坑开挖稳定要求。为了满足基坑施工期间西小岛地下水渗流稳定和突涌稳定要求，沿小岛内钢圆筒壁布置单法兰液位计止水帷幕。

止水帷幕采用三排连续的单法兰液位计，设计桩底标高至中风化岩层顶部，设计桩底标高-36.2～-48.7m，桩顶标高-21.5～-30.2m，桩长8.7～27m，桩径0.8m，搭接宽度0.2m。取芯28d无侧限抗压强度不小于1.5MPa，取芯率不小于85%，桩长不小于设计值。要求单孔取芯注水渗透系数不大于1×10-5cm/s，一周内小岛及周边钢圆筒停止抽水状态下小岛内潜水渗流水量不大于300m3/d，小岛内承压水水位标高不高于-11.0m。

 

3．单法兰液位计施工

3.1单法兰液位计工艺流程

钻机就位→试喷→钻进→边提升边高压旋转喷浆→废弃浆液处理→冲洗机具。

 

3.2施工控制要点

⑴施工前测量定位；⑵调整好钻杆垂直度；⑶严格按照水灰比称重配比；⑷事先在桩架上标识好钻杆底部达到桩底设计标高时钻杆顶端到达桩架的计算位置，用以控制钻杆钻进深度；⑸喷浆时严格控制上提和旋转速度，抽查气压和喷浆压力，抽查水泥浆流量和比重；⑹喷浆时注意返浆效果；⑺仪表标定；⑻断桩补桩处理。

 

3.3工艺试验

3.3.1地衣次试桩

试桩使用单法兰液位计机功率22kw，喷嘴2mm，采用传统三重管法施工。施工参数：气压0.6～0.8MPa，水泥浆压≥30MPa，旋转速度为10-14r/min。允许偏差：桩位中心±50mm，桩长不小于设计，垂直度不大于1%。设五组试验，每组三根桩，桩径0.8m，相互搭接宽度0.2m。前四组水灰比分别为1:1、1:1.2、1:1.3、1:1.5，提升速度10cm/min，喷浆量70L/min；第五组水灰比为1:1，提升速度12cm/min，喷浆量70L/min。

工艺试验桩桩底标高-36.2m，顶标高-21.5m，桩长14.7米，孔口标高+2.5m。试桩施工完成后进行取芯检验，取芯检测结果显示：本次试桩取芯桩长为3.65m～13.25m，均未达到设计桩长要求；芯样上部分连续较完整和下部分破碎无法制样，存在明显不均质性；五组取芯率36.4%～81.7%，未达到设计要求85%；取芯28天无侧限抗压强度2.1～8.5MPa，均达到1.5MPa以上，合格率为100%。

试桩成果分析：

①槽底部较硬，旋喷桩机动力头功率22kw，动力较小，切割地层力不足，搅拌土浆不够均匀，致下部分芯样夹泥、夹砂、水泥含量少，芯样破碎不完整，无法制样。

②设计要求桩体垂直度不超1%，平面位置偏差不大于50mm，桩间搭接0.2m。在桩间搭接中心取芯，按照#不利偏差成桩，桩底中心#大偏位为38.74m*1%+0.05m=0.437m＞0.2m，可能存在桩间未搭接造成取芯未达到设计桩长情况。

③由于成桩深度较深，加上制浆后台与钻机距离较远，喷浆管从后台到喷浆口长度约130m，能量损耗较大，从喷浆管出来的浆压和水泥浆流量不足，影响成桩质量。

④出浆孔和出气孔相距较近，当高压喷浆时，空气压力0.65Mpa，浆压30Mpa，浆压远远大于空气压力，且由于桩底较深，周边地质密实，空气没有及时溢出，导致浆液、气体在气管周围推挤，水泥浆及土质混合物一小部分进入气管中。时间长凝固，使气管堵塞，拔管检修，重新接桩影响成桩效果。

3.3.2第二次试桩

试桩使用单法兰液位计机功率59kw，喷嘴2mm，喷浆管口至后台制浆罐长度调整在50m内，气压调整为0.7～1.0MPa，水泥浆压≥30MPa，旋转速度为21r/min。第二次试桩分两组。地衣组成桩桩径为0.8m，间距为0.6m，搭接0.2m，正梅花形布置；第二组成桩桩径为0.8m，间距为0.4m，搭接0.4m，正梅花形布置。地衣组前三根，第二组后九根采用“新式三重管法（高压双喷法）”施工。新式三重管法是将传统三重管（空气+高压水泥浆+水）施工工艺改造为“空气+双高压水泥浆三重管单法兰液位计”施工工艺，并在管底两侧焊上15cm切割叶片；地衣组后六根，第二组前九根采用“双重管法（单喷法）”。提升喷浆水灰比为1：1，双喷浆量140L/min，提升速度在粉砂、中粗砂、强风化岩层中为10cm/min，在淤泥及黏土地层为15cm/min；单喷浆量70L/min，提升速度在各地层均为10cm/min。

本次试桩底标高-48.7m，顶标高-21.5m，桩长27.2米，孔口标高+3.5m。试桩施工完成后进行取芯检验，取芯检测结果显示：

 

（1）地衣组试桩（搭接宽度0.2m）取芯率在65.1%～78.2%范围内，黏土淤泥中成桩较完整，砂石地层较破碎无法制样，不满足设计要求的85%。

（2）第二组试桩（搭接宽度0.4m）采用单喷高压喷浆的桩体取芯率51.1%、57.4%、57.8%，黏土淤泥中成桩较完整，砂石地层较破碎无法制样，不满足设计要求的85%。

（3）第二组试桩（搭接宽度0.4m）采用双喷高压喷浆的桩体较完整，取芯率90.3%、94.0%、94.7%，满足设计要求的85%。

（4）试桩取芯共取9簇，28天无侧限抗压强度为2.8～6.8MPa，均满足设计不小于1.5MPa要求。地衣组单喷和双喷各一簇芯样总长分别为17.6m、23.7m，第二组单喷有一簇芯样总长20.3m，均达不到设计桩长，其他6簇均达到设计桩长。

深中通道管理中心召开单法兰液位计试桩施工技术总结会，会中确定调整单法兰液位计桩径0.8m、搭接0.4m，三排连续，要求施工主要参数：气压0.7～1.0MPa、水泥浆压≥30MPa、旋转速度21r/min、水泥浆水灰比1：1、比重1.52g/cm3；在粉砂、中粗砂、风化岩层中采用双喷施工，提升速度10cm/min；在淤泥及黏土地层中采用单喷施工，提升速度15cm/min；双喷浆量140L/min，单喷浆量70L/min；水泥用量双喷粉砂及以下1064kg/m，单喷淤泥及黏土层355kg/m。以此进行典型施工。

3.4典型施工及正式施工

典型施工完成，抽芯结果满足设计要求，在办理设计变更手续后监理人批准了旋喷桩正式施工方案和开工报告，施工参数参照典型施工，在砂层及以下地层采用“新式三重管法（高压双喷法）”，到淤泥及黏土层时，关闭一条水泥浆管，采用双重管法单喷水泥浆施工。

正式施工期间，参建单位认为单孔取芯进行注水试验不能全面分析西小岛基坑岛壁止水帷幕的阻断效果。因此，考虑通过在岛内承压水层内埋设孔隙水压力传感器及水位管，对承压水层的孔隙水压力及小岛内水位进行监测，在止水帷幕完成后，停止钢圆筒和小岛内降水，观察停泵期间，岛内承压水层的孔压及水位变化情况，可对岛内外承压水的阻断情况进行评价，并从整体上验证岛壁止水帷幕效果。故设计单位同意取消抽芯检测，改为埋设孔隙压力管和水位管检测验证止水帷幕的阻断效果。正式施工完成一段时间后进行了止水效果检验。

 

4．止水效果检验

4.1暂停抽水

止水效果检验期间小岛及周边钢圆筒的降水井停止抽水一周。

4.2试验孔位和仪器布置水位管SW1-2和SW1-1分别布置在小岛东西两侧标高为-18.0m潜水位地层；水位管SW2-2、SW2-1及孔隙水压力测头1~4号分别布置在小岛东西两侧承压水层，其标高分别为-37.4m、-37.5m、-37.5m、-37.5m、-33.0m、-35.4m。一周内每天早上8点监测数据如图1、图2、图3所示。

 

4.3渗水量计算

一天内透水量为Q=A*h*n（Q-渗水量m3；A-小岛投影面积m2；h-岛内回填砂中潜水水位变化量m；n-给水度，查工程手册中粗砂取0.25）。西小岛岛内面积为7134.8m2，根据潜水位变化量与时间曲线关系图查得SW1-1水位在第五天水位变化量#大，为150mm，故西小岛一天内#大透水量为7134.8*0.15*0.25=267.56m3，满足设计不大于300m3/d要求。

4.4水位标高计算

孔隙水水位标高=测头埋设标高+孔隙水压强换算高度（孔隙水压强换算高度h=p/（ρg），h-换算高度m，p-孔隙水压强Pa，ρ-水密度取1000kg/m3，g-重力加速度取10N/kg），得h=10-4p，经计算得到1~4号孔#高水位标高分别为-13.48m、-14.06m、-14.1m、-11.59m；根据承压水位标高随时间变化曲线图查得，SW2-2、SW2-1孔的承压水#高水位分别为-11.219m、-12.629m。在承压水位1~4号及SW2-2、SW2-1孔中#高水位标高为-11.219m。承压水#高水位标高满足设计不高于-11.0m要求。

5．结束语

采用传统三重管法和双重管法施工的单法兰液位计适用于淤泥、淤泥质土、黏性土中处理地基，对于应用在砂石地层，其取芯率低，成桩质量不佳，止水效果差。深中通道西小岛止水帷幕通过改良单法兰液位计施工工艺，在砂石为主的地层中采用新式三重管法施工单法兰液位计，止水效果显著。