地下水综合治理技术

本工程地理位置特殊，距离长江最近仅20m，桩基础施工期间要跨越长江洪水期，蓄水期。水位高度长期在175m左右，而桩底标高平均在155m左右，地下水水头高于桩底标高约20m。且场区地质条件复杂，土质条件主要以杂填土层、砂卵石层组成，极易发生塌孔、涌水、流砂，桩基施工安全风险大。

场地总的趋势为南边及中间高，北侧及东、西两侧低，基岩面总体上由东向西倾斜；场地基岩划分为强风化带及中等风化带，基岩面最低点位于场地东侧，标高为 155.19m，最高点在场地中南部，标高为 207.5m， 相对高差为 50m 左右。

土层概况

含水层分布

根据详勘报告，场区内地质复杂多变，场区内含水层分布不均匀

止水帷幕： 

项目部进场后，根据设计顾问及业主要求，前后共进行三次止水帷幕试验，验证止水帷幕的地下水治理有效性。

首次止水帷幕试验，设计理论水泥用量168吨，实际用量约242吨。每米水泥理论用量250kg/m，实际水泥用量约340kg/m~458kg/m。

钻芯取样

止水帷幕施工完成28天后，沿止水帷幕墙身全长钻孔取芯，砂卵石层未形成固结体，砂卵石为松散状态。原设计的止水帷幕效果无法满足止水要求。

第二次高压旋喷注浆止水帷幕咬合点砂卵石层未形成固结体，砂卵石为松散状态。

液压注浆止水帷幕咬合点砂卵石层未形成固结体，砂卵石为松散状态。

止水帷幕效果分析

三次止水帷幕试验位置分别选择杂填土层、砂卵石层较厚，砂卵石层底标高较低处，验证了最不利地质条件下止水帷幕情况。三次试验均未能取得预期效果，经分析，针对高压旋喷注浆止水帷幕工艺本身认为：

项目地质条件复杂，地层由上到下主要由三部分组成：杂填土层，砂卵石层（砂层），基岩层（泥岩）。

杂填土层厚度分布不均匀，厚度由场地中部向近江侧依次递增，且土层内孤石、旧建筑基础、人工填土、建渣成分复杂，高压旋喷在杂填土层内无法有效成型。

砂卵石层厚度分布不均匀，且卵石颗粒大小不一，注浆时无法保证有效的成型半径。

针对场区地质条件及国内地下水治理方法，对多种方法进行试验，先后进行了三重管高压旋喷止水帷幕、液压注浆止水帷幕、深井降水试验。

结合各种治理方案的试验情况，确定采用“连续抽水帷幕+坑内疏干降水”的治理方法。

降水帷幕方案设计：

长滨路靠近长江，在长滨路沿线以及T6靠朝东路侧每隔8-12m左右设置降水井，形成抽水帷幕。共成井32口帷幕井。

场区内根据砂层厚度布置降水井，疏干砂卵石含水层水体，降低水头高度，防止抗压桩人工挖孔过程中发生突涌冒砂现象。共成井29口疏干井。

1、降水井深度进入底部基岩6.00m，保证水体的汇集及深井泵的抽排。成孔口径800mm，滤水管管径300mm

2、降水井采用“液压振动锤+旋挖钻机”联合成井工艺，避免泥浆护壁对滤水通道的堵塞。

3、根据地下水水量及降深要求，选用32t/h、50t/h、80t/h三种高强潜水泵抽排至长江。

实施效果：

1、 2015年8月22日，降水系统正式运行。第一批次52口井，每日排水总量约3万立方米。

2、2015年9月12日，遇长江洪峰，长江水位达175.3m，人工挖孔桩顺利施工。

3、2015年9月30日，三峡大坝进入第三轮蓄水试验，长江水位持续稳定至174m~175m，塔楼人工挖孔桩顺利施工。

4、2015年11月3日，第二批5口降水井完成。每日排水总量约4万立方米。

超大直径扩底桩双导管水下混凝土灌注技术

降水帷幕对土层及砂卵石层段地下水进行了有效的治理，基岩段可在底部设置抽水井内排的方式确保桩基顺利成孔，但成孔后，因桩底涌水量及基岩裂隙水过大，需采用水下混凝土灌注方式施工。 

据现场统计，成孔后在未抽水的情况下，桩底积水标高与江面齐平，积水深度达15米。采用80t/h的水泵抽水，无法将叶轮标高以下积水抽干，停止抽水后，桩内的涌水量可达60立方米/小时。

项目椭圆桩扩底直径6.4m, 平直段长2.5m，扩底面积达到48平方米，采用常规单导管+小料斗进行水下混凝土浇筑，无法保证《建筑桩基技术规范》规范中对水下混凝土灌注初灌量要求；

此外，采用常规水下混凝土及单导管送料方式，混凝土性能无法保证初灌混凝土在短时间内扩展覆盖整个桩底的要求，且无法满足在混凝土初凝时间内完成整个桩基大方量水下混凝土灌注的要求。

针对上述问题，项目进行了超大直径承压桩双导管水下混凝土灌注技术的研究与运用。

为满足混凝土大扩展度、高流动性、初凝时间、经时损失等性能要求，携手中建商砼，对混凝土配合比进行设计，研发一种坍落度可达260 mm～ 280mm、扩展度可达700mm ～ 750mm、两小时经时损失为零、初凝时间达10h±2h的超大流态C45水下自密实混凝土。

1、超大流态混凝土性能研发

从提高混凝土流动性、降低粘度、提高混凝土在U型箱中的通过性、提高浆体包裹性等性能要求出发，通过大量试配，形成多种典型配合比。  

从多种典型配合比的性能检测结果中综合分析骨料、胶凝材料体系、水胶比、外加剂等因素对混凝土性能的影响，从而优化配合比。

2、超大扩底桩径水下混凝土初灌优化

模拟浇筑试验：

在现场以工程桩最大扩底尺寸为标准，开挖试验桩，进行水下混凝土初灌模拟试验。试验后，从混凝土埋管高度、桩底混凝土覆盖情况、距离导管最远端混凝土厚度、双导管交界面混凝土成型质量及强度情况等多方面验证初灌方案的可行性。

工程桩灌注：

初灌时，将场内最后搅拌出罐的三车混凝土作为初灌混凝土，每车混凝土均均分输入两个料斗。待第四车、第五车混凝土准备就绪后，两台汽车吊同时拔出隔料塞，开始初灌。初灌的同时，两台天泵连续向两个料斗内输送混凝土。 

桩基检测：

采用声波透射法和混凝土钻芯取样两种方式对桩身完整性进行检验，钻芯取样增加桩底扩大头范围内桩身完整性及混凝土强度的检验。

超重双层钢筋笼安装技术

本项目桩基配筋采用重达30多吨的双层钢筋笼形式，钢筋笼安装存在以下两方面难度。

1、受外层钢筋笼加强环内撑钢筋和双层钢筋笼间极小的层间净距两方面因素的影响，双层钢筋笼不能分笼独立进行吊装；

2、采用传统绑扎成型后整体吊装的方式施工，在有限的场地内需分批施工，工期长；所需汽车吊规格大，而桩间场地往往不具备大型汽车吊架设条件，导致整体吊装的方法无法进行施工。

针对上述两点问题，项目提出“骨肉分离”的方法分层进行大直径桩基超重双层钢筋笼的施工，即花较短时间在孔外进行双层钢筋笼骨架及操作架骨架的制作搭设，采用汽车吊辅助塔吊将制作搭设完成钢筋笼骨架和操作架骨架吊入孔内后，对操作架进行补充搭设及加固，完成剩余钢筋的绑扎。

钢筋笼纵向每隔3米设置一道加强环，外层加强环设在外层主筋外侧，内侧加强环设在内层主筋内侧。极少数外层纵筋与外层加强环焊接成型，内层加强环采用铁丝绑于外层加强环，形成钢筋笼骨架。骨架成型后，采用25T汽车吊辅助塔吊对骨架进行竖立，最后采用塔吊将竖立的骨架吊入孔内。

骨架吊进在孔内后，对操作架进行加固。操作架具体大小根据各桩桩径大小确定。竖向每隔3米间距在横杆上设置一道短钢管，短钢管末端支撑于护壁上，确保架体的稳定。架体上铺设移动木跳板，形成操作平台。

操作架加固完善后，在孔内进行剩余钢筋绑扎。因双层钢筋笼主筋净距小，采用“先外层，后内层”的方式进行绑扎，即先绑扎外层主筋及外层箍筋，内层箍筋先盘绕于外层主筋，并进行简单的绑扎定位，待内层主筋吊装绑扎完成后，再将内层箍筋反绑于内层主筋。

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