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摘要：北京地铁9号线北京西站～军事博物馆站区间南端大跨明挖段位于原铁路北京西站放坡开挖回填肥槽内，根据地勘资料及挖孔揭示情况，基坑开挖范围内肥槽回填土质量较差，回填密实不均且夹杂大量杂物，地下水水位较高且含水量较大，周边市政干线密集，地面井点降水疏干效果较差，为确保基坑和周边环境安全，我单位结合现场实际经反复探讨，采取了沿基坑周边打设双排三重管高压旋喷桩堵水加固周边地层，取得了良好的效果，确保了施工安全和工程进度。
关键词：回填肥槽 地下水 疏干 旋喷桩
1.工程概况
地铁9号线北京西站～军事博物馆站区间（简称北～军区间）隧道穿越于羊坊店路下方，隧道中线与规划道路永中基本平行。其中大跨明挖段主要位于羊坊店路与莲花池东路交叉路口处，全长76.25m。明挖基坑两侧为新修通往北京西站导改路，交通繁忙，西侧临近瑞海大厦，东侧毗邻西新隆商场，南侧为莲花池东路下拉槽结构和非机动车道通道结构，北侧紧邻DN1350雨水及DN1950污水市政主干管道，施工风险较大。
明挖结构型式为单层四跨矩形框架结构，坑底埋深17.2m，最大开挖宽度27.107m，基坑支护体系采用钢管内支撑加钻孔围护桩结构形式，围护桩为Φ1000mm@1400mm，嵌固深度5.3m，钢支撑采用Φ609×14mm@6m钢管支撑，基坑围护结构平面图如下图。
2.工程水文地质条件
北军区间明挖基坑隧道结构位于原西站北广场预留段施工肥槽范围内，且为深度最大部位。肥槽西侧采取陡坡形式，向东以缓坡形式变浅。隧道结构围岩自上而下有人工堆积之杂填土①层，粉土填土①1层，中砂填土、细砂填土①2层，第四纪沉积之粉土③层，粉质粘土③1层，细砂、粉砂④层，卵石、圆砾⑤层，粉质粘土⑤1层，细砂⑤2层，粉质粘土⑥层，粉土⑥2层，细砂⑥3层；再往下为第三纪强风化砾岩⑾层及强风化粘土岩⑾2层。回填土较松散，砖块、混凝土块等杂物较多，分布不均，具备密集，地层自稳能力较差，基坑附近存在1层地下水，其静止水位标高为37.47～41.59m（埋深5.30～9.90m），地下水类型为潜水，含水层为粉土填土①层，杂填土①层，细砂、粉砂④层，卵石、圆砾⑤层，场区纵向地质剖面图见图2-1.
3.旋喷加固方案的可行性及必要性分析
3.1地层条件差，开挖风险大
基坑处于回填肥槽范围内，地质条件差，回填土层厚，土质较松散。人工探孔施工过程中，发现回填材料随机且不均匀，成分主要包括卵石、碎石、砖块、路渣等杂物。除此以外，部分桩位受到废弃大管径配筋砼、铁管影响成桩效果难以保证。
钻孔桩采用泥浆护壁旋挖钻机成孔工艺，由于地层条件差，施工时泥浆流失情况严重，塌孔现象频繁，混凝土浇筑超方量高达23%（事后及时调整工艺为全套管固壁旋挖成孔）。由于该段土体回填效果差，基坑开挖前，应对桩后土体进行地基加固改良处理，增强围护结构整体稳定性，提高开挖安全系数。
3.2临近城市主干道和市政管线，环境风险大
明挖段基坑位于西站北广场附近，该处人流、车流密集，交通繁忙。东西两侧紧邻新修导改路，南端为莲花池东路非机动车道及下拉槽结构，地理位置十分重要。其中，基坑西北角距离导改路水平净距仅1.5m，因此整个基坑开挖过程应综合考虑地面交通和开挖施工之间的相互影响，采取必要基坑防护加固措施和周边交通警示防护措施，避免开挖施工引起地面坍塌和防护不当引起的交通事故。
基坑周边管线错综复杂，主要包括以下几条：北侧东西向φ1350雨水干线管路1条，内底埋深3.6m，距主体结构外皮水平净距3.84m；东西向φ1950污水管1条，与基坑北端结构水平净距约6.26m，内底埋深6.5m（该管线为羊坊店路污水干管，管内污水湍急，液面较高），管线使用年限久远，基坑开挖过程中，若因土体坍塌导致管线变形过大，出现渗漏、开裂等情况，后果将十分严重。因此，基坑开挖前应针对各条管线的自身情况分别制定管线保护方案。
3.3周边岩面起伏大，降水效果难保证
基坑周边回填界面起伏较大，结构底板位于砾岩层盆地低洼处。（地质横剖面图见图3-1所示）而降水设计仅在基坑东西两侧设双排管井，在基坑北部容易形成缺口，地下水由此汇入坑内，因此降水效果难保证。因此在该处仅实施坑外降水，降水效果差。
由于设计是在无水条件下考虑基坑荷载计算，经反复探讨并经专家论证确定了北～军区间明挖段采用三重管旋喷加固辅以坑内管井疏干降水的地基改良处理方案，考虑到两侧暗挖施工同时保留坑外降水方案。
3.4旋喷加固实施方案
综合考虑该段工程水文地质条件，结合专家论证研讨议意见，旋喷桩施工沿桩外布置2排，桩径Φ800mm，桩间咬合200mm，旋喷深度自钻孔桩桩顶高程至岩层界面，共计746根；基坑内部布设2排疏干井，井径600mm，间距8m，交错布置，共计17眼，井深以井底进入隔水层3m为准。旋喷桩桩位和疏干井井位平面布置图见图3-2所示。
根据基坑周边岩层界面高程状况，现将旋喷桩施工范围划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域（区域分布见图3-1），施工中旋喷桩拟按以下标准控制深度：区域Ⅰ桩底埋深18.1m，共计585根；区域Ⅱ桩底埋深13.5m，共计34根；区域Ⅲ桩底埋深10.6m，共计34根；区域Ⅳ桩底埋深15.2m，共计93根。旋挖深度控制见表2-1所示。其中，Ⅰ、Ⅱ区以桩底进入砾岩0.5m控制，Ⅲ、Ⅳ区以嵌入泥岩1.5m为准，旋喷分区纵剖图具体见图3-3所示。
3.5旋喷机械设备投入
4.三重管旋喷施工
4.1工艺机理
三重管旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至设计桩底后，再以高压水流及其周围环绕的高压气流，对土体进行同轴喷射冲切，形成较大的空隙，再将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的岩层中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土粒充分搅拌混合，并按一定的浆土比和质量大小重新排列，最终在土中凝固，形成较大的柱状固结体。三重管旋喷施工示意图如右图所示。 4.2工艺流程
旋喷桩施工工艺流程具体见图4-1所示。
4.3主要施工技术参数
水泥掺量300kg/m，水灰比1：1，提升速度8～12cm/min，转速为10～15r/min，气压0.6～0.8Mpa，水压28～32Mpa，浆液压力0.5～1Mpa。具体施工参数根据现场试桩试验后分析总结，并及时调整。
4.4施工方法
⑴钻机定位，将钻机移至设计孔位，将钻头对准孔位中心，孔位误差小于20mm，同时整平钻机，使钻机放置平稳，钻杆的垂直度偏差不大于1%。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。
⑵制备水泥浆，桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，高喷灌浆采用425#普通硅酸盐水泥。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。
⑶机械成孔，本次旋喷加固范围内，由于卵石和建筑垃圾含量较多，三重管旋喷施工中应采用XY-2地质钻机进行引孔，钻孔直径Φ127mm。
⑷旋喷拔管，在达到设计深度后，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。施工过程中，值班技术人员注意时刻检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否正常，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。围护桩桩顶标高以上土体不予旋喷，区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ旋喷有效桩长分别是15.9m、11.9m、9m、13.6m。
⑸清洗，当喷射提升到设计标高以后，旋喷即结束。施工完毕，向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，在地面喷射，以便将泥浆管、注浆软管内浆液全部排出，并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。
⑹移位，移动桩机进行下一根桩的施工。
⑺补浆，喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水泥浆补灌。
4.5质量控制要素
⑴正式开工前应认真作好试桩工作，确定合理的施工技术参数和浆液配比。
⑵钻机开孔前必须复核孔位，检查钻机水平度、轴垂直度。钻进时应避免钻机的剧烈振动，跳动及钻杆摆动，确保钻机垂直度。
⑶控制旋喷压力和提升及旋转速度，确保加固范围内每一深度的喷浆饱满。
⑷钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有0.3～0.5m的搭接长度，避免出现断桩。如因机械出现故障中断旋喷，应将喷射管下插0.5m，重新旋喷以保证桩体连续性。
⑸制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀，浓度降低，不得使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。
4.6施工注意事项
⑴喷注中发生机械故障时，应停止提升和喷射，以免桩体中断，同时立即排除故障。如果泵压增高不出浆液，则是喷嘴堵塞；泵压达不到要求值时，则可能是高压部分密封不好，连接处或旋转处漏浆、漏水。
⑵冒浆的处理。旋喷中，往往有一定数量的土粒随着部分浆液粘附在注浆管管壁上冒出地面，通过对冒浆的观察，可及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷合理性等。根据经验，冒浆量小于注浆量20%者为正常；超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应措施。若地层中有较大空隙引起的不冒浆，则在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定范围内凝固。另外，可以在空隙地段增大注浆量，填满空隙后在继续施工。
⑶冒浆过大一般是有效喷射范围与注浆量不适相应、注浆量大大超过旋喷固结所需浆量所致，减少冒浆的措施主要包括以下几种：①提高喷射压力；②适当缩小喷嘴孔径；③提高旋转速度。
⑷由于浆液析水、收缩，固结体顶部有可能出现凹穴，必须采取措施予以消除，可再次直接注入浆液填满凹穴。
五.小结
明挖基坑在富水回填土地层中采取竖直旋喷桩堵水加固周边地层措施，不仅起到了改良回填土质稳定基坑结构安全，也实现了封闭无水施工，大大增加了基坑开挖的稳定性，确保了施工进度及周边环境的安全。
竖直旋喷在北军大跨富水回填土中的成功应用进一步丰富了我单位在复杂地层中的明挖基坑施工水平，在取得明显经济效益的同时进一步提升了我单位的施工水平，也为后续在建工程提供了施工借鉴依据。
关键词：回填肥槽 地下水 疏干 旋喷桩
1.工程概况
地铁9号线北京西站～军事博物馆站区间（简称北～军区间）隧道穿越于羊坊店路下方，隧道中线与规划道路永中基本平行。其中大跨明挖段主要位于羊坊店路与莲花池东路交叉路口处，全长76.25m。明挖基坑两侧为新修通往北京西站导改路，交通繁忙，西侧临近瑞海大厦，东侧毗邻西新隆商场，南侧为莲花池东路下拉槽结构和非机动车道通道结构，北侧紧邻DN1350雨水及DN1950污水市政主干管道，施工风险较大。
明挖结构型式为单层四跨矩形框架结构，坑底埋深17.2m，最大开挖宽度27.107m，基坑支护体系采用钢管内支撑加钻孔围护桩结构形式，围护桩为Φ1000mm@1400mm，嵌固深度5.3m，钢支撑采用Φ609×14mm@6m钢管支撑，基坑围护结构平面图如下图。
2.工程水文地质条件
北军区间明挖基坑隧道结构位于原西站北广场预留段施工肥槽范围内，且为深度最大部位。肥槽西侧采取陡坡形式，向东以缓坡形式变浅。隧道结构围岩自上而下有人工堆积之杂填土①层，粉土填土①1层，中砂填土、细砂填土①2层，第四纪沉积之粉土③层，粉质粘土③1层，细砂、粉砂④层，卵石、圆砾⑤层，粉质粘土⑤1层，细砂⑤2层，粉质粘土⑥层，粉土⑥2层，细砂⑥3层；再往下为第三纪强风化砾岩⑾层及强风化粘土岩⑾2层。回填土较松散，砖块、混凝土块等杂物较多，分布不均，具备密集，地层自稳能力较差，基坑附近存在1层地下水，其静止水位标高为37.47～41.59m（埋深5.30～9.90m），地下水类型为潜水，含水层为粉土填土①层，杂填土①层，细砂、粉砂④层，卵石、圆砾⑤层，场区纵向地质剖面图见图2-1.
3.旋喷加固方案的可行性及必要性分析
3.1地层条件差，开挖风险大
基坑处于回填肥槽范围内，地质条件差，回填土层厚，土质较松散。人工探孔施工过程中，发现回填材料随机且不均匀，成分主要包括卵石、碎石、砖块、路渣等杂物。除此以外，部分桩位受到废弃大管径配筋砼、铁管影响成桩效果难以保证。
钻孔桩采用泥浆护壁旋挖钻机成孔工艺，由于地层条件差，施工时泥浆流失情况严重，塌孔现象频繁，混凝土浇筑超方量高达23%（事后及时调整工艺为全套管固壁旋挖成孔）。由于该段土体回填效果差，基坑开挖前，应对桩后土体进行地基加固改良处理，增强围护结构整体稳定性，提高开挖安全系数。
3.2临近城市主干道和市政管线，环境风险大
明挖段基坑位于西站北广场附近，该处人流、车流密集，交通繁忙。东西两侧紧邻新修导改路，南端为莲花池东路非机动车道及下拉槽结构，地理位置十分重要。其中，基坑西北角距离导改路水平净距仅1.5m，因此整个基坑开挖过程应综合考虑地面交通和开挖施工之间的相互影响，采取必要基坑防护加固措施和周边交通警示防护措施，避免开挖施工引起地面坍塌和防护不当引起的交通事故。
基坑周边管线错综复杂，主要包括以下几条：北侧东西向φ1350雨水干线管路1条，内底埋深3.6m，距主体结构外皮水平净距3.84m；东西向φ1950污水管1条，与基坑北端结构水平净距约6.26m，内底埋深6.5m（该管线为羊坊店路污水干管，管内污水湍急，液面较高），管线使用年限久远，基坑开挖过程中，若因土体坍塌导致管线变形过大，出现渗漏、开裂等情况，后果将十分严重。因此，基坑开挖前应针对各条管线的自身情况分别制定管线保护方案。
3.3周边岩面起伏大，降水效果难保证
基坑周边回填界面起伏较大，结构底板位于砾岩层盆地低洼处。（地质横剖面图见图3-1所示）而降水设计仅在基坑东西两侧设双排管井，在基坑北部容易形成缺口，地下水由此汇入坑内，因此降水效果难保证。因此在该处仅实施坑外降水，降水效果差。
由于设计是在无水条件下考虑基坑荷载计算，经反复探讨并经专家论证确定了北～军区间明挖段采用三重管旋喷加固辅以坑内管井疏干降水的地基改良处理方案，考虑到两侧暗挖施工同时保留坑外降水方案。
3.4旋喷加固实施方案
综合考虑该段工程水文地质条件，结合专家论证研讨议意见，旋喷桩施工沿桩外布置2排，桩径Φ800mm，桩间咬合200mm，旋喷深度自钻孔桩桩顶高程至岩层界面，共计746根；基坑内部布设2排疏干井，井径600mm，间距8m，交错布置，共计17眼，井深以井底进入隔水层3m为准。旋喷桩桩位和疏干井井位平面布置图见图3-2所示。
根据基坑周边岩层界面高程状况，现将旋喷桩施工范围划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域（区域分布见图3-1），施工中旋喷桩拟按以下标准控制深度：区域Ⅰ桩底埋深18.1m，共计585根；区域Ⅱ桩底埋深13.5m，共计34根；区域Ⅲ桩底埋深10.6m，共计34根；区域Ⅳ桩底埋深15.2m，共计93根。旋挖深度控制见表2-1所示。其中，Ⅰ、Ⅱ区以桩底进入砾岩0.5m控制，Ⅲ、Ⅳ区以嵌入泥岩1.5m为准，旋喷分区纵剖图具体见图3-3所示。
3.5旋喷机械设备投入
4.三重管旋喷施工
4.1工艺机理
三重管旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至设计桩底后，再以高压水流及其周围环绕的高压气流，对土体进行同轴喷射冲切，形成较大的空隙，再将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的岩层中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土粒充分搅拌混合，并按一定的浆土比和质量大小重新排列，最终在土中凝固，形成较大的柱状固结体。三重管旋喷施工示意图如右图所示。 4.2工艺流程
旋喷桩施工工艺流程具体见图4-1所示。
4.3主要施工技术参数
水泥掺量300kg/m，水灰比1：1，提升速度8～12cm/min，转速为10～15r/min，气压0.6～0.8Mpa，水压28～32Mpa，浆液压力0.5～1Mpa。具体施工参数根据现场试桩试验后分析总结，并及时调整。
4.4施工方法
⑴钻机定位，将钻机移至设计孔位，将钻头对准孔位中心，孔位误差小于20mm，同时整平钻机，使钻机放置平稳，钻杆的垂直度偏差不大于1%。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。
⑵制备水泥浆，桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，高喷灌浆采用425#普通硅酸盐水泥。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。
⑶机械成孔，本次旋喷加固范围内，由于卵石和建筑垃圾含量较多，三重管旋喷施工中应采用XY-2地质钻机进行引孔，钻孔直径Φ127mm。
⑷旋喷拔管，在达到设计深度后，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。施工过程中，值班技术人员注意时刻检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否正常，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。围护桩桩顶标高以上土体不予旋喷，区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ旋喷有效桩长分别是15.9m、11.9m、9m、13.6m。
⑸清洗，当喷射提升到设计标高以后，旋喷即结束。施工完毕，向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，在地面喷射，以便将泥浆管、注浆软管内浆液全部排出，并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。
⑹移位，移动桩机进行下一根桩的施工。
⑺补浆，喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水泥浆补灌。
4.5质量控制要素
⑴正式开工前应认真作好试桩工作，确定合理的施工技术参数和浆液配比。
⑵钻机开孔前必须复核孔位，检查钻机水平度、轴垂直度。钻进时应避免钻机的剧烈振动，跳动及钻杆摆动，确保钻机垂直度。
⑶控制旋喷压力和提升及旋转速度，确保加固范围内每一深度的喷浆饱满。
⑷钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有0.3～0.5m的搭接长度，避免出现断桩。如因机械出现故障中断旋喷，应将喷射管下插0.5m，重新旋喷以保证桩体连续性。
⑸制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀，浓度降低，不得使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。
4.6施工注意事项
⑴喷注中发生机械故障时，应停止提升和喷射，以免桩体中断，同时立即排除故障。如果泵压增高不出浆液，则是喷嘴堵塞；泵压达不到要求值时，则可能是高压部分密封不好，连接处或旋转处漏浆、漏水。
⑵冒浆的处理。旋喷中，往往有一定数量的土粒随着部分浆液粘附在注浆管管壁上冒出地面，通过对冒浆的观察，可及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷合理性等。根据经验，冒浆量小于注浆量20%者为正常；超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应措施。若地层中有较大空隙引起的不冒浆，则在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定范围内凝固。另外，可以在空隙地段增大注浆量，填满空隙后在继续施工。
⑶冒浆过大一般是有效喷射范围与注浆量不适相应、注浆量大大超过旋喷固结所需浆量所致，减少冒浆的措施主要包括以下几种：①提高喷射压力；②适当缩小喷嘴孔径；③提高旋转速度。
⑷由于浆液析水、收缩，固结体顶部有可能出现凹穴，必须采取措施予以消除，可再次直接注入浆液填满凹穴。
五.小结
明挖基坑在富水回填土地层中采取竖直旋喷桩堵水加固周边地层措施，不仅起到了改良回填土质稳定基坑结构安全，也实现了封闭无水施工，大大增加了基坑开挖的稳定性，确保了施工进度及周边环境的安全。
竖直旋喷在北军大跨富水回填土中的成功应用进一步丰富了我单位在复杂地层中的明挖基坑施工水平，在取得明显经济效益的同时进一步提升了我单位的施工水平，也为后续在建工程提供了施工借鉴依据。