一种紧邻河流透水地层的基坑止水系统及其施工工艺的制作方法
本发明属于建筑施工技术领域，涉及一种基坑防水、止水的工程措施，特别涉及一种紧邻河流且地层为砂卵石等高透水地层基坑工程的防水、止水措施，可广泛应用于基坑工程中的止水，也可应用于其他对防水要求比较高的基坑及建（构）筑物的防水工程。
背景技术：
工程建设中，防水工程一直是工程建设者关注的重点，自开工建设至后期运营，防水工程的好坏对工程建设的各个环节都有较大的影响。尤其在深基坑工程中，防水措施的工程效果直接影响基坑工程的安全，因此在基坑工程中，特别对于紧邻水域的基坑工程更需要采取有效的防水措施，保证基坑安全。
为保证基坑安全，基坑工程中一般采用围护桩+内支撑结构，基坑防水一般采用坑外降水、地下连续墙等防水措施，但对于紧邻河流且地层为砂卵石等高透水性地层时，地下水渗透压力较大，渗透性强，一般的防水措施在这种较大的渗透压力下可能会降低防水效果，甚至失效。地下连续墙措施需要开槽施工，在紧邻河流区域还需要进行泥浆护壁，但是在地下水丰富、地层为卵石土的区域，存在成槽困难，泥浆护壁漏浆问题等，不利于地下连续墙槽壁稳定，施工难度大，且不能保证施工质量，止水效果受到影响。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种适用于紧邻河流、高透水性地层的基坑止水系统，在保证施工质量的同时，降低施工难度。
本发明的另一个目的是提供一种上述基坑止水系统的施工工艺。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种紧邻河流透水地层的基坑止水系统，包括依次设置的围堰、防护墙、防水墙、第二集水设施、第二咬合桩组、第一咬合桩组）和第一集水设施；
围堰由钢筋石笼堆砌而成，围堰的下部位于河流的水面以下；防护墙由粘土袋码砌而成；防水层由防水土工布铺设而成，防水层位于防护墙与河堤之间；第二集水设施由并排设置的至少一口第二降水井构成；第二咬合桩组由多个粘土咬合桩组成；第一咬合桩组由多个素混凝土桩和多个钢筋混凝土桩组成，素混凝土桩和钢筋混凝土桩间隔设置，且相邻的素混凝土桩和钢筋混凝土桩相互咬合；第二降水井、粘土咬合桩、素混凝土桩和钢筋混凝土桩的底部均伸入基坑底面以下，进入不透水层。
本发明所采用的另一个技术方案是：一种上述紧邻河流透水地层的基坑止水系统的施工工艺，具体按以下步骤进行：
1）根据基坑的规模、工程地质及水文地质条件，确定围堰的范围及规模；
2）粘土装入编织袋内，形成粘土袋；沿河堤码砌该粘土袋，构成防护墙，防护墙朝向河堤的一侧铺设防水土工布，形成防水层；
3）在防护墙背离河堤的一侧设置钢筋石笼堆砌而成的围堰，
4）在河堤与划定的基坑区域之间打至少一口第二降水井，所有降水井中均安放抽水泵，控制第二降水井内的水位，使第二降水井内远河流侧水位高于临河流侧水位；
5）根据工程地质及水文地质情况，确定粘土咬合桩的直径及咬合量，并在确定的基坑围护桩的外侧，确定截渗轴线位置；以该截渗轴线为中心，施工导向墙；然后，沿该导向墙确定粘土咬合桩的桩位，采用全回转套管钻进法在确定的粘土咬合桩的桩位钻孔，使套管下端进入不透水层；钻孔过程中，沿套管内壁边钻进边取土，套管钻入设计桩孔标高后终孔；在钻孔内安放导料管，然后通过导料管分层回填粘土并锤击夯实，一边回填一边提升导料管，建成一根粘土咬合桩；接着在建成的粘土咬合桩相邻的桩位上重复前述的钻孔、回填粘土的过程，建成第二根粘土咬合桩；依次类推，直至建成第二咬合桩组，从建造第二根粘土咬合桩起，施工前需将前一根粘土咬合桩的咬合部分切除；
6）施工钢筋混凝土与素混凝土咬合桩
a.根据设计资料，在现场确定第二咬合桩组中的桩位、桩径及咬合量，绑扎钢筋混凝土桩所用的钢筋笼。
根据预定的缓凝时间，试验确定素混凝土中缓凝剂的掺加量；
b.打素混凝土桩桩孔，将掺有缓凝剂的混凝土灌入该素混凝土桩桩孔内，至设计标高后终止灌注；继续施工下一根素混凝土桩，直至完成所有素混凝土桩的建造；
c.对要打的钢筋混凝土桩桩孔两侧的素混凝土桩的咬合部分进行切割；然后，施工钢筋混凝土桩，该钢筋混凝土桩与素混凝土桩形成咬合；所有的钢筋混凝土桩建造完成后，在所有钢筋混凝土桩与素混凝土桩的咬合部分的顶面向下钻孔，在钻成的所有孔内均穿入单向注浆袖阀管，单向注浆袖阀管的上端露出桩顶外，建成紧邻河流透水地层的基坑止水系统。
本发明基坑止水系统能对基坑安全起到很好的保护作用，具有如下优点：
1）在临近基坑侧的河堤码砌粘土袋后设置钢筋石笼围堰，可在源头控制地下水渗流，大大减小外界水源对基坑开挖后的不利影响。
2）围堰采用钢筋石笼，材料价格低廉，无污染，便于施工，且施工完成后，根据工程需要可以对钢筋石笼进行回收利用，粘土袋采用一般编织袋，内装粘土材料，隔水性能好，无污染，且价格低廉，粘土可以重复利用，降低工程造价。
3）降水井在渗流通道上对地下水进行截流，这是针对透过第一道防线而渗透过来的水进行截流引排，直接将水的安全隐患排出工程范围以外，大大提高了基坑的安全性。该方案施工简单，止水效果好，在施工期间可以持续发挥引排水作用。降水井深度大于基坑深度，使地下水在水力梯度作用下由基坑向降水井渗流。
4）基坑两侧采用不等压降水，使基坑开挖后在侧向水压力的作用下，减小临河流侧基坑向基坑内倾倒的趋势，一定程度上减小了基坑内支撑的轴力。
5）粘土咬合桩所用粘土材料，隔水性能好，桩与桩之间为咬合状态，封闭了水的渗流通道，防水、止水效果好。且粘土不会造成扬尘，不会对环境造成污染。
6）粘土材料性能相对稳定，不宜受水中有害离子的腐蚀，可长期起到止水作用。
7）粘土桩成桩过程便于机械施工，提高效率，节约时间，成桩效率高，效果好，易于保证工程质量。
8）围护桩采用钢筋混凝土桩与素混凝土桩咬合支护，形成最后一道止水屏障，并在咬合部位钻孔后埋设单向注浆袖阀管，为后期咬合部位出现渗漏水问题时进行注浆加固，为后期修补加固预留条件。
9）混凝土与素混凝土咬合结构，不但可以起到防水的作用，而且整体形成的基坑围护结构，刚度明显提高，可大大提高基坑的稳定性。
10）在基坑围护结构计算中，考虑部分素混凝土桩对钢筋混凝土桩刚度的贡献，可以减少钢筋混凝土桩的截面正应力，从而减少一定的配筋，节约造价。
附图说明
图1是本发明基坑止水系统的示意图。
图2是图1的俯视图。
图3基坑两侧不等压降水示意图。
图中：1.基坑，2.第一降水井，3.第一咬合桩组，4.第二咬合桩组，5.第二降水井，6.防水层，7.防护墙，8.围堰，9.粘土咬合桩，10.素混凝土桩，11.钢筋混凝土桩，12.单向密封袖阀管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1和图2所示，本发明基坑止水系统，包括依次设置的围堰8、防护墙7、防水层6、第二集水设施、第二咬合桩组4、第一咬合桩组3和第一集水设施；
围堰8由钢筋石笼堆砌而成，围堰8的下部位于河流的水面以下。防护墙7由粘土袋码砌而成。防水层6由防水土工布铺设而成，防水层6位于防护墙7与河堤之间。第二集水设施由至少一口第二降水井5构成，所有第二降水井5位于防护墙7和第二咬合桩组4之间。第二咬合桩组4由多个粘土咬合桩9组成。第一咬合桩组3由多个素混凝土桩10和多个钢筋混凝土桩11组成，素混凝土桩10和钢筋混凝土桩11间隔设置，且相邻的素混凝土桩10和钢筋混凝土桩11相互咬合，素混凝土桩10和钢筋混凝土桩11的咬合部位埋设有单向注浆袖阀管12。第一集水设施由至少一口第一降水井2组成，所有第一降水井2位于第一咬合桩组3内侧基坑1范围内，第一降水井2随着基坑开挖逐渐拆除。
第一降水井2、第二降水井5、粘土咬合桩9、素混凝土桩10和钢筋混凝土桩11的底部均伸入基坑1底面以下，进入不透水层。第一降水井2位于基坑1内。
本发明还提供了一种上述基坑止水系统的施工工艺，具体按以下步骤进行：
1）根据基坑1的规模、工程地质及水文地质条件，确定围堰8的范围及规模；
2）将粘土填装到编织袋内，形成粘土袋；沿河堤码砌该粘土袋，构成防护墙7，防护墙7朝向河堤的一侧铺设防水土工布，形成防水层6，防水层6位于防护墙7与河堤之间；
3）在防护墙7背离河堤的一侧设置钢筋石笼堆砌而成围堰8，钢筋笼所用钢筋的直径，根据计算确定；将制作好的钢筋石笼吊装到设计位置，放入河流中堆砌围堰8位于水面下的部分，围堰8位于水面上的部分可以采用两种方法施工：一是用制作好的钢筋石笼直接进行堆砌；二是先将钢筋笼吊装到位置后，再将石块装填到石笼内；
4）在河堤与基坑1之间施打至少一个第二降水井5，当第二降水井5的数量超过两口时，所有第二降水井5的连线与防护墙7同向设置，在划定的基坑1的区域内打至少一个第一降水井2，当第一降水井2的数量超过两口时，所有第一降水井2的连线与防护墙7同向设置；相邻两个第一降水井2之间的距离和相邻两个第二降水井5之间的距离根据水文地质勘察资料确定，所有降水井中均安放抽水泵，以将汇集到降水井内的水引到排水系统，先进行沉淀净化，确保达到排放标准，
控制第二降水井5内临河流侧和远河流侧的水位，保持远河流侧水位高于临河流侧水位，使基坑1两侧保持一定的侧向水压力差，如图3所示，减小基坑1开挖后临河流侧向基坑1内倾倒的趋势；
设围堰侧向土压力为e1，远河流侧侧向土压力为e2，临河流侧围堰的施工会增加侧向土压力，而远河流侧地层已完成了固结沉降，侧向土压力相对围堰的侧向土压力要小，e2<e1，基坑开挖后，在e1作用下，围护体系有整体向远河流侧倾倒趋势，利用两侧不等压降水，使远河流侧水位h2高于临河流侧水位h1，侧向水压力
5）根据工程地质及水文地质情况，确定粘土咬合桩9的直径及咬合量，并在基坑围护桩外侧，确定截渗轴线位置；以该截渗轴线为中心，施工导向墙；然后，沿该导向墙确定粘土咬合桩9的桩位；在确定的桩位钻孔，钻孔采用全回转套管钻进，在回转驱动套管时下压套管，套管与套管之间的接口采用螺纹连接，套管下端进入不透水层；钻孔过程中，沿套管内壁边钻进边取土，套管钻入设计桩孔标高后终孔；在钻孔内安放导料管，然后通过导料管分层回填粘土并锤击夯实，一边回填一边提升导料管，建成一根粘土咬合桩9；接着在建成的粘土咬合桩9相邻的桩位上重复前述的钻孔、回填粘土的过程，建成第二根粘土咬合桩9；依次类推，直至建成第二咬合桩组4，从建造第二根粘土咬合桩9起，施工前需将前一根粘土咬合桩9的咬合部分切除，这样后一根粘土咬合桩9和前一根粘土咬合桩9形成新的咬合；
多根粘土咬合桩9形成的第二咬合桩组4充分考虑了工程地质及水文地质条件，以此来确定桩径及咬合量。所用施工机械为全回转全套管钻机，工艺技术成熟，一次施工完成可长期发挥止水作用。
6）施工钢筋混凝土与素混凝土咬合桩
a.根据设计资料，在现场确定第二咬合桩组3中的桩位、桩径及咬合量，提前绑扎钢筋混凝土桩11所用的钢筋笼，进行缓凝剂掺加量试验，根据预定的缓凝时间，试验确定素混凝土中缓凝剂的掺加量；
b.采用钻孔灌注桩方法或其它施工方法施工素混凝土桩：打素混凝土桩桩孔，将配置好的混凝土灌入该素混凝土桩桩孔内，至设计标高后终止灌注；继续施工下一根素混凝土桩10，直至建成所有的素混凝土桩；
c.采用钻孔灌注桩或其它方法施工钢筋混凝土桩11：打钢筋混凝土桩桩孔，根据确定的咬合量对要打的钢筋混凝土桩桩孔两侧的素混凝土桩10的咬合部分进行切割，在素混凝土中掺加缓凝剂就是为了方便此时的切割，桩孔完成后吊放钢筋笼，钢筋笼安放要满足竖向垂直度的要求，之后灌注混凝土，逐步完成钢筋混凝土桩11的施工，并和素混凝土桩10形成咬合；直至建成所有的钢筋混凝土桩11后；在所有钢筋混凝土桩11与素混凝土桩10的咬合部分的顶面向下钻孔，该孔的深度与钢筋混凝土桩11的桩长相同，然后在所有钻成的孔内均穿入单向注浆袖阀管12，单向注浆袖阀管12的上端露出桩顶外，便于后期注浆施工，单向注浆袖阀管12管口盖帽封堵，避免杂物进入注浆管而堵塞；建成紧邻河流透水地层的基坑止水系统。
基坑围护桩采用钢筋混凝土桩与素混凝土咬合桩相结合的围护结构。围护桩主要用来抵抗侧向土压力，单独混凝土桩可等效为矩形梁进行计算，其截面抵抗矩为
b=0.8d，h=0.8d，b1=r-c，h1=r；
式中：b为围护桩等效为矩形梁的截面宽度；h为围护桩等效为矩形梁的截面高度；d为围护桩直径；b1为素混凝土桩等效宽度；h1为素混凝土桩等效高度；r为素混凝土桩半径；c为咬合部位宽度。
在相同的侧向土压力作用下，基坑两侧土对围护桩产生的弯矩m1=m2，截面正应力
本发明基坑止水系统，先在临近基坑1侧的河堤码砌粘土袋后，设置钢筋石笼堆砌而成的围堰8，做为第一道止水防线；再建造至少两口第二降水井5组成的第二集水设施和至少两口第一降水井2组成的第一集水设施，作为第二道止水防线，使基坑1范围内的地下水向降水井汇集，并用抽水泵将降水井内的积水抽出，引入基坑排水系统，降水井间距根据地下水文条件确定。基坑1临河流侧和远河流侧采用不等压降水，保持远河流侧水位高于临河流侧水位，使基坑1两侧保持一定的侧向水压力差，减小基坑1开挖后临河流侧向基坑1内倾倒的趋势；在基坑1围护桩外侧施打粘土咬合桩，形成第二咬合桩组4，作为第三道止水防线。为确保基1的止水效果，对基坑围护桩采用钢筋混凝土桩11与素混凝土桩10间隔组成的第一咬合桩组3，形成第四道止水防线。咬合桩施工过程中，先施工素混凝土桩10，并在素混凝土中掺加一定量的缓凝剂，便于后续施工钢筋混凝土桩11时，对咬合部位进行切割。施工过程中咬合部位是一个薄弱环节，由于施工误差，会存在咬合量不够、咬合部位出现裂缝等现象，针对咬合部位的质量问题，本发明施工工艺在钢筋混凝土桩11与素混凝土桩10的咬合部位预埋单向注浆袖阀管12，当咬合部位出现质量缺陷时，可以通过注浆袖阀管12进行注浆，加固咬合部位，修补咬合部位的质量缺陷，从而保证咬合桩的止水效果。粘土咬合桩9为柔性结构，允许有一定的变形而不失效，钢筋混凝土桩11与素混凝土桩10为刚性结构，可以对基坑1起到支护作用，两者组成“刚性+柔性”结构，对基坑1止水和支护有较好的工程效果。设置的多道基坑止水防线对水形成“围追堵截”，可以有效满足工程止水需要。
第二降水井5抽水过程中，随着水位降低，渗流水头逐渐增加，而且在河堤和第二降水井5之间，土体内的空隙压力逐渐减小，防护层6可以在抽水过程中，更加紧密的贴在河堤上，大大减弱河水渗流。防护墙7紧压在防护层6外侧，防止防护层6受水冲刷，同时防护墙7也可以在一定程度上隔断外界水源和河堤的直接接触，起到从源头上隔水的作用。
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