软土地层地下连续墙入岩的施工技术

来源 :安家(建筑与工程)上旬刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liouyun
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  摘要:随着我国城市开发建设的不断深入,城市土地资源的逐渐稀缺,地下空间开发成为城市发展的趋势和主流方向,相应的深基坑也越来越多。地下连续墙以其刚度大、整体性好,基坑开挖过程中安全性高、支护结构变形小、墙身抗渗性能好等优点,在高层建筑地下室、桥梁、隧道、电站等领域的深基坑中应用越来越广泛。地下连续墙是利用泥浆护壁进行成槽施工,并在沟槽内吊放预先加工制作好的钢筋笼,然后灌注水下混凝土筑成一段钢筋混凝土墙段,依此连续施工多个墙段,各墙段之间通过工字钢或锁喉管进行连接,最终形成一个完整的地下墙体,并结合预应力锚索或横向支撑,使地下连续墙成为一个稳定的地下围护结构,为基坑的土方开挖及结构施工提供屏障。本文以绍兴市城市轨道交通1号线凤凰路站地连墙施工为背景,介绍了地连墙入岩施工的关健技术。该车站地连墙底部全部进入中风化岩层1.5m以上,部分入岩深度达到13m。施工实践表明,冲抓结合法有效解决了入岩地下连续墙成槽的问题;三轴搅拌桩加固较厚软弱土层防止了槽壁长时间暴露而造成塌孔;通过成槽机自身显示仪和超声波检测仪可有效控制成槽垂直度;工字钢止水接头加止水铁皮防止混凝土绕流等措施。结果表明墙体质量、垂直度和止水效果均满足设计和规范要求,保证了地铁车站基坑的安全顺利开挖。
  关键词:地下连续墙;软土地层;入岩;质量控制
  论序
  绍兴市城市轨道交通1号线凤凰路站位于越城区解放南路与凤凰路交叉口,车站围护结构采用 800mm 厚的连续墙+5道内支撑,槽底均落在(17)b-3中风化凝灰岩层上。场地内广泛分布有厚层状软土③1-2淤泥质粘土,由于岩面在22轴-47轴范围内起伏较大,27軸-37轴的地连墙堪固深度只有3.65m,插入比为0.21,入岩深度为2m-13m(进入全风化凝灰岩1.5m,中风化上段凝灰岩2.8m,中风化下段凝灰岩8.7m)。本文通过对地连墙成槽时上部软土采用成槽机开挖、下部硬岩采用旋挖钻配合冲击钻施工技术的研究和总结,为后续类似工程施工提供了相关经验。
  一、工程概况
  1.1基坑支护设计
  绍兴市城市轨道交通1号线凤凰路站位于越城区解放南路与凤凰路交叉口,跨路口设置,沿解放南路西侧南北向敷设。为地下二层岛式车站,车站总长467m;标准段宽19.7m,深度约为16.34~17.20m;端头盾构井宽24.8m,北端深度约为18.104~18.134m,南端深度约为19.004~19.038m。采用明挖顺作法施工。
  车站围护结构采用 800mm 厚的连续墙+5道内支撑,高压电缆段采用φ1000钻孔灌注桩+TRD水泥土墙止水帷幕+5道内支撑,围护墙与内衬墙之间的关系为复合墙。地连墙(围护桩)底均落在(17)b-3中风化凝灰岩层上。
  地连墙标准幅宽度为 6m,采用C35水下混凝土,接头形式采用工字钢,总计152幅槽段,有“一”、“L”、“Z”三种型式。钢筋笼厚度为660mm,钢筋笼长为19-36m,最重约39吨。钢筋笼采用整体吊装、整体回直、一次入槽的施工方法。
  1.2工程地质和水文地质条件
  (1)工程地质情况
  凤凰路站场区属湖沼相沉积平原地貌单元,根据地勘报告地连墙范围内地层由上而下主要分为①1碎石填土、①2素填土、③1-2淤泥质粘土、④2粉质粘土、④3粉质粘土夹粉土
  1)填土:①1碎石填土松散~中密,主要由碎块石、混凝土块等组成,层厚0.60~4.10m。①2素填土松散,主要由粘性土组成,含少量碎砾石,层厚0.40~5.30m。
  2)③1-2淤泥质粘土:流塑,含少量有机质、腐殖质,有臭味,局部相变为淤泥,为高压缩性土,局部孔段夹少量粉土薄层,层厚1.40~15.00m。
  3)粘土:④2粉质粘土硬可塑,含少量氧化铁及锰质结核,为中等压缩性土,层厚1.40~5.10m。④3粉质粘土夹粉土软塑~软可塑,中偏高压缩性,含少量的铁锰质结核及锈斑,层厚1.00~9.10m。
  4)凝灰岩:
  (2)水文地质情况
  孔隙潜水主要赋存于场区表部填土和浅部粘质粉土、淤泥质土、软塑粉质粘土层中,详勘期间测得的水位一般为0.60~2.90m,相应高程3.08~4.61m。承压水主要分布于深部的⑧1-2含粘性土粉砂、⑧1-3含粘性土砾砂、⑧3-2含粘性土砾砂。
  二、施工特点及技术难点
  2.1场地内广泛分布有厚层状软土③1-2淤泥质粘土,层厚1.40~15.00m,层顶埋深0.70~6.20m,考虑地连墙成槽时槽壁易坍塌,施工前采用三轴搅拌桩对槽壁进行加固。
  2.2考虑承压水层⑧1-2含粘性土粉砂的埋深和地连墙插入比,本工程的152幅地连墙底部全部要求进入中风化岩层1.5m以上。由于岩面在22轴-47轴范围内起伏较大,27轴-37轴的地连墙堪固深度只有3.65m,插入比为0.21,入岩深度为2m-13m(进入全风化凝灰岩1.5m,中风化上段凝灰岩2.8m,中风化下段凝灰岩8.7m)。中风化岩成槽机的液压抓斗无法直接开挖,需要采用冲击钻、旋挖钻配合施工。
  2.3岩面起伏较大,造成冲击钻和旋挖钻配合成孔时容易发生孔位偏斜、孔底局部凸起、墙体垂直度超限等现象,从而造成钢筋笼无法下放。
  2.4地连墙长时间成槽,容易发生孔壁塌孔、缩孔,冲孔和清孔过程中泥浆指标的控制,槽底成渣的清除,直接影响地连墙的承载力和稳定性。
  三、地连墙成槽施工
  3.1设备选型
  地连墙两侧槽壁加固采用JB-160A三轴搅拌桩机。使用金泰SG70液压成槽机挖至全风化层,下部中风化层利用SR360RC8旋挖钻配合冲击钻施工。破岩后的槽内碎石清渣采用SHP泥浆净化装置。
  3.2成槽施工   (1)为避免施工过程中槽壁坍塌,对地连墙两侧土体采用?850mm@600mm三轴水泥土搅拌桩进行加固。采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比为1.2~1.5,水泥掺量为15%,水泥土加固体的28天龄期无侧限抗压强度qu不宜低于1.0MPa。
  (2)入岩2m左右的地连墙采用成槽机直接成槽,成槽机带自动测斜仪和纠偏装置,成槽速度快、精度高。静态泥浆护壁分段施工,每6m 为一标准段。
  (3)入岩较深的地连墙上部采用成槽机直接开挖,下部采用旋挖钻配合冲击钻施工。在地面导墙上定位后,采用旋挖钻引4个主孔,冲击钻冲3个副孔。冲击钻采用5t卷扬机配置3.5t冲锤,直径0.8m;冲孔至设计标高后,采用方锤修整槽壁连孔成槽。
  抓槽机开挖 旋挖钻冲主孔
  冲击钻冲副孔 方锤修整槽壁
  3.3护壁泥浆制作、清底及换浆
  (1)泥浆制作
  护壁泥浆主要由膨润土、羧甲基纤维素(CMC)、苏打灰(Na2CO3)和一定比例的水组成。在制备新浆料时,先浸泡适量的CMC,在搅拌桶内高速搅拌使其完全溶解,静置一段时间后倒入适量Na2CO3、膨润土和水充分搅拌,然后抽入泥浆池内静置水化24h以上后待用。要求新配制泥浆的比重为1.05~1.15g/mL,粘度不大于28s,含砂率不大于8%。
  泥浆是地下连续墙施工中槽壁稳定的关键,受地质、水文条件影响较大,故成槽过程中需随时测量泥浆指标,及时掺入新鲜泥浆,调整泥浆掺料用量,以防止槽段坍方。施工期间,严格控制泥浆液体必须高于地下水位1m以上,而且不低于导墙顶面以下0.5m。在容易产生泥浆渗漏时,应及时堵漏和补浆,使槽内泥浆液面保持正常高度。
  (2)清底及换浆
  冲击钻施工过程中,槽底悬浮和沉淀大量石渣,在方锤修槽完成后,把成槽机抓斗下放到槽段底部挖除槽底沉渣,清渣过程中必须及时补充新鲜泥浆至槽段内保持泥浆液面,至抓斗抓出物主要为稀泥浆时,采用SHP泥浆净化装置对槽内泥浆进行分离法净化,以吸浆反循环法吸除沉积在槽底的沉渣,石渣等直接分离至地面并直接弃运,置换出的泥浆继续用于槽段内循环。槽底沉淀物淤积厚度不大于100mm,槽底200mm处泥浆密度不大于1.15,方可进入下一步施工。
  3.4接头处理
  本工程地连墙采用工字钢接头,与钢筋笼整体焊接,形成一体。首开幅钢筋笼两端均设置工字钢接头,后续幅单侧设置工字钢接头,闭合槽段的钢筋笼两端均不设工字钢接头。为防止混凝土浇筑时绕流至相邻幅槽段内,造成相邻槽段开挖困难及后浇槽段的混凝土不能很好地与工字钢连接,从而影响整体性及防渗效果,在工字钢两侧设置50cm宽、0.5MM厚的镀锌铁皮,在钢筋笼下放过程中应注意对薄铁皮的保护,如有损坏应及时补焊。同时先施工槽段的钢筋笼安放后,在后施工槽段的工字钢接头旁边紧贴工字钢外侧放置?800mm的锁扣管并回填黏土袋。
  四、地连墙施工质量控制
  做好工程基坑支护是确保建筑工程施工安全与施工质量的重要措施与保障。建筑工程基坑支护设计是一项较为复杂、系统的工作,涉及诸多因素的考虑,地下连续墙是一种是在泥浆护壁条件下,采用分槽段的方式构筑起来的钢筋混凝土墙体。这种支护形式具备刚度大、防渗性好的应用优势,对于工作复杂条件都要着较好的适用性,在水坝防渗墙以及城市建筑深基坑围护结构中都有着较好的应用效果。尤其是随着技术、施工方法、施工设备不得发展改进,地下连续墙发展至今,不但能够作为基坑施工挡墙围护结构,而且可以充当建筑主体的结构侧墙。
  4.1 科学制定基坑支护设计方案
  基坑支护设计方案将会对后续施工进行有效指导,所以非常有必要在施工前科学制定基坑支护设计方案。首先,在进行基坑土体开挖前,有关作业人员应当要对施工项目进行全面细致的了解,同时亲自到作业现场开展考察工作,对施工环节可能会产生的各类问题展开细致探讨,深入探讨作业每一环节所需要使用到的施工方法、设备、材料、作业环境与规程等,从而制定出具有较强可行性的设计方案,在确保其与施工要求相符的同时,还可以有效指导基坑支护作业的开展与管理,方便作业环节以及后期技术管理与评估。
  4.2 采用有效的变形控制方法
  在进行基坑设计计算时,较为简单且常用的方法就是极限平衡理论,同时其对于计算基坑支护结构设计具有一定参考意义。但是,该种理论运用到深基坑支护结构中有着一定局限性,仅可确保支护结构强度,无法达到支护结构刚度需求。如若支护结构出现变形那么会对整体建筑工程施工质量产生较大影响,所以在具体设计环节务必要将支护结构刚度与强度有效考虑在内,严格控制其变形程度在规定要求范围当中,将地面超载与平面应变情况明却下来,尽量减小其对支护结构产生的消极影响。
  4.3 对基坑支护结构设计计算
  水准进行优化当前基坑支护结构复杂性越来越强,包括了开挖基坑方式与支护结构形式相结合、受力结构结合水结构、临时型支护结构结合永久性支护结构等,而这无疑会对支护结构的受力压力产生较大影响,也使得具体受力情况更为复杂,因此必须要积极采取新的方式来对支护结构进行计算,并不断优化基坑支护结构设计计算水准。
  4.4 建筑工程基坑支护设计依据与主要原则
  在对建筑工程基坑支护进行设计过程中其主要依据包括施工区域的地质勘察报告、项目基础布置图、设计总图等,以及岩土工程勘察规范、建筑基坑支护技术规程、建筑深基坑工程施工安全技術规范等相关技术规范,以及相关的法律法规,确保基坑支护设计合理、合规、合法。
  在对建筑工程基坑围护结构进行设计过程中,为确保其结构的稳定性、安全性,必须结合对工程规模分析确定基坑围护安全等级与结构重要性系数,进而采用结构荷载模式对围护结构进行分析,确定支护重点与可能存在的支护问题。在具体设计过程中必须充分遵守以下几个设计原则:   (1)采用动态化与信息化设计方式。基坑围护结构设计应与现场监测相结合,根据现场监测反馈信息及时进行分析,达到动态设计和信息化设计的目的。
  (2)围护结构应能有效地控制变形,确保基坑与周边建筑物安全、稳定,以及四周道路、各类管线使用安全。
  (3)预应力锚索应进行抗拔承载力试验。
  (4)基坑土方开挖遵循分层、平衡、适时性原则。施工前应做好施工组织设计,采用分层支护设计和开挖高度应与预应力锚索的竖向间距相对应,以预应力锚索下0.5m深为分层界限。
  (5)对于基坑支护设计而言,其首要工作就是实现对基坑支护型式合理选择,此过程需要对工程地质条件、周边环境、不同支护型式的特点、支护造价等进行全面分析。一般来说,若是施工地质条件较好,周边环境要求较为宽松的情况可采用土钉墙等较为柔性支护方式;若是周边环境要求较高,则应考虑采用排桩、地下連续墙等刚性较好的支护方式,更好地控制水平位移。对于周边环境要求较高,但是地质条件较差的情况,应采用内支撑型的支护方式,不可采用锚杆支护,避免扰动周边土体而影响周边环境安全;同时若是基坑深度较深,应考虑采用地下连续墙加水泥拌桩的混合支护型式,确保周边环境安全。
  五、结语
  目前凤凰路站地下连续墙已全部施工完成,垂直度、混凝土充盈系数控制较好,施工过程中无槽壁塌孔现象,通过超声波检测,墙体质量均良好。
  1、成槽时上部软土采用成槽机开挖、下部硬岩采用旋挖钻配合冲击钻的施工工艺,充分利用各套设备的特点,较好解决了地连墙入岩较深的施工技术,成功解决了成槽机在硬质地层中无法施工的缺点。
  2、地连墙两侧采用三轴水泥土搅拌桩对大厚度软弱土层进行槽壁加固,保证了长时间冲孔施工中槽壁的稳定性,未发生一次地下连续墙槽壁坍塌。
  3、工字钢止水结构制作方便,连接可靠,采用止水铁皮、锁扣管和黏土袋配合,有效防止了混凝土绕流,接缝止水效果好。
  参考文献
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  北京城建轨道交通建设工程有限公司 北京 100000
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