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【摘 要】 明挖法施工的地铁车站,基坑开挖后,围护结构出现渗漏,必须及时封堵,否则容易出现流沙、流泥,甚至管涌,既会对土方开挖和下步主体施工进度带来影响,严重的还会使周边道路和建筑物产生沉降,甚至出现基坑塌方危险。结合厦门地铁1号线诚毅广场站小里程端围护桩间涌水、流沙的险情,采用疏堵结合、先疏后堵的堵漏技巧,以瞬凝水泥、膨胀材料及水泥水玻璃双液浆三种简易有效的堵漏措施,效果良好,为以后同类的施工提供借鉴。
【关键词】 地铁车站;围护桩间涌水流沙;疏堵结合;堵漏措施
1 工程简介
厦门地铁诚毅广场站地下水极为丰富,车站东侧附近为碧溪汇入杏林湾入口,线路所占地段原为一片池塘水体。地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系空隙潜水主要赋存于冲洪积砂层中,地下水位埋深7.5m。
基坑围护结构采用“挡土+止水”方案,即钻孔灌注桩+三重管高压旋喷桩+内支撑的围护结构。车站基坑普通段开挖深度为16.4m,大小里程端头盾构井段深度为17.75m。采用明挖顺做法施工。
2 地质情况
根据详勘报告,车站小里程端地质情况依次向下为粘土质素填土(0m-5.8m)、全新统冲洪积粗砂(5.8m-7.9m)、全新统冲洪积可塑状粘土(7.9m-10.3m)、全新统冲洪积粗砂(10.3-16.1m)、残积硬塑状砂质粘性土(16.1m-18.2m)。
3 堵漏措施及其施工工艺
在车站基坑开挖至16.5m时,小里程端桩间出现直径约60cm的涌水、流沙口,沿涌水口的围护桩外侧出现约3m高*4m宽*5m深的空洞。在施工过程中,我们充分利用了钢筋混凝土灌注桩强度高、胶接性能良好的特性,进行堵漏。堵漏方案是先疏导后堵漏,即先填充塌方空洞,在渗漏处预埋导流水管,将渗漏出来的水导出去,然后在涌水口使用瞬凝水泥封堵,并注水泥-水玻璃双液浆,如无明显渗漏后,挂网喷射混凝土补强,待混凝土达到一定强度后,最后封堵导流管。
图3.1 涌水、流沙口 图3.2 现场流沙情况
3.1注浆法堵漏的机理
通长认为注浆法堵漏有两种作用机理,第一种作用机理是劈裂作用机理.即高压注浆,克服地层的初始应力和抗拔强度,使土层沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂[1]。高压水泥浆作为堵漏主材料,在高泵压的作用下,水泥浆将突破最薄弱部位的地基土,或沿着已经开路的渗漏缝隙渗流,调节好水泥-水玻璃的初凝时间,使水泥在合适的时间凝固,达到堵塞渗流通道的目的。
第二种机理是浆泡作用机理。即水泥浆在高泵压的作用下,使土体压缩,形成类似气球的浆泡,紧靠浆泡周围的土体受到严重破坏和剪切,形成塑性变形区,土体密度因扰动而减小,却因注入水泥浆而加固;离浆泡较远的周围土体,发生弹性变形,土体密度明显增加,变得更加密实[1],渗透能力因而降低了,达到提高地基土的承载力和阻止渗漏的目的。
3.2堵漏材料
堵漏的材料包括导流水管、瞬凝水泥、填充物、水泥、水玻璃。
导流水管:由于渗漏量较大,选用直径32的不锈钢管(或PE管)作为导流水管,兼做注浆管使用,导流水管长度根据现场塌方的空洞深度选择,配套16号细铁丝、木塞若干。
瞬凝水泥:S型瞬凝水泥,其参数为初凝时间1~2min,终凝时间2~3min。早强发挥迅速,水灰比W/V=0.4时,抗压强度:4h≥20MPa,1d≥40Mpa,具有微膨胀等特性。配套黄砂,碎石等。
填充物:旧棉絮、废旧布料若干。
42.5MPa水泥、浓度为16Be′水玻璃若干。
3.3注浆设备
采用国产某型号双液浆注浆机,注浆参数为:工作压力0.5-8MPa,额定生产能力0-80L/min,吸入骨料最大粒径≤5mm,电机功率11kw,吸浆高度1m。
3.4注浆参数设定
根据水泥-水玻璃的化学反应原理,试验中采用固定水灰比为1:1的水泥浆在水玻璃不同浓度(39-8.4Be′)下的浆体初凝时间变化不是很大[2],但终凝时间最快为21秒,最慢为19500秒,相差4个数量级,这个变化是非常大的。过长的终凝时间,注浆时跑浆漏浆是非常严重的,并且施工效果也不好。
桩间塌方体空洞注浆主要部分是人工填充的旧棉絮、废旧布料等散体结构,如果终凝时间过长会造成材料浪费,并且达不到注浆效果。但是注浆又要求一定的土体扩散半径,在诚毅广场站桩间注浆加固施工中要求扩散半径大于1m小于5m。所以注浆中既要保证扩散半径又要不能扩散太远,这就要求水泥浆的初凝和终凝之间有一段合适的时间差。根据不同配比水泥与水玻璃凝胶时间表[2],综合分析及考虑,取水灰比为1:1,水玻璃浓度为16Be′,水泥浆与水玻璃体积比为1:0.25,可以达到要求。
3.5注浆堵漏工艺
注浆堵漏的工艺为:清除混凝土表面杂物→充填空洞→安装钢筋网片→固定导流管→瞬凝水泥封堵涌水→混凝土养护→注浆封堵导流管口→喷射混凝土。
图3.3 桩间涌水、流沙处理示意图
3.5.1凿除渗漏部位钢筋混凝土表面的泥土和杂质,露出新鲜混凝土面,为瞬凝水泥提供较好的胶结面。
3.5.2由于渗漏时间过长,桩体背后已出现较大的空洞,使用旧棉絮、废旧布料填塞空洞,用编织袋装黄沙、石子在涌水口码放。旧棉絮废旧布料既可以阻止泥沙流失,又可以透水,黄沙和石子可以起到挡流沙作用。
3.5.3由于涌水口较大,将围护桩中的钢筋凿除,焊上钢筋网片,以固定瞬凝混凝土。
3.5.4在涌水口封闭的缝隙合适位置安装固定导流水管,宜做双根导流管,一高一低安装(或左右安装),导流水管要深入空洞一定长度,也要露出封堵混凝土一定长度。
3.5.5使用瞬凝水泥拌制混凝土,封堵流水縫隙。封堵时要保持导流管通长。并将导流水管固定在封堵混凝土当中。在瞬凝混凝土达到一定强度值,即可进行导流管注浆。
3.5.6利用带阀门的三通管与位置高的导流管连接,控制好注浆压力,当另外一根导流管流出水泥浆液时,说明空洞内部大部分的水被排出,此时需封堵位置低的导流管,加大注浆压力,直至到达合理的压力值。
图3.4 涌水口封堵 图3.5 导流安装
3.5.7调节好喷射混凝土速凝剂的比例,使喷射混凝土能快速凝固,起到加固涌水口的作用。
图3.6 导流管注浆 图3.7 注浆后效果
4 监控量测
4.1地表沉降观测
图3.8 地表沉降观测图
从上图可以看出,从第13次至第18次观测期间,为桩间土体塌方期,地表土体明显加速沉降;从第18次至21次观测期间,为塌方空洞注浆期,由于注入水泥浆液,地表土体出现隆起;从第21次至26次观测期间,为土体稳定期,表明塌方空洞已得到有效的加固处理,地表已趋于稳定可以进行后续结构施工。
4.2水位观测
图3.9 3#水位观测孔观测图
从上图可以看出,从第13次至第18次观测期间,为桩间土体塌方期,桩外水位急速下降,到第18次已经至基坑底;从第18次至21次观测期间,为堵塞涌水口及双液浆注浆期,由于注浆使得桩间渗漏得到治理,水位急速上升;从第21次至26次观测期间,为土体稳定期,表明土体水位稳定,桩间不再有渗漏现象。
5 结语
通过上述的堵漏施工工艺,在诚毅广场站小里程端桩间涌水、流沙抢险的实践证明,注浆有效加固了土体,防止了渗漏水,效果良好。通过加强监控量测等手段,及时反馈信息,及时掌握地面监测点、支撑轴力、水位观测的动态变化并指导施工,为基坑后续的安全可控奠定了基础,取得了良好的经济效益和社会影响。
参考文献:
[1]蔡文胜,基坑围护结构渗漏的堵漏技术,化工矿产地质,2007(4)。
[2]刘玉祥,柳慧鹏,水泥-水玻璃双液注浆中的最优参数选择,矿冶,2005(4)。
【关键词】 地铁车站;围护桩间涌水流沙;疏堵结合;堵漏措施
1 工程简介
厦门地铁诚毅广场站地下水极为丰富,车站东侧附近为碧溪汇入杏林湾入口,线路所占地段原为一片池塘水体。地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系空隙潜水主要赋存于冲洪积砂层中,地下水位埋深7.5m。
基坑围护结构采用“挡土+止水”方案,即钻孔灌注桩+三重管高压旋喷桩+内支撑的围护结构。车站基坑普通段开挖深度为16.4m,大小里程端头盾构井段深度为17.75m。采用明挖顺做法施工。
2 地质情况
根据详勘报告,车站小里程端地质情况依次向下为粘土质素填土(0m-5.8m)、全新统冲洪积粗砂(5.8m-7.9m)、全新统冲洪积可塑状粘土(7.9m-10.3m)、全新统冲洪积粗砂(10.3-16.1m)、残积硬塑状砂质粘性土(16.1m-18.2m)。
3 堵漏措施及其施工工艺
在车站基坑开挖至16.5m时,小里程端桩间出现直径约60cm的涌水、流沙口,沿涌水口的围护桩外侧出现约3m高*4m宽*5m深的空洞。在施工过程中,我们充分利用了钢筋混凝土灌注桩强度高、胶接性能良好的特性,进行堵漏。堵漏方案是先疏导后堵漏,即先填充塌方空洞,在渗漏处预埋导流水管,将渗漏出来的水导出去,然后在涌水口使用瞬凝水泥封堵,并注水泥-水玻璃双液浆,如无明显渗漏后,挂网喷射混凝土补强,待混凝土达到一定强度后,最后封堵导流管。
图3.1 涌水、流沙口 图3.2 现场流沙情况
3.1注浆法堵漏的机理
通长认为注浆法堵漏有两种作用机理,第一种作用机理是劈裂作用机理.即高压注浆,克服地层的初始应力和抗拔强度,使土层沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂[1]。高压水泥浆作为堵漏主材料,在高泵压的作用下,水泥浆将突破最薄弱部位的地基土,或沿着已经开路的渗漏缝隙渗流,调节好水泥-水玻璃的初凝时间,使水泥在合适的时间凝固,达到堵塞渗流通道的目的。
第二种机理是浆泡作用机理。即水泥浆在高泵压的作用下,使土体压缩,形成类似气球的浆泡,紧靠浆泡周围的土体受到严重破坏和剪切,形成塑性变形区,土体密度因扰动而减小,却因注入水泥浆而加固;离浆泡较远的周围土体,发生弹性变形,土体密度明显增加,变得更加密实[1],渗透能力因而降低了,达到提高地基土的承载力和阻止渗漏的目的。
3.2堵漏材料
堵漏的材料包括导流水管、瞬凝水泥、填充物、水泥、水玻璃。
导流水管:由于渗漏量较大,选用直径32的不锈钢管(或PE管)作为导流水管,兼做注浆管使用,导流水管长度根据现场塌方的空洞深度选择,配套16号细铁丝、木塞若干。
瞬凝水泥:S型瞬凝水泥,其参数为初凝时间1~2min,终凝时间2~3min。早强发挥迅速,水灰比W/V=0.4时,抗压强度:4h≥20MPa,1d≥40Mpa,具有微膨胀等特性。配套黄砂,碎石等。
填充物:旧棉絮、废旧布料若干。
42.5MPa水泥、浓度为16Be′水玻璃若干。
3.3注浆设备
采用国产某型号双液浆注浆机,注浆参数为:工作压力0.5-8MPa,额定生产能力0-80L/min,吸入骨料最大粒径≤5mm,电机功率11kw,吸浆高度1m。
3.4注浆参数设定
根据水泥-水玻璃的化学反应原理,试验中采用固定水灰比为1:1的水泥浆在水玻璃不同浓度(39-8.4Be′)下的浆体初凝时间变化不是很大[2],但终凝时间最快为21秒,最慢为19500秒,相差4个数量级,这个变化是非常大的。过长的终凝时间,注浆时跑浆漏浆是非常严重的,并且施工效果也不好。
桩间塌方体空洞注浆主要部分是人工填充的旧棉絮、废旧布料等散体结构,如果终凝时间过长会造成材料浪费,并且达不到注浆效果。但是注浆又要求一定的土体扩散半径,在诚毅广场站桩间注浆加固施工中要求扩散半径大于1m小于5m。所以注浆中既要保证扩散半径又要不能扩散太远,这就要求水泥浆的初凝和终凝之间有一段合适的时间差。根据不同配比水泥与水玻璃凝胶时间表[2],综合分析及考虑,取水灰比为1:1,水玻璃浓度为16Be′,水泥浆与水玻璃体积比为1:0.25,可以达到要求。
3.5注浆堵漏工艺
注浆堵漏的工艺为:清除混凝土表面杂物→充填空洞→安装钢筋网片→固定导流管→瞬凝水泥封堵涌水→混凝土养护→注浆封堵导流管口→喷射混凝土。
图3.3 桩间涌水、流沙处理示意图
3.5.1凿除渗漏部位钢筋混凝土表面的泥土和杂质,露出新鲜混凝土面,为瞬凝水泥提供较好的胶结面。
3.5.2由于渗漏时间过长,桩体背后已出现较大的空洞,使用旧棉絮、废旧布料填塞空洞,用编织袋装黄沙、石子在涌水口码放。旧棉絮废旧布料既可以阻止泥沙流失,又可以透水,黄沙和石子可以起到挡流沙作用。
3.5.3由于涌水口较大,将围护桩中的钢筋凿除,焊上钢筋网片,以固定瞬凝混凝土。
3.5.4在涌水口封闭的缝隙合适位置安装固定导流水管,宜做双根导流管,一高一低安装(或左右安装),导流水管要深入空洞一定长度,也要露出封堵混凝土一定长度。
3.5.5使用瞬凝水泥拌制混凝土,封堵流水縫隙。封堵时要保持导流管通长。并将导流水管固定在封堵混凝土当中。在瞬凝混凝土达到一定强度值,即可进行导流管注浆。
3.5.6利用带阀门的三通管与位置高的导流管连接,控制好注浆压力,当另外一根导流管流出水泥浆液时,说明空洞内部大部分的水被排出,此时需封堵位置低的导流管,加大注浆压力,直至到达合理的压力值。
图3.4 涌水口封堵 图3.5 导流安装
3.5.7调节好喷射混凝土速凝剂的比例,使喷射混凝土能快速凝固,起到加固涌水口的作用。
图3.6 导流管注浆 图3.7 注浆后效果
4 监控量测
4.1地表沉降观测
图3.8 地表沉降观测图
从上图可以看出,从第13次至第18次观测期间,为桩间土体塌方期,地表土体明显加速沉降;从第18次至21次观测期间,为塌方空洞注浆期,由于注入水泥浆液,地表土体出现隆起;从第21次至26次观测期间,为土体稳定期,表明塌方空洞已得到有效的加固处理,地表已趋于稳定可以进行后续结构施工。
4.2水位观测
图3.9 3#水位观测孔观测图
从上图可以看出,从第13次至第18次观测期间,为桩间土体塌方期,桩外水位急速下降,到第18次已经至基坑底;从第18次至21次观测期间,为堵塞涌水口及双液浆注浆期,由于注浆使得桩间渗漏得到治理,水位急速上升;从第21次至26次观测期间,为土体稳定期,表明土体水位稳定,桩间不再有渗漏现象。
5 结语
通过上述的堵漏施工工艺,在诚毅广场站小里程端桩间涌水、流沙抢险的实践证明,注浆有效加固了土体,防止了渗漏水,效果良好。通过加强监控量测等手段,及时反馈信息,及时掌握地面监测点、支撑轴力、水位观测的动态变化并指导施工,为基坑后续的安全可控奠定了基础,取得了良好的经济效益和社会影响。
参考文献:
[1]蔡文胜,基坑围护结构渗漏的堵漏技术,化工矿产地质,2007(4)。
[2]刘玉祥,柳慧鹏,水泥-水玻璃双液注浆中的最优参数选择,矿冶,2005(4)。