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【摘 要】富水粉砂地质条件下,连续墙成槽过程中极易发生塌孔现象,本文结合苏州轨道交通4号线团结桥站约30m厚的砂层这一特殊地质状况,提出采用调整泥浆性能指标并结合槽壁加固施工措施,加快成槽速度等手段,有效地控制了成槽塌孔现象,对类似地质条件下成槽施工提供了一定的施工经验。
【关键词】粉砂;成槽;塌孔;泥浆;槽壁加固
1.工程及地质概况
1.1 工程概况
团结桥站基坑长度为174.6m,标准段宽度为19.7m,开挖深度为17.6m~21m。围护结构采用800mm厚地下连续墙,标准段深44.5m,端头井深51m,地下连续墙接头采用H型钢接头。支撑系统首道采用700×1000mm钢筋混凝土支撑,其余三道(端头井五道)采用φ609(δ=16mm)钢管支撑。
1.2 地质条件
1.2.1 工程地质条件
根据工程勘察报告,连续墙施工范围内从上到下各土层的物理力学指标如表1所示。
1.2.2 水文地质条件
本基坑周边及底部以软弱粘性土为主,土体有较明显的触变及流变特性,并在动力作用下土体强度极易降低,在施工过程中应防止土体扰动。③3层粉土夹粉砂层及④2粉砂层在动水作用下易产生流沙,连续墙施工过程中极易发生塌孔,施工中需要引起注意。
2.连续墙施工工艺流程
3.成槽施工方法
根据团结桥站的水文地质情况,地下连续墙成槽采用我公司的德产宝饿GB34液压成槽机成槽,膨润土泥浆护壁,连续墙成槽采用抓斗式成槽机开挖土层的施工方法。
开挖过程中,既要注重对连续墙面槽壁垂直度的控制,同时也要对槽段两侧接头处壁面的垂直度偏差严格控制在0.5%以内。储蓄充足成品泥浆,在施工中放慢抓斗在砂层地段上下提升速度,并控制泥浆比重,以降低抓斗底(顶)泥浆流对槽壁稳定的影响。成槽过程中,根据地层变化及时调整泥浆指标,随时注意成槽速度、排土量、泥浆补充量之间的对比,及时判断槽内有无坍塌、漏浆现象。施工时成槽机下垫20毫米厚钢板,起减压降震作用。挖槽至离设计槽深1m左右时,加密测量槽深频率,严防超挖。
槽段开挖采取隔一挖一,单元槽段先挖两边再挖中间部分。即先挖槽段两端的孔,或采用挖好第一孔后,跳开一段距离再挖第二孔的方法,使两个孔之间留下未被挖掘过的隔墙,这就能使抓斗在挖单孔时吃力均衡,可以有效地纠偏,保证成槽垂直度。待单孔和孔间隔墙都挖到设计深度后,再沿槽长方向套挖几斗,这样可将因抓斗成槽的垂直度各不相同而形成的凹凸面修理平整,保证槽段横向有良好的直线性,同时,把抓斗下放到槽段设计深度上挖除槽底沉渣。
4.成槽防塌技术
4.1 泥浆性能控制
泥浆在成槽过程中起重要的作用,泥浆的质量直接关系着槽壁的稳定性。新浆要充分搅拌并静置24小时,待其充分溶胀后使用,指标要符合相关的规范要求;循环泥浆要经过沉淀池进行沉淀,将其中的砂、土、杂物等沉淀后清除,循环泥浆使用前要进行质量检测,不合格的泥浆需要进行处理,处理的方法为采用泥浆分离器对泥砂进行分离处理,并对分离泥浆加入一定的膨润土和CMC,以改善泥浆性能。
4.1.1 泥浆制备
泥浆主要是在地墙挖槽过程中起护壁作用,泥浆护壁技术是地下连续墙工程基础技术之一,其质量好坏直接影响到成槽的质量与安全。本站成槽地层中粉砂层厚度较大,泥浆粘度及比重是影响槽壁的稳定的关键。
(1) 泥浆配合比
根据地质条件,泥浆采用膨润土泥浆,针对④2层粉砂层的透水性及稳定情况,泥浆配合比如下:(每立方米泥浆材料用量Kg)
膨润土:70Kg 纯碱:1.8Kg 水:1000Kg CMC:0.8Kg
(2)泥浆配置方法
泥浆搅拌采用2台2L-400型高速回转式搅拌机,具体配制方法为:先配制CMC溶液静置5小时,然后在搅拌筒内依次加入水,膨润土,搅拌3分钟后,再加入CMC溶液。混合液搅拌10分钟,再加入纯碱,搅拌均匀后,放入储浆池内,静置24小时后,膨润土颗粒充分水化膨胀,即可泵入循环池,以备使用。
4.1.2 泥浆性能指标要求
上述配合比在施工中根据试验槽段及实际情况再适当调整。各阶段不同土层的泥浆的性能指标要求见表2。
4.2 槽内压力平衡
在成槽过程中,一方面由于抓斗下放过程中会溢出一定的泥浆,另一方面抓斗抓土过程中会带走一部分泥浆,因此成槽过程中需要安排专人观察泥浆液面,及时补充泥浆,始终保持槽内泥浆面不低于导墙顶面以下0.5米及地下水位1m以上,保持液面高度,防止导墙底部发生塌孔。
4.3 成槽时间控制
在砂层中成槽必须快速,在泥浆充分发挥作用,没有发生塌孔迹象的时间内必须完成全部工序,否则时间过长,就会出现塌孔、缩孔等现象,这就要求在成槽开始前,进行周密计划,综合考虑各方面的情况,保证工序衔接紧密,一气呵成。
4.4 槽壁加固施工措施
由于团结桥站位于市区东吴北路上,交通车辆多,周边建筑物密集,并结合③3层粉土夹粉砂层及④2粉砂层地质特性,为防止成槽坍塌,导墙施工前须对连续墙内外侧进行土体加固施工(槽壁加固);槽壁加固采用三轴搅拌桩,加固深度为基底下3米,水泥掺量为14%,水泥浆水灰比为0.8~1.5。
4.5 合理安排成槽顺序
对于“L”型、“Z”型、“T”型等异型槽段,最理想的情况为安排在一期施工,避免相邻槽段施工过程中扰动该槽段,造成成槽时发生塌孔,但在现场实际施工中,为了达到设备的有效利用,一般只配置两套锁口管,因此,“Z”型和“T”型槽段只能在二期施工。
4.6 对现场条件的要求
由于砂性土体受到扰动后极易坍塌,因此,在槽段附近不要堆积较大、较重的物件,在成槽机作业时,须在成槽机履带下增设不小于20mm钢板减少对导墙的压力,防止坍塌。
5.槽璧检验
槽璧检验的内容主要有平面位置、深度、壁面垂直度、端面垂直度,每幅槽段不少于3个测点。
5.1 平面位置偏差检测
用测锤实测槽段两端的位置,两端实测位置线与该槽段分幅线之间的偏差即为槽段平面位置偏差。允许偏差为30mm。
5.2 槽段深度检测
用测锤实测槽段左中右三个位置的槽底深度,三个位置的平均深度即为该槽段的深度。要求深度不小于设计深度。
5.3 槽段垂直度检测
用超声波测壁仪器在槽段内左中右三个位置上分别扫描槽壁壁面,扫描记录中壁面最大凸出量或凹进量(以导墙面为扫描基准面)与槽段深度之比即为壁面垂直度,三个位置的平均值即为槽段壁面平均垂直度。槽段垂直度的表示方法为:X/ L。其中X为壁面最大凹凸量,L为槽段深度。允许偏差为1/300。
5.4 槽段端面垂直度检测
同槽段垂直度检测方法。
6.结论和建议
通过以上施工方法,以及施工过程中的严格控制,团结桥站连续墙施工质量良好,墙体垂直度较好,接缝严密无漏水,施工过程中无塌孔、缩孔或槽璧坍塌等现象,基坑开挖后基本无渗漏水现象,受到了监理和业主的高度评价。
根据实际施工经验建议:
(1)在异形幅连续墙施工时,由于作业时间偏长须适当的调整泥浆比重及粘度。
(2)结合三轴搅拌桩的垂直度控制,槽壁加固施工时严格控制三轴搅拌桩位置,两侧搅拌桩边线与连续墙边线控制在100mm~150mm间,避免水泥搅拌桩侵入连续墙土体内,影响连续墙垂直度。
(3)结合槽壁加固施工质量,建议对三轴搅拌桩水泥掺量进行优化,控制在7%~10%,减少对连续墙成槽质量影响。
【关键词】粉砂;成槽;塌孔;泥浆;槽壁加固
1.工程及地质概况
1.1 工程概况
团结桥站基坑长度为174.6m,标准段宽度为19.7m,开挖深度为17.6m~21m。围护结构采用800mm厚地下连续墙,标准段深44.5m,端头井深51m,地下连续墙接头采用H型钢接头。支撑系统首道采用700×1000mm钢筋混凝土支撑,其余三道(端头井五道)采用φ609(δ=16mm)钢管支撑。
1.2 地质条件
1.2.1 工程地质条件
根据工程勘察报告,连续墙施工范围内从上到下各土层的物理力学指标如表1所示。
1.2.2 水文地质条件
本基坑周边及底部以软弱粘性土为主,土体有较明显的触变及流变特性,并在动力作用下土体强度极易降低,在施工过程中应防止土体扰动。③3层粉土夹粉砂层及④2粉砂层在动水作用下易产生流沙,连续墙施工过程中极易发生塌孔,施工中需要引起注意。
2.连续墙施工工艺流程
3.成槽施工方法
根据团结桥站的水文地质情况,地下连续墙成槽采用我公司的德产宝饿GB34液压成槽机成槽,膨润土泥浆护壁,连续墙成槽采用抓斗式成槽机开挖土层的施工方法。
开挖过程中,既要注重对连续墙面槽壁垂直度的控制,同时也要对槽段两侧接头处壁面的垂直度偏差严格控制在0.5%以内。储蓄充足成品泥浆,在施工中放慢抓斗在砂层地段上下提升速度,并控制泥浆比重,以降低抓斗底(顶)泥浆流对槽壁稳定的影响。成槽过程中,根据地层变化及时调整泥浆指标,随时注意成槽速度、排土量、泥浆补充量之间的对比,及时判断槽内有无坍塌、漏浆现象。施工时成槽机下垫20毫米厚钢板,起减压降震作用。挖槽至离设计槽深1m左右时,加密测量槽深频率,严防超挖。
槽段开挖采取隔一挖一,单元槽段先挖两边再挖中间部分。即先挖槽段两端的孔,或采用挖好第一孔后,跳开一段距离再挖第二孔的方法,使两个孔之间留下未被挖掘过的隔墙,这就能使抓斗在挖单孔时吃力均衡,可以有效地纠偏,保证成槽垂直度。待单孔和孔间隔墙都挖到设计深度后,再沿槽长方向套挖几斗,这样可将因抓斗成槽的垂直度各不相同而形成的凹凸面修理平整,保证槽段横向有良好的直线性,同时,把抓斗下放到槽段设计深度上挖除槽底沉渣。
4.成槽防塌技术
4.1 泥浆性能控制
泥浆在成槽过程中起重要的作用,泥浆的质量直接关系着槽壁的稳定性。新浆要充分搅拌并静置24小时,待其充分溶胀后使用,指标要符合相关的规范要求;循环泥浆要经过沉淀池进行沉淀,将其中的砂、土、杂物等沉淀后清除,循环泥浆使用前要进行质量检测,不合格的泥浆需要进行处理,处理的方法为采用泥浆分离器对泥砂进行分离处理,并对分离泥浆加入一定的膨润土和CMC,以改善泥浆性能。
4.1.1 泥浆制备
泥浆主要是在地墙挖槽过程中起护壁作用,泥浆护壁技术是地下连续墙工程基础技术之一,其质量好坏直接影响到成槽的质量与安全。本站成槽地层中粉砂层厚度较大,泥浆粘度及比重是影响槽壁的稳定的关键。
(1) 泥浆配合比
根据地质条件,泥浆采用膨润土泥浆,针对④2层粉砂层的透水性及稳定情况,泥浆配合比如下:(每立方米泥浆材料用量Kg)
膨润土:70Kg 纯碱:1.8Kg 水:1000Kg CMC:0.8Kg
(2)泥浆配置方法
泥浆搅拌采用2台2L-400型高速回转式搅拌机,具体配制方法为:先配制CMC溶液静置5小时,然后在搅拌筒内依次加入水,膨润土,搅拌3分钟后,再加入CMC溶液。混合液搅拌10分钟,再加入纯碱,搅拌均匀后,放入储浆池内,静置24小时后,膨润土颗粒充分水化膨胀,即可泵入循环池,以备使用。
4.1.2 泥浆性能指标要求
上述配合比在施工中根据试验槽段及实际情况再适当调整。各阶段不同土层的泥浆的性能指标要求见表2。
4.2 槽内压力平衡
在成槽过程中,一方面由于抓斗下放过程中会溢出一定的泥浆,另一方面抓斗抓土过程中会带走一部分泥浆,因此成槽过程中需要安排专人观察泥浆液面,及时补充泥浆,始终保持槽内泥浆面不低于导墙顶面以下0.5米及地下水位1m以上,保持液面高度,防止导墙底部发生塌孔。
4.3 成槽时间控制
在砂层中成槽必须快速,在泥浆充分发挥作用,没有发生塌孔迹象的时间内必须完成全部工序,否则时间过长,就会出现塌孔、缩孔等现象,这就要求在成槽开始前,进行周密计划,综合考虑各方面的情况,保证工序衔接紧密,一气呵成。
4.4 槽壁加固施工措施
由于团结桥站位于市区东吴北路上,交通车辆多,周边建筑物密集,并结合③3层粉土夹粉砂层及④2粉砂层地质特性,为防止成槽坍塌,导墙施工前须对连续墙内外侧进行土体加固施工(槽壁加固);槽壁加固采用三轴搅拌桩,加固深度为基底下3米,水泥掺量为14%,水泥浆水灰比为0.8~1.5。
4.5 合理安排成槽顺序
对于“L”型、“Z”型、“T”型等异型槽段,最理想的情况为安排在一期施工,避免相邻槽段施工过程中扰动该槽段,造成成槽时发生塌孔,但在现场实际施工中,为了达到设备的有效利用,一般只配置两套锁口管,因此,“Z”型和“T”型槽段只能在二期施工。
4.6 对现场条件的要求
由于砂性土体受到扰动后极易坍塌,因此,在槽段附近不要堆积较大、较重的物件,在成槽机作业时,须在成槽机履带下增设不小于20mm钢板减少对导墙的压力,防止坍塌。
5.槽璧检验
槽璧检验的内容主要有平面位置、深度、壁面垂直度、端面垂直度,每幅槽段不少于3个测点。
5.1 平面位置偏差检测
用测锤实测槽段两端的位置,两端实测位置线与该槽段分幅线之间的偏差即为槽段平面位置偏差。允许偏差为30mm。
5.2 槽段深度检测
用测锤实测槽段左中右三个位置的槽底深度,三个位置的平均深度即为该槽段的深度。要求深度不小于设计深度。
5.3 槽段垂直度检测
用超声波测壁仪器在槽段内左中右三个位置上分别扫描槽壁壁面,扫描记录中壁面最大凸出量或凹进量(以导墙面为扫描基准面)与槽段深度之比即为壁面垂直度,三个位置的平均值即为槽段壁面平均垂直度。槽段垂直度的表示方法为:X/ L。其中X为壁面最大凹凸量,L为槽段深度。允许偏差为1/300。
5.4 槽段端面垂直度检测
同槽段垂直度检测方法。
6.结论和建议
通过以上施工方法,以及施工过程中的严格控制,团结桥站连续墙施工质量良好,墙体垂直度较好,接缝严密无漏水,施工过程中无塌孔、缩孔或槽璧坍塌等现象,基坑开挖后基本无渗漏水现象,受到了监理和业主的高度评价。
根据实际施工经验建议:
(1)在异形幅连续墙施工时,由于作业时间偏长须适当的调整泥浆比重及粘度。
(2)结合三轴搅拌桩的垂直度控制,槽壁加固施工时严格控制三轴搅拌桩位置,两侧搅拌桩边线与连续墙边线控制在100mm~150mm间,避免水泥搅拌桩侵入连续墙土体内,影响连续墙垂直度。
(3)结合槽壁加固施工质量,建议对三轴搅拌桩水泥掺量进行优化,控制在7%~10%,减少对连续墙成槽质量影响。