深层搅拌桩在粉砂土层地下连续墙成槽护壁中的使用

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  朱涛
  上海市水利工程集团有限公司 201612
  摘要:地下连续墙作为深基坑支护的工程措施已得到广泛使用。地下连续墙施工时, 如何确保成槽质量是十分关键的。然而在高流动性地质条件(粉砂土层、砂土层) 下,成槽时仅仅依靠泥浆护壁很难达到施工质量要求,且极易发生槽壁坍塌等严 重质量事故。
  深层搅拌桩对于粉砂土层、砂土层土体固化有十分明显的效果,且已在地基 处理工程中得到广泛应用。
  本工程创造性地将深层搅拌桩使用在粉砂土层地下连续墙成槽护壁中,取得 了很好的效果。
  关键词:
  粉砂土层、深层搅拌桩、地下连续墙、护壁
  1、工程概况
  本工程为上海青草沙水库取输水泵闸进水井地下连续墙围护工程,进水井沿东
  西向布置,平面尺寸为 32m*16m,开挖深度 16.8m。进水井基坑围护结构采用
  1000mm 厚连续墙围护结构。连续墙平面尺寸 33m*19.6m,墙顶高程+1.0m,墙底
  高程-35.0m。
  地下墙采用材料:混凝土强度等级为 C30,抗渗等级 W8。
  本工程区域地质情况如下:
  层序 土名 层面标高 层厚 m 土层描述
  (m)
  ①3-1 粉性土混(淤泥质) 2.10 0.6~3.0m 土性以粉性土为主,含有机质,不规则的混夹有大量
  粘性土 薄层状粘性土。
  呈松散~稍密状,含大量云母屑和贝壳碎屑,夹较多
  ②3-1 砂质粉土 0.70 3.9~4.7m 薄层粘性土,呈松散状,中等压缩性,该层土渗透性
  较大。
  ②3-2 粉砂 -3.45 6.0~8.7m 状态稍密~中密,属中等压缩性,平均比贯入阻力
  Ps 为 5.68MPa。土层中夹有较多的薄层状粘性土。
  2.8~4.5m 呈松散~稍密状,中等压缩性,局部区段夹粘性土稍
  ②3-3 砂质粉土 -10.85 多,平均比贯入阻力 Ps 为 1.94MPa。
  ④ 淤泥质粘土 -14.35 5.7~7.6m 含大量贝壳碎屑,状态流塑,属高压缩性、高灵敏度
  的软粘土。
  上部(段)状态较差,多呈淤泥质粘土状。含腐植质及
  ⑤1-1 粘土 -20.80 6.9~10.0m 少量贝壳屑,状态软塑~流塑亦属于高压缩性、高灵
  敏度的软粘性土。
  软塑状,夹大量薄层状粉性土(或砂土),含腐植质
  ⑤1-2 粉质粘土 -28.75 8.0~13.5m 等。随深度增加而状态渐好,粉性土薄夹层也渐多;
  属于中压缩性的粘性土。部分勘探孔未揭穿该层。
  ⑤2 砂质粉土夹粉质粘 -38.60 15.0~16.5m 状态稍密~中密(软塑),含少量腐植质,局部区段
  土 夹粘性土较多,平均比贯入阻力 Ps 为 8.39MPa。
  2、粉砂土层对地连墙的影响
  由上表可知,本工程地下连续墙在-14.35 高程以上基本都处于粉砂层及砂质
  粉土层,如此大范围的粉砂土层对地连墙施工质量将产生极大的负面影响。
  (1) 由于粉砂土层为液化土层,渗透系数极大,地下连续墙成槽施工 是极易产生坍孔现象,更为甚者在清孔、下放钢筋笼时甚至会发 生蠕变或塌方现象。
  (2) 地下连续墙灌注混凝土时,粉砂土层的坍塌会造成连续墙墙体夹
  泥,严重影响围护结构的止水效果。
  (3) 土体坍塌将使成槽机施工效率下降,混凝土超耗;另外,在后续
  基坑开挖后会发现墙体表面极不平整、甚至出现露筋现象,严重
  影响工期,且会造成极大的经济损失。
  3、做法
  为解决在粉砂土层地连墙成槽困难的问题,创造性地在地连墙槽段内外各打
  设一排三轴搅拌桩作为护壁结构。详见下图:
  地连墙成槽护壁采用搅拌桩直径为 850mm,内侧桩长为 21.8m,外侧桩长
  为 18m;搅拌桩采用 42·5 级新鲜普通硅酸盐水泥,水泥掺量不小于 20%,搅拌
  桩搭接长度不小于 250mm,28d 无侧限抗压强度不小于 1.0Mpa,允许渗透系数
  不大于 1×10-6cm/S。
  采用三轴搅拌桩护壁结构后,能很好地解决在该地址情况下的成槽难题,提
  高地下连续墙质量。另外,由于三轴搅拌桩有较好的抗渗性能,采用该方法后, 外侧三轴搅拌桩实际在后续基坑开挖工程中也发挥了围护结构抗渗的重要作用, 很好地规避了连续墙幅段接头渗水这一质量通病。
  4、施工工艺流程和操作要点
  4.1 施工流程图
  定位放线
  开挖导沟
  搅拌桩机架设 搅拌桩机就位
  搅拌下沉(喷浆) 配制水泥浆液
  至设计标高
  搅拌提升(喷浆)
  成桩施工完毕
  导墙浇筑 桩体养护
  成槽
  图 5-1 施工流程图
  注:①首先施工三轴搅拌桩;
  ②三轴搅拌桩完成后三天即可施工地下连续墙导墙;
  ③导墙施工完成后,即可成槽(成槽部分三轴搅拌桩需有 7 天龄期)
  4.2 施工工艺
  1)场地平整
  施工前,必须先进行场地平整,清除施工区域内的表层硬物,素土回填;如
  施工区域不能满足桩机作业要求,可根据现场施工情况,搭设钢平台等辅助设施。   2)测量放线
  根据甲方及设计图纸上提供的基准点,在施工现场放置搅拌桩的边线,报请
  总包、监理复核认可后开始进行施工。
  3)开挖沟槽
  根据三轴搅拌桩控制线在内外各6cm处放设搅拌桩边线,采用挖机开挖沟槽,并清除地下障碍物,沟槽深度0.5m,保证三轴搅拌桩的正常施工,并达到文明施工要求。
  4)自动拌料平台搭设
  使用自动拌浆系统统一拌制水泥浆液,严格按照设计施工参数控制水泥浆水灰比及材料用量。
  5)定位、钻孔、移机
  机械设备沿三轴桩轴线移动,外侧搅拌桩采用跳槽式施工方法。依次循环直至墙体成型。外侧水泥土搅拌桩兼作防渗隔水围幕,施工时不容许出现施工冷缝,如出现超过24小时的冷缝,需采用搭接套钻或在后排补桩工艺。内侧搅拌桩采用搭接法施工,桩与桩搭接长度不小于250mm。
  6)搅拌注浆
  根据搅拌桩设计深度,钻机在钻孔和提升全过程中,保持螺杆匀速转动,匀速下钻,匀速提升,同时根据下钻和提升二种不同的速度,注入不同掺量的水泥浆液,并采取高压喷气在孔内使水泥土翻搅拌和,在桩底部分必须重复搅拌注浆,保证整桩搅拌充分,均匀,确保搅拌桩的质量。
  在施工现场安装自动搅拌后台,在开机前按要求进行水泥浆液的搅制。将配制好的水泥浆送入贮浆桶内备用。
  水泥浆配制好后,停滞时间不得超过2小时,以防离析;搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过10小时;注浆时通过2~4台注浆泵2条管路同Y型接头从H口混合注入。注浆压力:0.4~0.6MPa,注浆流量:200L/min/每台三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液,同时严格控制下沉和提升速度,喷浆下沉、不大于1m/min,提升的速度不大于2.0m/min,在桩底部分重复搅拌注浆,停留1~2分钟左右。
  7)设备检查和施工记录
  单桩施工完成后,对钻头直径、钻杆连接销子、连轴器衬块、钻头等易磨损和掉落的部件进行检查和更换,施工过程中由专人负责记录,详细记录每根桩的施工情况。单桩施工记录表中应记录对易损耗配件的检查维修情况。每日进行资料统计,及时解决施工中的问题,保证质量和进度。
  5质量控制
  5.1质量要求
  检查项目 允许偏差 单位 检测方法
  桩顶中心位移 50 mm 用钢尺量
  桩顶标高 -50~+100 mm 水准仪测量
  桩径 <4%D mm 用钢尺量
  桩底标高 +100~-500 mm 测钻头深度
  垂直度 <1 % 经纬仪测量
  搭接 200 mm 用钢尺量
  5.2质量控制办法
  5.2.1自动化控制系统
  监控数字显示仪 后台制浆系统
  (1)三轴搅拌桩使用散装水泥、粉煤灰、膨润土,后台搅拌系统配备数字控制系统,工人只需根据计算好的数量,按动按钮即可下料。
  (2)为了有效控制桩机施工过程中的成桩质量,在前台驾驶室采用了三轴搅拌桩自动化流量记录仪,除了可以实时监测输浆管的出浆流量,施工的总浆量外,还能有效监控桩身的垂直度、实际深度、施工的下沉及提升速度等施工参数,保证桩身质量处于可控的范围内。可以直观的了解成桩过程中的各项参数指标,不仅在成桩过程中有指导施工的作用,而且便于施工完成后的检查和对比,可以有效控制防渗墙整体施工质量,保证墙体质量符合要求。
  5.3质量通病处理
  在施工过程中,万一出现大雾、大风等恶劣的灾害性天气停工而出现冷缝时,则需要在冷缝处的桩体外侧补搅素桩。在桩体达到一定强度后进行补桩,以防偏钻,保证补桩效果,素桩与围护桩搭接厚度不小于10cm。
  6安全保证措施
  安全生产需要制订必须的安全保证措施,但是要实现安全生产,还必须有人去执行和维护这些措施,这就需要有施工人员的自觉性和管理人员的监督。所以制订必要的安全管理制度和落实必须的安全技术措施,对于维护安全生产是必不可少的。
  6.1安全技术措施
  1、 安全员、电焊工、电工、吊车工、汽吊指挥工等特殊工种须持证上岗,杜绝无证操作。
  2、 施工现场要张贴悬挂醒目的安全宣传标语、标牌。
  3、 开工前由项目经理组织安全工作大检查,验收合格方可开工。
  4、 现场电缆线架空布设,各种电器控制须设漏电保护装置。
  5、 电器线路及靠电运转的施工机械修理须断电进行,并挂警示牌。
  6、 进入施工现场须戴安全帽,上塔系好安全带。
  7、 外露传动装置系统须有防护网罩。
  8、 经常检查各种传动、升降、电器、机械系统以及吊臂、吊绳、吊钩等关键部位的安全性、牢固性,发现隐患及时消除
  7.文明施工及环境保护
  7.1总体要求
  1、现场布置
  1) 工地的出入口应竖立规格统一、书写工整、排列整齐的“七牌一图一标志”。
  2) 施工现场布局合理、材料堆放整齐。
  3) 施工现场道路畅通、场地平整、无积水。
  4) 施工区域或危险区域应有醒目的警示标志,并采取安全保护措施。
  2、排水要求
  场地内应设置连续、通畅的排水设施,尽端设置三级过滤池,防止泥浆、废水、污水外流堵塞地下水道,同时确保排往市政管网的污水满足排水的要求。
  8工程实施及效果
  本工程实际施工中,在施工地下连续墙之前先进行了内外两侧三轴搅拌桩的施工。为避免搅拌桩施工时桩径误差导致墙体厚度达不到设计要求。两排搅拌桩相邻侧外边线各向外侧扩大5cm,确保地下连续墙墙体厚度。
  针对粉砂层地质状况,在连续墙施工时为确保槽壁稳定,在施工措施方面采取了以下方法:
  (1)降水:降水使土体固结,提高其整体性。
  (2)提高泥浆指标,采用加入外加剂,适当提高泥浆粘度、比重等指标,保证泥浆压力对槽壁的支撑。本工程护壁泥浆指标如下:
  项次 指标名称 新制备泥浆 使用过的循环泥浆 废弃泥浆
  1 比 重 1.05~1.15 <1.15 >1.3
  2 粘 度 10~25秒 <30秒 35秒
  3 PH值 7~9 <11 >11
  4 失水量 <30ml/30分 <30ml/30分 >40ml/30分
  5 泥皮厚度 <1mm 〈2.5mm >3mm
  由于本工程工期较紧,工程桩、水泥搅拌桩、地下连续墙施工先后展开交叉施工。水泥搅拌桩施工采用H608桩机1台,水灰比为1:1.5,喷浆量为250L/min,喷浆速度控制在下沉1m/min,上升1m~2m/min,总共喷浆上升下沉各一次;施工流程采取先外侧施工50m,再回内侧施工50m,然后再回外侧相应搭接施工,间隔时间约为2天,接缝处采用高压旋喷加固。 通过以上施工措施,本工程地下连续墙施工十分顺利,后续基坑开挖过程中,围护结构基本未发生渗漏现象,墙体表面十分平整。
  9、结论
  在本工程地下连续墙施工中,采用内外两侧三轴搅拌桩作为护壁结构的做法成功地解决了粉砂土层地连墙成槽质量难以保证这一难题。地连墙施工过程中,成槽、下放钢筋笼、浇筑混凝土均未发生因槽壁问题造成的施工困难。根据后期基坑开挖观察,地连墙成墙质量良好,未发生明显渗漏,墙壁平整。
  由本工程实践可知,在粉砂土层采用深层搅拌桩作为地下连续墙护壁结构是一种值得推广使用的工程措施。
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