深層攪拌樁止水帷幕在軟土地層施工中的應(yīng)用 摘 要:以廣州地鐵三號(hào)線大漢區(qū)間明挖段為例,就海陸相淤泥質(zhì)軟土地層明挖基坑施工中運(yùn)用深層水泥土攪拌樁止水帷幕止水、擋淤技術(shù)進(jìn)行了探討,并指出攪拌樁止水帷幕配合鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式適合在軟土地層條件下的市政工程建設(shè)中運(yùn)用。 關(guān)鍵詞:深層攪拌樁,軟土地層,止水帷幕 1 工程概況 廣州地鐵三號(hào)線大漢區(qū)間明挖段全長(zhǎng)225.5 m。基坑開挖寬度為19.64 m~25.54 m,底板埋深為14 m~16.07 m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用?800鉆孔灌注樁,樁間距900 mm~1 000 mm。樁頂設(shè)C30鋼筋混凝土冠梁,尺寸為800 mm×600 mm。基坑止水、擋淤采用在樁外設(shè)置一道Φ600深層水泥土攪拌樁止水帷幕。 2 地質(zhì)概況 該段區(qū)間隧道為紅層巖系分布區(qū),上為第四系(Q)地層,下伏基巖為白堊系下統(tǒng)(K1)陸相碎屑巖,根據(jù)巖土的工程特征及其成因,各分層及其特征見表1。
3 深層攪拌樁止水帷幕的設(shè)計(jì)
3.1 防滲原理及其設(shè)計(jì)內(nèi)容
深層水泥土攪拌樁止水帷幕是由水泥土攪拌樁多樁搭接而成連續(xù)密實(shí)的墻體,通過(guò)滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于原狀土,有一定防破壞能力的樁墻隔斷地下水的滲流,起到止水目的。攪拌樁止水帷幕在本工程中的作用為止水、擋淤,其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括樁體平面位置、攪拌深度、樁墻厚度、水泥摻量及水泥標(biāo)號(hào)等。
3.2 深層水泥土攪拌樁的設(shè)計(jì)
3.2.1 水泥土攪拌樁樁體材料的滲透系數(shù)
作為止水帷幕來(lái)說(shuō),其防滲功能是第一位的,故樁體材料抗?jié)B性能的好壞直接關(guān)系其抗?jié)B效果,水泥土的抗?jié)B系數(shù)就直接反映了樁體材料的這一特性。我們由公式Q=kAtH/d得知:在滲水面積A、滲水時(shí)間t、靜水壓力水頭H一定的情況下,滲水量Q與材料的滲透系數(shù)k成正比,與滲徑d成反比。因此,滲透系數(shù)越小,抗?jié)B止水效果越好。
從本工程的地層條件看,淺部人工填土層、粉質(zhì)黏土層及紅層殘積土層其天然狀態(tài)下的滲透系數(shù)一般在10-4cm/s~10-3cm/s量級(jí),它們存在的問(wèn)題主要是密實(shí)度不夠,土性不均勻,常見有砂壤土、粉細(xì)砂夾層或透鏡體,是深層水泥土攪拌樁止水帷幕的主要處理對(duì)象,由此可確定攪拌范圍為地面至硬塑狀殘積土層下0.5 m或全風(fēng)化巖頂面,其中攪拌樁進(jìn)入殘積土層0.5 m是為了滿足樁腳部位防滲需要。深攪水泥土防滲墻在這類地層中的任務(wù)主要是提高膠結(jié)程度,并形成一道防滲性能均勻且具備一定抗壓強(qiáng)度的墻體。
從止水帷幕防滲功能看,樁體材料的滲透系數(shù)越小越好,但滲透系數(shù)的降低受到施工技術(shù)和成本的限制。從目前絕大多數(shù)施工企業(yè)的施工技術(shù)、控制能力和成本來(lái)看,將深攪水泥土防滲墻的滲透系數(shù)指標(biāo)定為i,1×10-6cm/s≤i<10×10-6cm/s較合適。
3.2.2 水泥土攪拌樁止水帷幕的允許滲透比降
允許滲透比降J允可用下式表示:
J允=ΔH/D/η。
其中,D為墻體最小厚度;ΔH為水頭差值;η為安全系數(shù)。據(jù)場(chǎng)區(qū)地質(zhì)情況,基坑地質(zhì)情況最差處攪拌樁深度為16.0 m,即實(shí)際作用水頭小于16.0 m,根據(jù)同類工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),50的允許比降可滿足一般工程的止水要求。
3.2.3 深攪水泥土防滲墻的抗壓強(qiáng)度
考慮到水泥土攪拌樁承受圍壓作用,其力學(xué)破壞為剪切破壞,應(yīng)按剪切破壞標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)其力學(xué)穩(wěn)定性。因本工程4種計(jì)算工況水平最大主應(yīng)力均小于300 kN,攪拌樁的抗壓強(qiáng)度取值不低于0.5 MPa。
3.2.4 深層水泥土攪拌樁相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)
深層水泥土攪拌樁樁體平面位置由樁軸線與圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁的相對(duì)位置及相鄰攪拌樁樁芯距兩參數(shù)確定。本工程取攪拌樁與鉆孔樁凈距為10 cm。攪拌樁在滿足設(shè)計(jì)需要的情況下為了盡可能降低造價(jià),選擇600 mm的樁徑,取樁心距為450 mm,樁與樁之間咬合150 mm。樁墻最小厚為396.86 mm,經(jīng)驗(yàn)算滿足最小厚度要求。攪拌深度按進(jìn)入殘積土層0.5 m或全風(fēng)化巖層頂部設(shè)計(jì)。攪拌樁與鉆孔樁位置關(guān)系如圖1所示。
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水泥土的強(qiáng)度及抗?jié)B性能與水泥摻量、水泥標(biāo)號(hào)及施工質(zhì)量有密切聯(lián)系,攪拌樁水泥摻量一般為8%~15%,水泥標(biāo)號(hào)為325號(hào)及425號(hào)兩種。本設(shè)計(jì)取水泥摻量為14%,所用固化劑為425號(hào)普通硅酸鹽水泥,經(jīng)室內(nèi)模擬試驗(yàn),其抗?jié)B性能、28 d抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。 4深層攪拌樁止水帷幕的施工 4.1 攪拌樁施工方案 攪拌樁采用兩攪兩噴法施工。施工工藝流程如圖2所示。
4.2 施工技術(shù)要點(diǎn)
4.2.1 場(chǎng)地平整及施工準(zhǔn)備
將場(chǎng)區(qū)內(nèi)障礙物清除,平整場(chǎng)地。設(shè)備進(jìn)場(chǎng)檢修、保養(yǎng),確定攪拌機(jī)械的灰漿泵送量、輸送管到達(dá)噴漿口的時(shí)間和起吊設(shè)備提升速度等施工工藝參數(shù),并根據(jù)水泥摻入比通過(guò)試驗(yàn)確定水泥漿的配合比。
4.2.2 測(cè)量放線及攪拌樁機(jī)就位
按設(shè)計(jì)圖放出樁心控制線。按樁心距進(jìn)行定位。要求樁位偏差控制在±30 mm內(nèi)。
4.2.3 水泥漿液配制
水灰比選定為0.4~0.5。水泥摻入比為14%。施工前進(jìn)行室內(nèi)配試后選定最佳施工參數(shù)。水泥漿隨用隨制,避免出現(xiàn)離析。
4.2.4 攪拌樁施工
按流程進(jìn)行施工,保證起吊設(shè)備的平整度和導(dǎo)向架的垂直度,成樁過(guò)程要控制提升速度和次數(shù),使連續(xù)均勻,以控制注漿量,保證攪拌均勻,同時(shí)泵送必須連續(xù)。
4.2.5 設(shè)備保養(yǎng)
在每天施工結(jié)束后,應(yīng)用水清洗貯料罐、砂漿泵、深層攪拌機(jī)及相應(yīng)管道,以備再用。
5 結(jié)語(yǔ)
1)從基坑開挖后的情況來(lái)看,除個(gè)別部位因地下障礙物影響攪拌樁質(zhì)量導(dǎo)致出現(xiàn)滲漏外,總體止水效果良好,在圍護(hù)結(jié)構(gòu)開挖暴露期間,未發(fā)現(xiàn)攪拌樁因變形破壞而出現(xiàn)滲水的情況。2)在攪拌樁止水帷幕設(shè)計(jì)中水泥土的滲透系數(shù)和帷幕最小厚度是控制性指標(biāo)。從施工后的效果來(lái)看,本設(shè)計(jì)取用參數(shù)是合適的。3)從攪拌樁止水帷幕的防滲功能看,其完整性和連續(xù)性是關(guān)鍵,因此施工中應(yīng)特別注意控制樁位偏差及樁體垂直度。4)攪拌樁止水帷幕底部地層交界處的結(jié)合是否良好也是帷幕止水是否成功的關(guān)鍵之一,從以往工程施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,因該部位攪拌不密實(shí)或不到位造成滲水也較普遍,因此在施工中應(yīng)采取多攪、加大漿量等措施保證質(zhì)量。5)攪拌樁止水帷幕配合鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式有造價(jià)低、易施工、進(jìn)度快、能保證施工質(zhì)量的特點(diǎn),適合于在沿江、沿海軟土地層條件下的市政工程建設(shè)中運(yùn)用。
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