砂质地层（精选4篇）
砂质地层 篇1
摘要：结合上海地铁M8号线某车站实际情况,介绍了该场地降水设计方案,阐述了采用井点降水技术控制水位的施工工艺和技术要求,并提出了针对降水环境的保护和防治措施,对于类似工程有一定指导作用。
关键词：砂质地层,深基坑,井点降水,施工工艺,技术要求
在地下水位较高的地区开挖深基坑,由于含水层被切断,在压差作用下,地下水必然会不断地渗流入基坑,如不进行基坑降排水工作,将会造成基坑浸水,使现场施工条件变差,地基承载力下降,在动水压力作用下还可能引起流砂、管涌和边坡失稳等现象,因此,为确保基坑施工安全,必须采取有效的降水和排水措施。
1 工程概况
上海地铁M8号线某车站为地下2层,标准段开挖深度为15.5 m,围护结构采用地下连续墙,墙深26.5 m～28.5 m,连续墙趾深入地层第⑥层暗～绿草～黄灰绿色粉质黏土。
1.1 地质情况
根据勘察报告提供的本场地地层分布情况大致如表1所示。
1.2 水文地质条件
根据上述地层情况,本场地深基坑内需降地下水为潜水型。
由地表至约30.00 m深的范围内由第②1层、②3-1层、②3-2层的粘质粉土与砂质粉土及第⑤1层饱和的粉质黏土与第⑥层暗绿色粉质黏土组成,其中第②层粉性土的砂性较重,透水性较强,含水量也较大。第⑤1层与第⑥层粉质黏土为透水性很弱的土层。地下水位深度一般为0.50～0.70,相应的绝对标高为+3.50 m～+3.30 m左右。
2 对应措施及目标
1)通过降水及时疏干开挖范围内土层的地下水,使其得以压缩固结,以提高土层的水平抗力,防止开挖面的土体隆起,减少对基坑周围环境的影响。2)通过降水及时降低基坑开挖范围内土层中的地下水,满足基坑无水开挖施工要求。
3 降水设计
车站基本形状为长条形,长宽比大于5。考虑基坑施工实际情况为分段施工,以C区(翻交段长约80 m,宽21 m～27 m)为例进行井点计算,井点采用深井点辅以真空泵,井点布置为双排,距围护墙3 m～3.5 m,开挖深度为15.5 m,水位降深要求为开挖面下2 m。
1)井点埋深:井点管埋深由降水深度及含水层所在位置决定。
H≥H1+h+iL+l。
取H1=15.5 m,h=2 m,L=10 m,i=1/10,l=0.5 m。
H≥H1+h+iL+l=15.5+2+1+0.5=19 m,取H=20 m。
2)井点计算:该井点系统设计为无压非完整井,井点系统总涌水量:
X0=25 m。
井点系统涌水量:
单口井点涌水量:
所需深井井点根数:
降水验算:
不满足降深要求,应增加井点管数量。经进一步计算,需增加井点管至10根。
满足降深要求。根据上海地区地铁深基坑内类似砂性地质深井降水经验,单口井有效抽水面积约为150 m2～200 m2,本设计中单井抽水面积经测算约为190 m2。另围护结构采用地下连续墙,开挖段周围墙体封闭,且墙趾深入透水性较弱的地层第⑥层粉质黏土,基坑内除雨水外基本无外补给水源。实际结果证明:C区布置10口深井完全满足施工需要。
4 施工工艺
4.1 降水井的构造与设计要求
1)井口:井口应高于地面以上0.50 m,以防止地表污水渗入井内,一般采用优质黏土或水泥浆封闭,其深度不小于3.00 m;2)井壁管:井壁管均采用焊接钢管,降水井的井壁管内径大于250 mm;3)过滤器(滤水管):采用桥式滤水管或钻孔管(两种形式都可以用),滤水管的设计深度与长度见图1;4)沉淀管:沉淀管主要起到过滤器不致因井内沉砂堵塞而影响进水的作用,沉淀管接在滤水管底部,直径与滤水管相同,长度为1.00 m左右,沉淀管底口用铁板封死;5)填砾料:各井从井底向上至地表以下5.00 m均围填中粗砂;6)填黏性土封孔:在瓜子片或砾砂的围填面以上采用优质黏土围填至地表并夯实,并做好井口管外的封闭工作。
4.2成孔(井)施工工艺与技术要求
成孔施工机械设备选用QJ150-1型工程钻机及其配套设备(也可能改用干取土机成孔)。采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺及下井壁管、滤水管,围填砂砾、黏性土等成井工艺。其工艺流程如下:1)测放井位:根据井位平面布置示意图测放井位,当布设的井点受地面障碍物或施工条件影响时,现场可作适当调整,主体结构范围内的井尽量靠近围护结构中的钢支撑边;2)埋设护口管:护口管底口应插入原状土层中,管外采用黏性土和草辫子填实封严,防止施工时管外返浆,护口管上部应高出地面0.10 m～0.30 m;3)钻进成孔:降水井开孔孔径为500 mm～550 mm,均一径到底。成孔施工采用孔内自然造浆,钻进过程中泥浆密度控制在1.10～1.15,当提升钻具或停工时,为防止孔壁坍塌,需在孔内压满泥浆;4)清孔换浆:钻孔钻进至设计标高后,在提钻前将钻杆提至离孔底0.5 m,进行冲孔清除孔内杂物,同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.10,孔底沉淤小于30 cm,返出的泥浆内不含泥块为止;5)下井管:下管时在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5 cm的扶正器(找正器),以保证滤水管能居中,井管焊接要牢固、垂直,下到设计深度后,井口固定居中;6)井口封闭:在中粗砂的围填面上采用优质黏性土围填至地表,围填时应控制下入速度及数量,沿着井管周围少放慢下的围填,然后在井口管外做好封闭工作;7)安装与试抽:成井施工结束后,在降水井内下入潜水泵,地面接上真空泵,铺设管道、电缆等。当安装完毕,开始真空泵加潜水泵的试抽水。
参考文献
[1]余志成.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.
[2]龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.
[3]张永波,孙永忠.基坑降水工程[M].北京:地震出版社,2000.
[4]俞建霖,龚晓南.基坑工程地下水回灌系统的设计与应用技术研究[J].建筑结构学报,2001(5):70-74.
[5]伊家勤.不同类型地下水在深基坑施工中的控制方法[J].山西建筑,2008,34(30):139-140.
砂质地层 篇2
顶管施工是一种广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不具备开挖施工条件下进行各种管道铺设、更换及修复的施工工艺, 由于顶管施工技术具有综合成本低、施工周期短、环境影响小、不影响交通、施工安全性好等优点, 在市政给排水、通信电缆、燃气管道、电力电缆等地下管线中广泛的应用。
泥水平衡式顶管施工工艺是顶管施工最常用的一种, 它具有顶进速度快、施工精度高、安全、快速、高效、单向顶进距离长等优点, 最突出的一项优点是适应土质范围广, 如高地下水软弱地层, 淤泥质土、粘土层、粉土层、中粗砂层都适用, 甚至有部分块石或卵石的土体也可以施工。但是, 在不同地质条件下施工, 需根据实际情况采取不同的机型及顶进参数对应施工。
2 施工工艺及机具的选取
2.1 泥水平衡顶管施工工艺的选取
由我单位实施的尚航路污水管线主管设计长度1867m, 管径d2400mm, Ⅲ级钢筋混凝土钢承口管, 埋设深度14.8~16.1m。位于道路中心线东侧20.5m处, 距征地红线9.5m。根据地勘资料显示, 自地表分别至管底依次为素填土、粉质粘土、细砂、细中砂、中粗砂, 均为一、二类土, 稳定性较差, 如采用自然放坡开槽施工, 沟槽上口宽度超过40m, 远远超出征地红线, 无法采用。根据工程的实际情况, 污水管线施工采取采用泥水平衡机械顶管施工。可连续顶进, 施工速度快, 通过管道排出土方, 安全性好, 但在含卵石较多的砂层可能会出现泥浆向外土层渗透造成无法循环而作业受阻, 对周围土体扰动较大, 可能在管顶出现空洞或者塌方。
2.2 顶管机具的选取
根据适应地质的不同泥水平衡顶进机械分为多种, 主要体现在刀盘的不同和是否有破碎功能上。主要分为如下几类:
(1) 适应于软土土质, 如MPE型。
(2) 具有破碎功能但不适用于固结性泥土的, 如TCC型。
(3) 适用于各种地质的, 如MTS的、NPD型泥水平衡顶管机。
本工程地质大部分处于含有圆砾的中粗砂层, 且可能穿越具压缩性的粉质粘土, 故选用类型 (3) 更为适应本工程。鉴于本工程需要多工作面同时顶进, 从成本方面考虑, 本工程采用了国产的NPD型泥水平衡顶管机。
2.3 泥浆的配制
根据现场管线处于含圆砾的中粗砂层的实际情况, 泥浆的配制按照表1选取相对密度1.2进行配制, 采用200#粘土与250#膨润土按照3∶1质量比加入清水搅拌配制而成。
2.4 顶力计算
推力的理论计算: (以外径Φ2880mm计算)
现场采用6台300t (3000KN) 顶镐作业, 每台顶镐控制在250t以内, 不采用中继间, 直接进行顶进作业, 采用触变泥浆减阻可以满足总顶力要求。
3 顶管作业中出现的问题
3.1 排泥管路容易堵塞
泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式, 被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆, 然后由泥浆泵抽出, 高速排土沉井。但在顶管作业过程中, 排泥管路经常出现堵塞现象。有时在顶管机内被堵住, 有时在管道出井的弯头处。施工时常出现中断, 作业进度受到较大影响。
经过对排泥管的多次拆卸后发现, 堵塞物主要为小圆砾或者被刀盘磨切不充分的碎圆砾石卡在管道中, 致使砂砾石在管道中沉积, 越积越多, 最终完全堵塞, 尤其是在沉井上口处的弯头处堵塞尤其厉害。
3.2 顶力偏大
管道在顶进过程中顶力偏大, 在顶进超过100m后, 6台顶镐顶力无法满足作业要求。为了满足管道顶进所需顶力, 在工作井内不断增加顶镐数量, 最多时采用10台顶镐作业, 顶力达到2000t以上。并出现油泵压力过大而造成的液压油管爆裂现象。顶镐给靠背的后坐力太大, 致使30cm厚的C30钢筋混凝土靠背出现开裂。
3.3 管顶土体出现坍塌
在管道顶进过程中, 根据施工要求需要进行地表的检测, 检测数据显示, 地表部分段落出现较大下沉, 甚至有部分地段管线上方地面出现塌陷现象。
4 原因分析及解决方案
4.1 排泥管堵塞解决方案
4.1.1 堵塞原因分析
泥水平衡顶管泥浆除用来保持挖掘面稳定以外, 还要用泥浆来输送弃土, 所以, 泥水自身的比重、粘度、稳定性及脱水性等这些特性都应当与挖掘面上的土质以及泥浆输送的特性相吻合。
本工程实际施工中出现堵管, 堵管物为砂砾石, 由此可见是由泥浆的相对密度、粘稠度偏低无法携带大量砂砾排出造成的。
弯头处堵塞严重是由于弯头半径过小而造成砂砾石堆积而堵塞。
4.1.2 解决方案
首先, 加大泥浆的相对密度、粘稠度, 调整相对密度至表1中的粗砂及砂砾的高值, 即相对密度1.225, 同时在泥浆原料中加入增稠剂, 使粘稠度增加至35-40s。同时根据施工的情况调整粘稠度, 直至不堵管为止。
其次, 再将堵塞最严重的弯头更换为大半径的弯管。
4.2 顶力偏大原因及解决方案
4.2.1 原因分析
顶力偏大主要是由顶进阻力所致, 即管道外壁与周围土层的摩擦力过大引起。根据相关文献, 泥浆的粘度高, 物理稳定性好, 泥膜容易形成, 且形成的泥膜致密、滤水量小。泥膜的形成越好, 对管道的润滑作用越大, 摩擦力就越小。故引起摩擦力过大的原因分析主要有:
(1) 管道周围注入的触变泥浆流失严重, 没有充分形成泥膜。
(2) 管道周围注入的泥浆量偏小, 没能充分形成泥膜。
(3) 管道周壁不够光滑。
4.2.2 解决方案
针对分析得出的原因多措并举致力于减小管道所受摩擦力:
(1) 调节融变泥浆比重, 增加粘稠度, 触变泥浆配制仅采用膨润土加增稠剂与水搅拌而成, 相对密度取高值1.225, 粘稠度40s。
(2) 增加泥浆注入量。有研究表明, 管道顶入1节之后开始注浆, 随顶随注浆。开始压力不大于0.1Mpa, 随后逐渐加压, 控制在0.2~0.3Mpa为宜, 不超过0.4Mpa。
(3) 给管道外表面涂腊, 减小其与周围土层之间的摩擦系数, 从而降低摩擦力。
4.3 管顶土体出现坍塌原因分析及解决方案
4.3.1 原因分析
泥水平衡顶管作业中挖掘面稳定是靠泥浆压力平衡开挖面处的土水压力, 在透水性较强且富含地下水的底层, 泥浆压力必须分别平衡开挖面处的水压力和土压力才能保证开挖面的稳定。泥浆压力以类似水压的形式存在, 只要泥浆压力大于地下水压力, 水压力即可得到平衡;但土压力的平衡则比较困难, 要求必须在开挖面上形成不透水或微透水的泥膜, 将部分泥浆的压力转化为有效应力才能实现平衡。如不能达到平衡, 开挖面土体将失去稳定, 会出现开挖面土体涌入顶管机, 尤其是自稳能力非常差的中粗砂及砂砾土层。
4.3.2 解决方案
首先, 加大泥浆的相对密度、粘稠度, 调整相对密度至表1中的粗砂及砂砾的高值, 即相对密度1.225, 并在泥浆原料中加入增稠剂, 使粘稠度增加至35-40s, 同时根据施工的情况调整粘稠度。
其次, 及时调整泥浆压力, 根据管道的埋深以及地下水位的变化, 调整泥浆压力, 始终保持泥浆压力比工作面水土压力 (理论计算值) 高出20KPa, 并根据实际效果及时修正参数。
5 解决方案效果评价
通过更改方案, 在接下来的施工中得到了明显改善:
(1) 排泥管堵管问题得到解决, 很少出现堵管现象, 在为数很少的几次堵管之后通过再次修正参数便可顺利进行施工, 直至顶管施工完成。
(2) 顶进作业中顶力明显降低, 虽有时会与理论顶力出现偏差, 但均能保证偏差在20%以内, 应为地质变化或因操作不规范引起。
(3) 地表土体塌陷现象未再在顶管作业中出现, 为验证管线上方土体中是否隐藏未反映至地面的塌方空洞, 在顶管完成后对全部顶管进行了地质雷达扫描扫面结果如图1、图2
从地质雷达扫描反射图可以清晰反映出管道上方的底层密实情况, 图1中在7-11m范围内存在大量的不密实或小型空洞, 图2中管道上方地层密实无异常。由此可见, 方案调整后, 顶管作业效果良好, 未出现开挖面失稳现象。
6 结论
泥水平衡顶管施工工艺应用于含砂砾石的砂质地层时保证顶进质量的关键因素主要有:
(1) 根据实际地层调整好泥浆的参数, 促使泥膜的形成, 保证了管道上方土层的稳定, 有效降低路基塌陷的风险。
(2) 泥浆参数的合理调整也保证了弃土的顺利外运, 促进了顶管作业的正常进行。
(3) 触变泥浆等润滑膜的合理利用, 保证了顶管作业的正常进行, 既减少资源的投入又能保证施工的进度。
摘要：本文以陕西省西咸新区尚航路污水管道采用泥水平衡顶管工艺顶进施工为背景, 阐述了顶管机具的选择以及施工工艺具体实施方案的制定与修正的全过程。并通过最终的实施效果说明了泥水平衡在砂质地层中施工的重点。
关键词：砂质地层,泥水平衡顶管,破碎,泥浆,泥膜
参考文献
淤泥质地层连续墙施工技术 篇3
淤泥地层中施工连续墙有较大的风险。淤泥强度较低具有流动性, 连续墙施工过程中扩孔系数较大, 增大投资成本。导墙施工过程中, 由于淤泥地层易沉降, 导致导墙变形及开裂, 从而影响后续连续墙成槽精度, 如若不采取措施可能发生连续墙超限的严重后果。同时在软弱地层中施工连续墙, 地基承载力无法满足机械设备施工要求, 需采取辅助措施, 才能保证施工机械顺利施工。在软弱地层中, 扩孔系数大, 易造成混凝土绕流、塌孔等现象, 如何保证接头的质量是此类地层施工的难题。
二、淤泥地层连续墙施工难点
1. 大型吊装设备难行走
基坑围护结构为地下连续墙加内支撑形式, 根据淤泥层较厚且存在地下软弱下卧层, 因此通过比选后确定连续墙成槽采用液压抓斗机进行施工, 但液压抓斗机自重大且施工区域主要为淤泥层, 承载力不满足施工机械直接在表层土行走。因此需要制作路基箱以分散集中应力, 间接达到提高地基承载力的目的, 确保施工机械能够正常移动。
2. 导墙易沉降、精度难保证
由于导墙底部为淤泥层, 地基承载力较低, 无法承受导墙自重以及后续连续墙的施工荷载, 导墙施工完成后, 会发生结构沉降从而影响导墙精度。
3. 成槽泥浆的指标控制难
根据以往的施工经验, 在软弱地质中如按照常规的泥浆指标来控制很容易造成塌孔, 故现场根据不同的地质适当加大泥浆粘度、比重, 保证泥浆在软弱地层中具有足够的护壁能力, 否则槽段极易塌孔。同时在施工过程中需不时测试泥浆粘度指标, 防止槽壁坍塌。
4. 扩孔系数大、接头质量难保证
在地下水丰富的淤泥层或淤泥质土层中, 基岩和隔水土层埋深大, 基坑围护结构承受较大的水土压力。由于地质状况差, 连续墙成槽易塌孔, 扩孔系数大, 易造成混凝土绕流、塌孔等现象, 如何保证接头的质量是此类地层施工的难题。
三、淤泥地层连续墙施工技术
1. 设备选型
连续墙成槽范围内主要为人工填土层及淤泥地层, 厚度一般都较厚, 部分连续墙底部也进入到微分化岩层, 根据淤泥地层较厚的地质条件, 成槽采用“抓冲结合”和“冲孔成槽”两种方法。
2. 导墙施工
由于地层淤泥较厚, 地质条件较差, 施工完成的导墙无施工荷载作用下会出现沉降及开裂严重情况。为保证导墙施工精度及后续连续墙成槽安全, 在导墙施工前, 在连续墙两侧各施工了一排搅拌桩, 搅拌桩的深度为穿越淤泥地层。根据施工情况导墙两侧增加搅拌桩后, 施工过程中导墙基本无沉降, 连续墙施工也无出现塌孔。
3. 成槽施工
(1) 路基箱铺设
连续墙前期成槽采用液压抓斗机进行施工, 同时钢筋笼吊装时吊车需横跨基坑, 连续墙施工区淤泥层较厚且存在地下软弱下卧层。液压抓斗机及履带吊自重大且施工区域主要为淤泥层, 承载力不满足施工机械直接在表层土行走, 专门设计路基箱以分散集中应力, 间接达到提高地基承载力的目的, 确保施工机械能够正常移动。
(2) 泥浆制备及泥浆箱设置
由于地层淤泥层较厚, 冲孔过程中为增大槽壁护壁稳定性, 需选用优质泥浆, 同时需适当加大泥浆比重。泥浆比重控制在1.3左右, 施工过程中做到经常量测泥浆比重, 再无出现塌孔现象。泥浆处理系统采用黑旋风泥浆处理系统, 黑旋风泥浆处理能力为250m3/h。进浆和出浆循环管道沿导墙边线布置。运用黑旋风泥处理系统后, 大大提高了连续墙施工进度。
(3) 成槽施工
成槽施工采用冲孔成槽的方式进行成槽。由于地层条件较差, 为避免相邻槽段间发生扰动, 成槽采用跳孔成槽的方式, 同时后期槽段两侧都进行了搅拌桩加固。这样能够较好地控制槽段的扩孔系数。槽段开挖时, 通过冲孔桩机上垂直仪, 随时控制槽段垂直度, 垂直度需小于3‰。同时利用测绳, 检查槽段开挖深度, 防止超挖。
槽段挖掘完成后, 进行清槽。采用空气吸泥反循环清槽, 第一次清槽后, 检查泥浆各项指标, 槽底以上0.2~1m处的泥浆比重应小于1.15, 含砂率不大于5%, 粘度20~28s, 槽底沉碴厚度不大于100mm。若不满足要求, 进行二次清槽。
4. 连续墙接头
地下连续墙的挡土、防渗要求高, 为保证连续墙有很好的整体性, 防渗性, 本工程地下连续墙采用工字钢接头。为防止混凝土从接头处绕流至相邻槽段, 接头设置防绕流翼板, 接头工字钢焊接翼板长为10cm, 接头处导墙向外预留5cm×5cm凹槽。同时为防止混凝土绕流, 在工字钢两侧焊接薄铁皮。地下连续墙防渗最薄弱的部位是接头处, 一旦接头部位漏水, 不但影响连续墙质量, 而且影响后继工程施工, 对整个工程施工产生重大影响。此种连续墙接头效果较好, 基坑开挖后未出现接头漏水情况。
四、应用实例
该技术在广州市轨道交通某车辆段出入段线工程得到成功运用, 该标段盾构吊出井段明挖基坑采用地下连续墙和混凝土内支撑支护, 连续墙厚度为800mm, 共71个槽段, 标准槽段长度6m, 连续墙深15.4m~27.9m。基坑开挖深度为13.4m~0m, 地层自上而下为人工填土、淤泥层、淤泥质土层和淤泥质粉细砂层, 连续墙嵌固深度须满足进入基底以下穿透淤泥层, 进入粘土层不小于5.5m, 强风化层不小于3.5m, 中风化层不小于2.5m, 微风化层不小于1.5m的嵌固深度要求。
本工程采用路基箱承载, 保证重型机械行走, 确保连续墙施工进度, 针对淤泥地层中连续墙容易塌孔的风险, 对槽壁两侧提前进行搅拌桩加固, 这样既保证了导墙的精度, 也避免了槽壁塌孔, 同时采用黑旋风泥浆处理系统, 泥浆进行循环处理, 确保泥浆指标的合理。该施工技术在额定的施工成本内大大提高了施工的安全性, 最大程度确保了盾构安全到达。
五、结论
淤泥地层中施工连续墙有较大的风险。淤泥强度较低具有流动性, 连续墙施工过程中扩孔系数较大, 增大投资成本。导墙施工过程中, 由于淤泥地层易沉降, 导致导墙变形及开裂, 从而影响后续连续墙成槽精度, 如若不采取措施可能发生连续墙超限的严重后果。同时在软弱地层中施工连续墙, 地基承载力无法满足机械设备施工要求, 需采取辅助措施, 才能保证施工机械顺利施工。
而路基箱在连续墙施工过程中的应用, 减少了场地硬化带来的成本, 同时路基箱能够循环施工, 避免了浪费, 同时在淤泥地层中连续墙施工技术的应用, 大大缩短了工期, 提高了连续墙施工效率, 为工程节约成本。
砂质地层 篇4
由于地质条件的千变万化,不同的城市更是千差万别,无法一概而论。就广州地铁南沙客运港车站工程地下连续墙施工中遇到的问题及解决措施进行分析论述,探讨广州地区超深、超软淤泥质地层连续墙施工质量的控制方法与心得。
1工程概况
南沙客运港站为四号线,与远期规划的十五号线换乘车站,位于科技大道与港前大道的交叉路口,沿科技大道敷设。车站采用1m厚地下连续墙作为围护结构,墙底嵌入全风化、强风化混合花岗岩层,深度为35~40 m,基坑共计148幅地下连续墙,连续墙采用三轴搅拌桩进行成槽保护。地层自上而下依次为杂填土、淤泥层、淤泥质粉细砂层、粉质粘土层、中粗砂层、残积土层、混合花岗岩全风化带、混合花岗岩强风化带,其中淤泥层厚20~25m, 淤泥质地层含砂量较大,标贯值只有1~1.5击。
2超深软淤泥地层连续墙施工危害
2.1墙侧土体塌方,地连墙塌槽
在地下连续墙施工过程中,需利用各种成槽机械在地下挖出窄而深的沟槽。虽然有泥浆的护壁作用,但槽壁的稳定性一直是地下连续墙施工过程中存在的主要问题。
地连墙一旦塌槽,会对墙体的浇注质量、承载能力以及周边建筑物等产生不利影响,特别是在施工过程中出现土体塌方的状况,有可能造成成槽机械的抓斗被卡住等突发状况,进而影响工程总体质量和进度。
槽壁塌方、失稳可分为整体失稳和局部失稳两大类。
1)整体失稳:尽管开挖深度通常大于20 m,但失稳常发生在表层土及埋深约为5~15 m内的浅层土中,槽壁有不同程度的外鼓现象,失稳破坏面在地表平面上会沿整个槽长展布,基本呈椭圆形或矩形。因此,浅层失稳是泥浆槽壁整体失稳的主要形式。
2)局部失稳:在槽壁的泥皮形成前,槽壁的局部稳定主要靠泥浆外渗产生的渗透力维持。上部存在软弱土或砂性较重的夹层地层成槽时,遇到槽段内泥浆液面波动过大或液面标高急剧降低时,泥浆渗透力无法与槽壁土压力维持平衡,泥浆槽壁将产生局部失稳,引起墙侧超挖现象,导致后续灌注混凝土的充盈系数增大,增加施工成本和难度。
2.2钢筋笼卡槽
地下连续墙在钢筋笼下放过程中,因槽壁的垂直度等问题会出现钢筋笼卡槽问题。钢筋笼一旦卡槽,会造成钢筋笼下放不到位,直接影响地下连续墙在后续基坑围护过程中的效用。预防钢筋笼卡槽是保证地下连续墙基坑围护效果的基本措施。
3槽壁加固外放值的确定
通过查阅资料以及对以往工程项目的调查分析,发现槽壁加固施工会导致加固体整体侵入连续墙的成槽范围,也可能导致加固体偏至成槽范围外,外放值不合适还可能导致成槽后连续墙的侵限问题,给后期施工留下隐患。
为更好地发挥槽壁加固效果,有效地辅助控制连续墙成槽的垂直度及位置,采取做实验段的措施,即先根据经验数据施工2~3幅连续墙位置的槽壁加固,再根据具体效果进行判断,确定最终的外放值等参数。
首先初步确定外放值,经过讨论、研究,最终确定槽壁加固外放值为内侧2cm,外侧5cm,施工时根据场地情况调节,对应的连续墙施工完成后进行分析,分析结果如表1所示。
根据检查结果,制定了下一步的改进措施,按照改进措施进行后续施工,在后续的检查结果中, 证明了调整后的外放值在超深、超软淤泥地层中进行槽壁加固是合适的,同时先加固内侧槽壁,加固的施工工序也是有效的。
4反循环装置的改进
现场施工过程中,发现反循环效果不明显,含砂量较大,已接近泥浆标准的临界值,只有增加反循环时间才能控制墙底沉渣厚度,反循环时间在初期一般在5h以上,效率较低。
为更好地控制含砂量,减少反循环所需时间, 提高施工效率,对反循环装置进行分析,包括对现有设备的分析,通过分析发现,反循环的末节导管进出气口的位置及出气方向是问题的主要原因。 另外,对应1m厚、6m宽、35~40m深(泥浆总方量在200~240m３)的连续墙,反循环使用的空压机型号以及虑砂机型号都偏小。
根据分析结果,空压机的型号从原来3m３的容量调整到12m３的容量,虑砂机型号从原来的ZX- 100型调整为ZX-200型,反循环导管的设置也做了详细的调整,具体调整方式如图2所示。
经过一系列调整,反循环时间大幅缩短,从原来的5h缩短到3h以内,提高了施工功效,并且大大减少了泥浆中砂的含量,有效控制了墙底的沉渣厚度。
5泥浆指标的对比分析
泥浆性能的好坏是控制连续墙槽壁稳定与否的重要因素,泥浆调节、配置不理想,就会出现塌方、沉渣厚等不良后果,一般情况下使用普通膨润土、纯碱及CMC,并按一定比例进行调节配浆,由于搅拌桩与淤泥的胶结性差,加固后仍会有部分淤泥地层的特征。
为了配制出更好性能的泥浆,搜集大量的资料,最终选择了山东生产的钠基膨润土,该种膨润土出厂即调整好配比,且性能相对优越,钠基膨润土在一定程度上有吸附重金属离子的作用,有利于泥浆比重的调节,除了这些自身的优越性以外,现场还通过一系列的泥浆试验选出了最适合淤泥地层(含砂量大)的泥浆配比。
试验中,根据成槽深度并按照不同地层进行泥浆性能测试,再核对超声波检测的测壁结果,并结合施工情况(塌方情况)确定最合适的循环泥浆各项指标,进而推断新配泥浆的各项指标,由于本工程地层中淤泥层最厚,为20~25 m,且均在开挖范围内。因此,通过对比分析,泥浆比重最终以能满足淤泥层不塌方为目标,使用的新配及循环泥浆的各项参数如表2所示。
6成槽机型号的选择
在施工前期,随着工作面的逐步展开,现场使用的成槽机也在增加,型号各不相同,主要采用SG40、SG50两种型号。SG50型液压连续墙抓斗机是上海金泰机械有限公司在充分调研我国地质情况,融合国内外先进的机电液一体化技术的前提下,经过进一步的消化、吸收以及再创新,在不断完善原有SG30、SG35型液压连续墙抓斗的基础上, 独立研制开发的拥有完全自主知识产权的新一代液压连续墙抓斗。通过对比发现,SG50型成槽机除了功效高、抓斗重的显著特点外,对应形成的槽段垂直度也比SG40型偏差小。通过对比分析,发现主要有以下三个因素。
1)淤泥地层软,重型抓斗更容易进尺;
2)由于有槽壁加固这道工序,或多或少存在水泥浆进入槽段现象,SG50型的重型抓斗可以更好地保证垂直度,预防偏斜;
3)重型抓斗相对SG40型的普通抓斗,可以一次成型到位,减少了修槽这道工序,也降低了槽段内出现塌方的风险。
最终根据分析结果,将SG40型成槽机更换抓斗后调整至有工作面的附属结构(墙厚0.6m,深度20~25m)施工,主体围护结构的连续墙均采用不小于SG50型的成槽机施工,不仅垂直度的偏差能够控制在1/300以内,而且塌方的减少也减小了混凝土的浪费,施工工期有所缩短。
7大料斗的使用
在地下连续墙进行超声波检测过程中,常出现连续墙底部信号弱,混凝土有空洞,甚至无混凝土的不良后果,后期处理困难。产生的主要原因是首灌混凝土方量小,不能形成整体进入导管底部挤压并排走沉渣的作用,冲击力小,且无法一次性封底。
对此,施工中采用了大料斗,将通常使用的约为0.5~0.8m３的料斗更换为可容纳1.5~2m３的大料斗,首灌混凝土时先将大料斗放满混凝土,同时提起封口盖,使两组大料斗同时释放混凝土,不仅能够增大混凝土的冲击力,而且可以将基底沉渣更加彻底地从两侧排挤到首灌混凝土上方,总计需要3~4m３的混凝土可以一次性封住导管底部,提高了连续墙底部的混凝土效果。
8结论
在连续墙施工过程中,严格按照施工工艺,对每道工序施工完毕后,必须先由班组自检,认定达到优良等级后填单,然后由质量员初验,认定达到优良等级后再由项目专职质检员会同建设单位的代表和施工监理正式验收,只有认定达到优良等级后才可进入下道工序。
目前该工程正在进行基坑开挖,经现场开挖完成的连续墙表观质量实际检验,连续墙表面光滑, 泥皮均匀,存在少量的混凝土鼓包,无断墙和夹泥带等现象,墙体渗漏较少,基坑内水压和水量均较小,且连续墙混凝土的使用量能够控制在合理范围内,墙体垂直度也在设计的允许范围内,说明在施工过程中分析问题的方法正确,解决的手段可行, 对类似的淤泥地层和施工工况具有实际指导作用和应用价值。
受现场条件、地质情况、施工方法的限制,本文主要论述在工程实际应用中的分析方法和解决手段,而理论量化的分析和研究还不够完善,有些结论存在偏差。我国地下工程起步较晚,没有系统、 完备的理论体系,同时由于地下工程的复杂性,许多问题只能凭经验判断,或者借鉴类似工程的理论和经验。
摘要：为更快、更好地完成广州地铁南沙客运港车站地下连续墙的施工任务。通过对地层性质的具体分析、槽壁加固外放值的确定、反循环装置的重新改进、泥浆指标的对比分析、成槽机型号的选择、混凝土浇筑料斗大小等方面的研究,制定详细的施工方案,该方案的研究内容,可为今后类似地层情况的地下连续墙施工提供借鉴。
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