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摘 要:以广州地铁三号线大汉区间明挖段为例,就海陆相淤泥质软土地层明挖基坑施工中运用深层水泥土搅拌桩止水帷幕止水、挡淤技术进行了探讨,并指出搅拌桩止水帷幕配合钻孔灌注桩围护结构形式适合在软土地层条件下的市政工程建设中运用。
关键词:深层搅拌桩,软土地层,止水帷幕
1 工程概况
广州地铁三号线大汉区间明挖段全长225.5 m。基坑开挖宽度为19.64 m~25.54 m,底板埋深为14 m~16.07 m,围护结构采用800钻孔灌注桩,桩间距900 mm~1 000 mm。桩顶设C30钢筋混凝土冠梁,尺寸为800 mm×600 mm。基坑止水、挡淤采用在桩外设置一道Φ600深层水泥土搅拌桩止水帷幕。
2 地质概况
该段区间隧道为红层岩系分布区,上为第四系(Q)地层,下伏基岩为白垩系下统(K1)陆相碎屑岩,根据岩土的工程特征及其成因,各分层及其特征见表1。
3 深层搅拌桩止水帷幕的设计
3.1 防渗原理及其设计内容
深层水泥土搅拌桩止水帷幕是由水泥土搅拌桩多桩搭接而成连续密实的墙体,通过渗透系数远小于原状土,有一定防破坏能力的桩墙隔断地下水的渗流,起到止水目的。搅拌桩止水帷幕在本工程中的作用为止水、挡淤,其设计内容包括桩体平面位置、搅拌深度、桩墙厚度、水泥掺量及水泥标号等。
3.2 深层水泥土搅拌桩的设计
3.2.1 水泥土搅拌桩桩体材料的渗透系数
作为止水帷幕来说,其防渗功能是第一位的,故桩体材料抗渗性能的好坏直接关系其抗渗效果,水泥土的抗渗系数就直接反映了桩体材料的这一特性。我们由公式Q=kAtH/d得知:在渗水面积A、渗水时间t、静水压力水头H一定的情况下,渗水量Q与材料的渗透系数k成正比,与渗径d成反比。因此,渗透系数越小,抗渗止水效果越好。
从本工程的地层条件看,浅部人工填土层、粉质黏土层及红层残积土层其天然状态下的渗透系数一般在10-4cm/s~10-3cm/s量级,它们存在的问题主要是密实度不够,土性不均匀,常见有砂壤土、粉细砂夹层或透镜体,是深层水泥土搅拌桩止水帷幕的主要处理对象,由此可确定搅拌范围为地面至硬塑状残积土层下0.5 m或全风化岩顶面,其中搅拌桩进入残积土层0.5 m是为了满足桩脚部位防渗需要。深搅水泥土防渗墙在这类地层中的任务主要是提高胶结程度,并形成一道防渗性能均匀且具备一定抗压强度的墙体。
从止水帷幕防渗功能看,桩体材料的渗透系数越小越好,但渗透系数的降低受到施工技术和成本的限制。从目前绝大多数施工企业的施工技术、控制能力和成本来看,将深搅水泥土防渗墙的渗透系数指标定为i,1×10-6cm/s≤i<10×10-6cm/s较合适。
3.2.2 水泥土搅拌桩止水帷幕的允许渗透比降
允许渗透比降J允可用下式表示:
J允=ΔH/D/η。
其中,D为墙体最小厚度;ΔH为水头差值;η为安全系数。据场区地质情况,基坑地质情况最差处搅拌桩深度为16.0 m,即实际作用水头小于16.0 m,根据同类工程设计经验,50的允许比降可满足一般工程的止水要求。
3.2.3 深搅水泥土防渗墙的抗压强度
考虑到水泥土搅拌桩承受围压作用,其力学破坏为剪切破坏,应按剪切破坏标准评价其力学稳定性。因本工程4种计算工况水平最大主应力均小于300 kN,搅拌桩的抗压强度取值不低于0.5 MPa。
3.2.4 深层水泥土搅拌桩相关参数的设计
深层水泥土搅拌桩桩体平面位置由桩轴线与围护结构钻孔桩的相对位置及相邻搅拌桩桩芯距两参数确定。本工程取搅拌桩与钻孔桩净距为10 cm。搅拌桩在满足设计需要的情况下为了尽可能降低造价,选择600 mm的桩径,取桩心距为450 mm,桩与桩之间咬合150 mm。桩墙最小厚为396.86 mm,经验算满足最小厚度要求。搅拌深度按进入残积土层0.5 m或全风化岩层顶部设计。搅拌桩与钻孔桩位置关系如图1所示。
水泥土的强度及抗渗性能与水泥掺量、水泥标号及施工质量有密切联系,搅拌桩水泥掺量一般为8%~15%,水泥标号为325号及425号两种。本设计取水泥掺量为14%,所用固化剂为425号普通硅酸盐水泥,经室内模拟试验,其抗渗性能、28 d抗压强度均满足设计要求。
4 深层搅拌桩止水帷幕的施工
4.1 搅拌桩施工方案
搅拌桩采用两搅两喷法施工。施工工艺流程如图2所示。
4.2 施工技术要点
4.2.1 场地平整及施工准备
将场区内障碍物清除,平整场地。设备进场检修、保养,确定搅拌机械的灰浆泵送量、输送管到达喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工工艺参数,并根据水泥掺入比通过试验确定水泥浆的配合比。
4.2.2 测量放线及搅拌桩机就位
按设计图放出桩心控制线。按桩心距进行定位。要求桩位偏差控制在±30 mm内。
4.2.3 水泥浆液配制
水灰比选定为0.4~0.5。水泥掺入比为14%。施工前进行室内配试后选定最佳施工参数。水泥浆随用随制,避免出现离析。
4.2.4 搅拌桩施工
按流程进行施工,保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度,成桩过程要控制提升速度和次数,使连续均匀,以控制注浆量,保证搅拌均匀,同时泵送必须连续。
4.2.5 设备保养
在每天施工结束后,应用水清洗贮料罐、砂浆泵、深层搅拌机及相应管道,以备再用。
5 结语
1)从基坑开挖后的情况来看,除个别部位因地下障碍物影响搅拌桩质量导致出现渗漏外,总体止水效果良好,在围护结构开挖暴露期间,未发现搅拌桩因变形破坏而出现渗水的情况。2)在搅拌桩止水帷幕设计中水泥土的渗透系数和帷幕最小厚度是控制性指标。从施工后的效果来看,本设计取用参数是合适的。3)从搅拌桩止水帷幕的防渗功能看,其完整性和连续性是关键,因此施工中应特别注意控制桩位偏差及桩体垂直度。4)搅拌桩止水帷幕底部地层交界处的结合是否良好也是帷幕止水是否成功的关键之一,从以往工程施工经验来看,因该部位搅拌不密实或不到位造成渗水也较普遍,因此在施工中应采取多搅、加大浆量等措施保证质量。5)搅拌桩止水帷幕配合钻孔灌注桩围护结构形式有造价低、易施工、进度快、能保证施工质量的特点,适合于在沿江、沿海软土地层条件下的市政工程建设中运用。
参考文献:
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[4]韩灵梅.深层水泥土搅拌桩止水帷幕施工浅析[J].山西建筑,2006,32(24):102-103.
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