深層攪拌樁止水帷幕在軟土地層施工中的應用 摘 要:以廣州地鐵三號線大漢區間明挖段為例,就海陸相淤泥質軟土地層明挖基坑施工中運用深層水泥土攪拌樁止水帷幕止水、擋淤技術進行了探討,并指出攪拌樁止水帷幕配合鉆孔灌注樁圍護結構形式適合在軟土地層條件下的市政工程建設中運用。 關鍵詞:深層攪拌樁,軟土地層,止水帷幕 1 工程概況 廣州地鐵三號線大漢區間明挖段全長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,圍護結構采用?800鉆孔灌注樁,樁間距900 mm~1 000 mm。樁頂設C30鋼筋混凝土冠梁,尺寸為800 mm×600 mm。基坑止水、擋淤采用在樁外設置一道Φ600深層水泥土攪拌樁止水帷幕。 2 地質概況 該段區間隧道為紅層巖系分布區,上為第四系(Q)地層,下伏基巖為白堊系下統(K1)陸相碎屑巖,根據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計
3.1 防滲原理及其設計內容
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密實的墻體,通過滲透系數遠小于原狀土,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,其設計內容包括樁體平面位置、攪拌深度、樁墻厚度、水泥摻量及水泥標號等。
3.2 深層水泥土攪拌樁的設計
3.2.1 水泥土攪拌樁樁體材料的滲透系數
作為止水帷幕來說,其防滲功能是第一位的,故樁體材料抗滲性能的好壞直接關系其抗滲效果,水泥土的抗滲系數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k成正比,與滲徑d成反比。因此,滲透系數越小,抗滲止水效果越好。
從本工程的地層條件看,淺部人工填土層、粉質黏土層及紅層殘積土層其天然狀態下的滲透系數一般在10-4cm/s~10-3cm/s量級,它們存在的問題主要是密實度不夠,土性不均勻,常見有砂壤土、粉細砂夾層或透鏡體,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或全風化巖頂面,其中攪拌樁進入殘積土層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主要是提高膠結程度,并形成一道防滲性能均勻且具備一定抗壓強度的墻體。
從止水帷幕防滲功能看,樁體材料的滲透系數越小越好,但滲透系數的降低受到施工技術和成本的限制。從目前絕大多數施工企業的施工技術、控制能力和成本來看,將深攪水泥土防滲墻的滲透系數指標定為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。據場區地質情況,基坑地質情況最差處攪拌樁深度為16.0 m,即實際作用水頭小于16.0 m,根據同類工程設計經驗,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度
考慮到水泥土攪拌樁承受圍壓作用,其力學破壞為剪切破壞,應按剪切破壞標準評價其力學穩定性。因本工程4種計算工況水平最大主應力均小于300 kN,攪拌樁的抗壓強度取值不低于0.5 MPa。
3.2.4 深層水泥土攪拌樁相關參數的設計
深層水泥土攪拌樁樁體平面位置由樁軸線與圍護結構鉆孔樁的相對位置及相鄰攪拌樁樁芯距兩參數確定。本工程取攪拌樁與鉆孔樁凈距為10 cm。攪拌樁在滿足設計需要的情況下為了盡可能降低造價,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,經驗算滿足最小厚度要求。攪拌深度按進入殘積土層0.5 m或全風化巖層頂部設計。攪拌樁與鉆孔樁位置關系如圖1所示。
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水泥土的強度及抗滲性能與水泥摻量、水泥標號及施工質量有密切聯系,攪拌樁水泥摻量一般為8%~15%,水泥標號為325號及425號兩種。本設計取水泥摻量為14%,所用固化劑為425號普通硅酸鹽水泥,經室內模擬試驗,其抗滲性能、28 d抗壓強度均滿足設計要求。 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 施工技術要點
4.2.1 場地平整及施工準備
將場區內障礙物清除,平整場地。設備進場檢修、保養,確定攪拌機械的灰漿泵送量、輸送管到達噴漿口的時間和起吊設備提升速度等施工工藝參數,并根據水泥摻入比通過試驗確定水泥漿的配合比。
4.2.2 測量放線及攪拌樁機就位
按設計圖放出樁心控制線。按樁心距進行定位。要求樁位偏差控制在±30 mm內。
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%。施工前進行室內配試后選定最佳施工參數。水泥漿隨用隨制,避免出現離析。
4.2.4 攪拌樁施工
按流程進行施工,保證起吊設備的平整度和導向架的垂直度,成樁過程要控制提升速度和次數,使連續均勻,以控制注漿量,保證攪拌均勻,同時泵送必須連續。
4.2.5 設備保養
在每天施工結束后,應用水清洗貯料罐、砂漿泵、深層攪拌機及相應管道,以備再用。
5 結語
1)從基坑開挖后的情況來看,除個別部位因地下障礙物影響攪拌樁質量導致出現滲漏外,總體止水效果良好,在圍護結構開挖暴露期間,未發現攪拌樁因變形破壞而出現滲水的情況。2)在攪拌樁止水帷幕設計中水泥土的滲透系數和帷幕最小厚度是控制性指標。從施工后的效果來看,本設計取用參數是合適的。3)從攪拌樁止水帷幕的防滲功能看,其完整性和連續性是關鍵,因此施工中應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合是否良好也是帷幕止水是否成功的關鍵之一,從以往工程施工經驗來看,因該部位攪拌不密實或不到位造成滲水也較普遍,因此在施工中應采取多攪、加大漿量等措施保證質量。5)攪拌樁止水帷幕配合鉆孔灌注樁圍護結構形式有造價低、易施工、進度快、能保證施工質量的特點,適合于在沿江、沿海軟土地層條件下的市政工程建設中運用。
參考文獻:
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