旋喷桩加固在地铁车站地下连续墙成槽中的应用_图文

1、旋喷桩加固在地铁车站地下连续墙成槽中的应用第四工程有限公司 黎浩昀摘 要 地下连续墙在复杂地质条件下,尤其是在呈流塑状淤泥层的地质情况下进行施工的成槽难度很大,本文结合广州地铁六号线天河客运站围护结构地下连续墙成槽的施工实例,对成槽前的加固方案比选进行了较详细的论述。总结出一套行之有效的加固措施及施工控制措施,减少了施工费用争取了工期,对类似工程有很好的参考价值。关键词 旋喷桩 加固 连续墙 成槽 应用1 工程概况广州市轨道交通六号线呈!U型走向,西起白云区的金沙洲,向东南穿越荔湾区,经越秀区、东山区后,转至东北方向至天河区,止于天河区高塘石。天河客运站是六号线的第21座车站,位于天河区广汕公

2、路(天源路与沙汕路交口处,站位东侧毗邻三号线天河客运站,西南角是天河汽车客运站,东侧和北侧是新天河商贸城(多为两层砖混商铺,起点里程YDK22+989 4,终点里程YDK23+075 2,车站主体外包总长83 8m,标准段跨度19 9m,有效站台中心里程YDK23+030。包括车站主体、换乘通道、#、号出入口、A、B端风亭,其中车站主体与三号线车站主体相距17 8m24 6m,与三号线%号风亭相距仅4m。天河客运站为地下四层岛式车站,基底埋深32 4m,顶板平均覆土深度3 0m,围护结构采用厚1000mm地下连续墙加 800止水旋喷桩,地下连续墙标准幅宽5m,C30水下混凝土浇筑。连续墙深度根

3、据墙底地质情况确定,平均深度为37m。2 工程地质及水文情况2 1 地质情况本区间的地层自上而下分为:<1>人工填土层、<3-1>粉细砂层、<3-2>中粗砂层、<4-1>冲-洪积粘性土层、<4-2>淤泥质土层、<5-1>可塑状花岗岩残积土层、<5-2>硬塑坚硬状花岗岩残积土层、<6>花岗岩全风化带、<7>花岗岩强风化带、<8>花岗岩中风化带、<9>花岗岩微风化带。岩性主要为细粒、中粒花岗岩,局部为粗粒花岗岩,全风化、强风化岩层遇水浸泡易软化失稳。岩土力学参数见表1

4、。表1 岩土力学参数表岩土分层岩 土 名 称天然密度(g/c m3天然含水量W(%粘聚力C(kPa内摩擦角(&渗透系数K(m/d单轴极限抗压强度(fc土石工程分类层厚(m<1>人工填土层(素填土1 890 50#2 13 <3-1>冲积洪积粉细砂层1 8525 05 00#2 26 <3-2>冲积洪积中粗砂层1 9030 010 00#1 35 <4-1>冲积洪积土层1 9325 721 219 90 02%2 12 <4-2>河湖相淤泥质土层1 7350 47 16 00 005#2 16 <5H-1>可塑状花岗

5、岩残积土层1 8427 120 523 51 50%2 85 <5H-2>硬塑坚硬花岗岩残积土层1 8724 426 425 61 50%14 28 <6H>花岗岩全风化带1 8819 331 726 11 50%6 96 <7H>花岗岩强风化带2 0516 535 028 94 004 01 <8H>花岗岩中等风化带2 564 0010 11 74 <9H>花岗岩微风化带2 659 6639 31 5057 7(2 2 地质特征本区间地层变化快,连续墙开挖成槽所经地层层数多,上部地层其自稳能力差,密实度较差,富水性较强,尤其在地下水

6、作用下极易坍落。遇水软化崩解是花岗岩风化残积土和全、强风化带的典型特点。2 3 水文情况广州市区地处南亚热带,属亚热带季风性气候。降水量大于蒸发量,大气降水是地下水的主要补给来源,每年510月份是地下水补给期,11月至次年4月为地下水消耗期和排泄期。本区段的地下水补给来源主要是大气降水。勘察期间实测钻孔稳定水位埋深为1 4013 00m,平均埋深为3 03m。地下水位线的起伏与地面线的起伏一致。3 连续墙成槽前方案分析本车站连续墙成槽采用B H-2型液压抓斗式成槽机配合CZ-30冲击钻,在连续墙成槽设备的荷载作用下,其中B H-2型液压抓斗式成槽机自重80,t CZ-30冲击钻自重5,t两设备

7、不同时在一幅连续墙上作业,由于地下水位高,地质条件差,成槽时容易出现塌孔、地面沉陷等,使得连续墙成槽困难。为确保地下连续墙成槽,必须对连续墙及导墙两侧的土体进行加固,提高土体强度和抗渗性能,防止出现塌孔、地面沉陷等。4 加固方案分析比选结合本站实际情况,有以下3个方案具有可行性,其优缺点比选如下。4 1 钢板桩运用钢板桩很容易插入表层流塑状淤泥层,钢板的刚度足够高,可以保证在地下连续墙导墙开挖时抵挡土体变形,保证地连墙成槽,且材料可以重复使用,造价较低。但地下连续墙导墙开挖后,钢板桩在土层重力和小型机械荷载作用下,发生较大偏斜,其稳定性差。根据现场试桩,最大偏移达20c m左右,不能满足规范要

8、求。且由于工地范围狭窄,场地有限,钢板桩施工时打桩与起拔必然影响连续墙施工,致使连续墙不能平行作业从而影响工期。4 2 将地面填高以提高泥浆液面的高度将原地面填高1 52 0m,可以在连续墙成槽过程中使泥浆液面高出淤泥层2 5m左右,在一定程度上减小不良地层连续墙槽壁坍塌的可能性,且造价最低。然而此方案填方需放坡,现有场地狭小,填方量大且填方所用土方较难购买,料源不稳定,将对工期形成巨大的制约。而且,经计算得知机械荷载对土体侧壁的压力范围不在填土高度范围内,而是在填后地面标高下8m左右,并不能完全解决地连墙成槽困难的问题。具体详细计算见施喷桩设计。4 3 旋喷桩采用旋喷桩加固地基存在以下优点:

9、(1能很好的固结土体,保持土体稳定。(2由于所要加固范围主要为淤泥,淤泥富含水,采用旋喷桩的效果比喷浆搅拌桩要好,桩的强度提高较快,故选用旋喷桩进行加固。(3可以沿连续墙两侧布置,在施工导墙时可挖除部分桩体(20c m,不会导致连续墙侵入主体。(4旋喷桩施工机械设备操作空间小且只在地下连续墙两侧作业。旋喷桩加固在导墙施做以前完成,不影响导墙成槽。(5旋喷桩施工较快,可几台设备同时施工,从而加快了施工进度。(6旋喷桩的垂直精度较高,能保证地下连续墙的垂直度,为后续工序(如连续墙墙面找平节省时间。(7旋喷桩材料购置途径便捷,不会因材料而影响工期。(8造价在可承受范围内,加固总费用在60万元左右。经

10、比选最后决定采用旋喷桩加固连续墙及导墙两侧土体。5 旋喷桩设计5 1 旋喷桩加固形式的选择加固形式如图1,每个槽段(5m两边各1排,相邻桩咬合50mm,桩中心距750mm。按简支梁原理计算每个槽段的5m长侧壁,按均布荷载计算为:M=1/8q l2中间位置是弯矩最大处,所以在靠近便道一侧的槽段中间位置增加2排各3根(共计6根旋喷桩,近似于将有机械荷载一侧的侧壁的中间弯矩变为原来的1/5(计算过程如下,从而有效的防止了槽壁的变形,保证了连续墙成槽作业的成功。M1=1/8q52M2=1/8q(0 7532M2/M1=1/5旋喷桩桩径采用800mm,水泥用量选用250kg/m,水泥为325#普通硅酸盐

11、水泥。5 2 旋喷桩长度的选择搅拌桩承受的侧向土压力,按朗金主动土压力计算,公式计为: 图 1P a =!H t g 2(45&- /2式中 P a +无粘性土主动土压力强度(kN /m 2;!+墙后土的重度(kN /m 3;H +所计算点离土面的深度(m ; +土的内摩擦角(&。施工过程中在成槽机械下垫23层厚度为2c m 的钢板,机械荷载可按局部均布荷载计算,取淤泥内摩擦角为3 12&,淤泥重度为14 7k N /m 3。成槽设备为B H -12液压抓斗式成槽机,设备重量60,t 离连续墙槽壁2m,铺设钢板面积为4 2m 8m ,均布荷载取17 86kN /m 2。

12、图 2在确定桩长度问题上,主要是确定机械荷载的分布高度范围及机械荷载作用点所在位置。经计算得知,机械荷载在连续墙槽壁上作用的高度范围为:2 16 6m,机械荷载作用点位置在深度4 63m 处。由于地质情况较差,在成槽过程中还采取了提高泥浆比重(将比重提高至1 4g /c m 3的方法以保证成槽,在安放完钢筋笼后再换浆使泥浆比重符合规范要求(1 15g /c m 3以保证水下混凝土的灌注质量。土压力及机械荷载计算图式以及泥浆压力计算如图2所示。由以上计算数据,最后确定桩长为8m 。6 旋喷桩施工6 1 施工工艺流程施喷桩施工工艺流程见图3。 图3 施工工艺流程6 1 1 施工准备(1施工前测量出

13、地下障碍物埋深和位置,将其挖除。(2对施工区域内的建筑垃圾等进行清理,之后对场区进行平整压实,并把水、电引至现场。6 1 2 测量定位(1施工场地的基准点、基轴线及水准点会同业主、监理单位共同引进,经复核及各方签证后方可使用。(2对于标定的基准点要做好明显的标志和编号,并做好保护工作。(3使用全站仪,采用坐标法进行桩位区域边线的测定。(4对施工区域内的所有桩进行测量定位,并做好明显、牢靠的桩位标志。此外,还要做好测量记录,以便复核。6 1 3 桩机就位(对中、调平(1由机班长统一指挥桩机的就位工作,移动桩机前看清桩机上下、左右、前后各方有无障碍,发现有障碍及时排除。移动结束后,检查桩机的定位情

14、况,并及时纠正。(2桩机就位对中到平稳周正,并且其动力头、旋喷头及桩位三者的中心处于同一铅垂线上。(3据规范要求,桩机搅拌头的定位偏差不大于5c m 。6 1 4 预搅下沉(1启动深层桩机电机,链条带动钻杆使搅拌桩机沿导向架搅拌下沉,下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制。施工时,严格控制下沉速度,密切观察电机工作负荷,其工作电流指数不大于额定值,以防烧毁电机。(2如遇较硬地层时,可以通过调整档位减小钻杆旋转速度,从而使钻杆穿透较硬地层。6 1 5 制备水泥灰粉在深层搅拌机预搅下沉的同时,后台将水泥用筛子进行筛分,保证水泥粉中不夹杂结快水泥,然后用小气泵压入送灰管,压力为1 01 2MPa 。

15、6 1 6 喷浆搅拌提升喷浆搅拌提升也是第一次压灰提升搅拌。搅拌机下沉到设计深度后,先上提搅拌头0 2m 左右,然后开启压灰泵,待深层搅拌机喷浆提升至地面时,关闭灰浆泵。6 1 7 重复搅拌重复搅拌也是第二次压灰提升搅拌。为了使软土和浆液搅拌均匀,再次将深层搅拌机下沉到设计深度后,再将深层搅拌机提升出地表。旋喷桩加固在地铁车站地下连续墙成槽中的应用 55 6 1 8 桩机移位 待深层搅拌机提出地面后, 先关闭电机, 然后将桩机移至新的桩位。 6 2 设备配置 旋喷桩机采用 MGJ- 50型三管旋喷钻孔机。 6 3 劳动力组织 以一台旋喷桩机施工为例, 司机 1名, 管线工 1名, 拌浆工 2名

16、, 供料工 1名, 电工 1名。 6 4 质量控制及保证措施 6 4 1 质量控制 施工使用的水泥必须经试验检验方能使用。压灰必须连续, 水泥的用量以及压灰的时间等有 专人记录。 钻桩时保证导向架的垂直度, 搅拌桩的垂直度偏差不超过 1 5 , 桩位偏差不大于 50mm。 % 专人负责观察、测量垂直度。 搅拌机压灰提升的速度和次数, 应有专人记录搅拌机每米下沉或提升的时间, 深度记录误差 不大于 50mm, 时间记录误差不大于 5s 以控制压灰量, 保证搅拌均匀。 , 6 4 2 质量检验 旋喷桩在成桩后 7d内用轻便触探器钻取桩身加固土样, 观察搅拌均匀程度, 同时根据轻便 触探击数用对比法

17、判断桩身强度。检验桩的数量不少于已完成桩数的 2 。 % 施工过程中随时检查施工记录, 并对每根桩进行质量评定。对于不合格的桩根据其位置和数 量等具体情况, 分别采取补桩或加强邻桩等措施。 深层搅拌地基的允许偏差及检验方法见表 2 。 表 2 深层搅拌地基的允许偏差及检验方法 项次 1 2 项 目 允许偏差 ( mm 10 0 5H /100 检 验 方 法 桩体桩顶位移 桩体垂直度 用尺量检查 用经 纬仪或吊线和尺量检查 注: H 为桩的长度。 6 4 3 保证措施 ( 1 为了保证桩的深度, 在桩机钻塔醒目处做好识别标志。 ( 2 为了保证桩的直径, 桩机搅拌头直径不小于设计桩径的 95

18、。 % ( 3 为了保证桩身的连续性、均匀性及桩身的强度, 注意下面的问题: , 严格控制单桩的水泥用量; 施工中严格控制搅拌机的下沉与提升速度, 以使水泥与土体拌合均匀、充分; . 压浆阶段不允许发生断浆现象, 送灰管道不能堵塞。全桩搅拌均匀, 不得发生夹心层。 施工中如发生管道堵塞事故, 立即停泵处理, 待处理结束后立即把搅拌钻机下沉 1 0m, 然后再 重新开泵压灰, 等 10 20秒后恢复提升搅拌, 以防断桩; / 施工时必须使用合格的水泥等建筑材料, 每批水泥进场时必须具有合格证, 并应及时取 样送检, 未经检验的水泥不得在施工中使用; 0 前台搅拌机操作与后台压灰密切配合, 联络信号明确。前台搅拌机压灰提升速度与次数符 合设计, 后台供灰连续, 一旦因故停灰, 立即通知前台。 1 在搅拌机压灰提升过程中, 当搅拌 56 工 程 科 技 2009年第 1期 头接近设计的桩顶标高时, 为了保证搅拌桩桩头的施工质量, 在距顶还有 1m 左右的距离时, 适 当降低搅拌桩机的提升速度。当喷灰口即将出地表时, 停止提升, 待喷灰搅拌数秒后, 关闭压浆 泵, 再将搅拌头提出地表。此外, 为了保证桩头质量, 还可对搅拌桩桩头部位采用多次搅拌喷灰 的施工方法; 2 为了防止搅拌机在提出地表的过程中水泥粉喷洒到地表, 在成桩结束时, 先停压灰泵, 使搅拌机在桩