27水泥土搅拌桩重力式挡土墙施工技术

施工技术[摘要]：浙江乌沙山发电厂一期为新建4×600MW工程，建址在宁波市厂址所在场地为海边滩涂养殖区，淤泥沉积厚度10.7~17.0m，是宁波地区最为恶劣的沿海软土地基。在软土地基土方开挖中，基坑支护的目的是为了深基础施工提供安全的操作空间，属于土方施工的一项必不可少的技术措施，但支护效果的好坏直接影响到土方施工的进度、安全及经济性。所以本文从软土地基的特点出发，对软土地基土方施工中基坑支护各种类型的特点进行讨论，重点介绍水泥搅拌桩的施工、施工注意事项、应急预案、信息化施工的设想及实施等进行阐述和总结。[关键词]：支护、方案设计、应急预案、信息化指导施工1．工程概况浙江乌沙山发电厂厂址位于浙江省东部沿海，宁波市象山县西周镇境内，这里风景秀美，人杰地灵。厂区一面靠海，三面环山，不仅避开了强台风的直接危害，还具有得天独厚的海运、陆运条件。电厂厂址平坦、没有拆迁，即北临象山港，又与宁波到象山准高速公路相连，是浙江省内优良的海滨电厂选址。在乌沙山电厂一期工程土方工程施工中，应用过基坑放坡和叠袋式护坡、水泥土搅拌重力式挡土墙支护、拉森型钢板桩桩加内支撑支护、拉森型钢板桩桩加拉锚支护、土钉墙等支护方法。其中大量使用了水泥土搅拌重力式挡土墙支护方法，共累计完成了80000m3水泥土搅拌重力式挡土墙的施工，其间积累了水泥土搅拌重力式挡土墙施工经验，也对软土地基土方开挖的各种支护方法进行了总结。2．地质条件2.1回填石渣层：堆载预压回填层，平均厚度约1.5m，底部为0.5m的卵石垫层。2.2粉质粘土层：原始地表以下由黄褐色粘土组成，很湿～湿，软塑～可塑，顶部含少量植物根系，下部局部为粘土，粘塑性好，光滑，无摇振反应，干强度、韧性高，物理力学性质一般，具中高压缩性，厚度0.7～2.6m。2.3淤泥层：浅灰黄色或灰色，饱和，流塑，厚层状构造，含少量有机质和贝壳，塘底部位顶部0.3m为浮泥。土质欠固结，工程地质性质极差，具极高压缩性。该层厚度10.7～17.0m左右。地基承载力特征值fk=50kpa。 2.4粉质粘土层：黄褐色、暗绿色，稍湿，可塑-硬塑，局部为软塑。本层厚度厂区西部较薄约1-2米，厂区东部较厚约10米左右，局部地段该层缺失。层顶埋深约20米左右。灰色，饱和，流塑，厚层状构造，局部夹粉细砂薄层，物理力学性质较差，具极高压缩性，该层厚度1.6～12.3m，一般层厚在8.0～10.0m。2.5粉土层：黄褐色、青灰色，很湿，中密。本层零星分布。2.6含粘性土碎石层：杂色，中密，碎石以小粒径为主，粒径以2-5厘米为主，大于10厘米的少见，夹粉质粘土和砂的透镜体，本层厚一般为40米左右。层顶埋深约30米左右。2.7凝灰岩层：紫红色、灰色，块状构造，凝灰结构，质地致密坚硬，中等风化-微风化，完整性好，埋深50-70米。地下含水层为细粒土，厚度一般为0.5m-1.0m，透水性差，受降水或海水渗补影响大。3.基坑支护方案的选择选择基坑支护型式的选择要根据工程地土的土质情况、基坑开挖深度、平面形状和基地面积大小以及周围环境，并考虑其安全性、经济性等因素。根据软土的特点及工程实践经验，对于不同开挖深度的基坑和不同的环境条件，可考虑采用下列支护结构类型：3.1放坡结合叠袋式挡墙支护在开挖深度不超过4m，地表杂填土厚、土质较好，并要求基坑周围有足够空间，可考虑基坑上部采用放坡开挖，在基坑下部软土处采用土袋堆叠成自重式挡墙作为支护方式，此方法主要是防止地基软土上涌。这种支护方式在乌沙山电厂主厂房工程使用，由于土质太差其渗透系数小的软土地基运用不理想，所以在使用放坡结合叠袋式挡墙支护时，需要特别的注意土质状况及坡度的选择。3.2支护桩加水平内支撑支护适合于开挖深度为6m及6m以上的软土基坑。当基坑深度大于7m时，可采用单侧支撑加外侧拉锚。但当开挖深度超过8m，则必须采用水平内侧支撑。支撑系统根据基坑形式由角撑、对撑与环梁组成。支护材料可采用钢结构和钢筋混凝土梁柱。支护桩形式有钢筋混凝土支护桩有钻孔灌注桩、沉管灌注桩、预制桩及钢板桩。这些支护方法支护结构安全可靠，但也有内撑给基坑开挖和施工带来不便的缺点，且施工费用较高，经济性不好。3.3排桩加拉锚支护在施工现场允许的情况下，可在基坑周边采用支护桩排侧设置拉锚，与支护桩铆接作为支护结构。支护桩可采用钢板桩，这种支护型式能为基坑挖土和深基坑施工提供宽裕的空间。其缺点是由于软土流动性大的特点，经常发生较大的变位，导致支护桩位移，带动软土流动，造成桩基漂移，影响工程桩的安全。3.4复合土钉墙支护该方案采用混凝土护坡，同时在遍坡上打入木桩、钢管、竹桩或灌入混凝土形成混凝土钉。可随挖土随施工复合土钉墙支护，施工可以流水作业，因此土钉墙施工快速、可边挖土边施工，缩短工期的特点、且具有造价相对低，该法施工工艺成熟，已在大量的工程项目中得到应用。但本工程位于海边，土质极软，复合土钉墙施工土方开挖量大，且需分层开挖，在施工工要期求紧张的情况下，无法满足施工的进度要求。3.5钢板桩支护：钢板桩支护是依靠自身的刚度，内撑外拉来承受荷载。其主要特点为施工周期短，且钢板桩可回收重复使用，折旧率为30%，防水差，适合支护深度小于6m的基坑中使用、比较适合宽度较小的沟、槽类基坑使用及抢险工程中使用。缺点为对后续施工带来很多不便，如支护周边不能有重压，钢板桩单侧支护的情况下，后侧需加地锚拉撑，成本较高，钢板桩内撑支护的情况下，影响施工空间，造成施工的不便。3.6水泥土重力式挡土墙支护：水泥土搅拌桩是利用特制施工机械下沉、提升，并将固化剂（水泥等）与加固区的土体充分强制搅拌均匀，使软土固化成具有较好整体性、水稳性和一定强度的水泥土墙，从而提高软土强度和减少土体变形，防止基坑开挖时基坑以外土体的侧向位，达到加固遍坡目的。由于水泥土搅拌桩相互搭接形成一个隔水帷幕，增强了基坑的密闭性，防止外来水进入基坑。4.水泥土重力式挡土墙的特性和应用水泥搅拌桩重力式挡土墙依靠水泥搅拌桩自身的重力原理来承受荷载，因此称为重力式挡土墙。如设计方案正确，有安全、稳定、可固结土质等优点，适合于支护深度小于6m的基坑中使用，但也存在水泥土搅拌桩施工质量控制难度大、施工工期长、养护龄期长等缺点。由于此方法具有良好的整体性和阻挡水的能力，基坑内无支撑，有利于机械大面积开挖。4.1在乌沙山电厂一期工程汽机基础基坑支护、烟囱基坑支护及循环水基坑支护的工程中，采用了水泥土重力式挡土墙支护，烟囱基坑支护桩径为2φ700mm，双向搭接200mm。根据基坑形状，方案确定采用了独特的圆拱支挡结构，采用水泥土搅拌桩圆拱辅以圈内加固体。搅拌桩圆拱支挡方案能充分发挥圆形结构物空间效应优势，均匀受力时，截面只受压应力，可有效控制变形，保证土体稳定。由于烟囱开挖区域工程桩比较密集，并且全部都是打入式PHC管桩，打入式工程桩存在挤土效应，在基坑开挖过程中极易受到侧向推挤而导致偏位，因此在支护方案选择时，考虑对坑底和侧壁淤泥质土进行加固处理。其中圈内加固圆拱防止基坑内土体涌起，圆拱内支墩增强了支护结构的整体稳定性，同时考虑到采用支护桩代替基础模板，支护桩与基础之间预留100mm空间。圆拱支护结构剖面图圆拱支护结构平面图该设计方案在工程的应用中，支护结构稳定，基坑开挖采用了机械开挖，开挖过程中支护结构无变形，开挖区域及其周围的工程桩无偏桩、断桩事故发生。但由于施工放线、水泥搅拌桩施工有部分偏差及基础施工工艺的要求，没能实现以桩代模的想法。出现了部分桩位与基础相冲突的现象，但经过剔除后在支护桩内侧砌筑砖模也达到了要求。建议考虑以桩代模时，考虑基础于支护桩预留500mm较为合适。4.2循环水管沟基坑长约400m，包括并行的循环水压力钢管和循环排水钢筋混凝土沟的基坑宽度30m—20m不等，基坑为不规则的长条形属于沟槽类基坑。基坑内高差、转角较多，导致坑内有坑。针对本基坑上述特点，根据基坑形状，本次设计采用重力式挡墙支挡结构，采用水泥土搅拌桩辅以圆拱，重力式挡墙与圆拱支挡方案能充分发挥圆形结构物空间效应优势，均匀受力时，截面只受压应力控制，可有效控制变形，保证土体稳定。循环水管沟支护桩平面布置图5.水泥土搅拌桩施工方法5.1施工方法：采用CJB-30型双轴深层搅拌桩机。启动起吊设备下沉（注意导向杆垂直度）、搅拌，开通输浆管路确认浆液从喷嘴喷出，匀速下沉、搅拌到设计桩底标高。在桩底停留30秒原地搅拌、喷浆。然后，喷浆、搅拌、匀速提升到桩顶标高。单桩工艺流程为“二喷、四搅”。为了确保达到加固目的，根据不同场地地质的特点，采取对应措施，如：切片的组成圆平面的角度及组数;切片的垂直角度（一般的角度在100～150之间）使每个节点的水泥土得到更好的均匀度。主要施工参数控制为：搅拌头提升速度约0.8m/min，搅拌头搅拌次数约60r/min，输浆泵压力0.5MPa左右。5.2工艺流程：测量地位—转机就为、调平—水泥浆配置—预搅喷浆下沉—喷浆提升—复搅复喷—清洗管道—移位5.3测量放线：根据测量控制点，用尺度法进行桩定点，并明确标志。桩位布置与设计图误差≤5cm。5.4水泥浆配制：水泥采用42.5级普硅水泥，进场必须有质保书，并按批次抽检品质，不合格水泥严禁入库存放。本项目水灰比（暂定）0.5~0.55:1，即重量比1.0～1.2公斤水：2公斤水泥。水泥用量严格计量，加水用专用定量器。浆液每次搅拌时间不得少于3min，浆液搅拌均匀，不得离析、沉淀，停置1h以上的浆液应清理。5.5搅拌桩钻机就位：搅拌钻机在配制浆液的同时，在指定的桩位就位，让搅拌轴对中，用水平尺调平机座，导向架对地面的垂直偏差不超过1%，对位偏差不大于5cm，且必须保证搅拌桩相互搭接200mm。5.6预搅喷浆下沉：下沉过程中，距离设计桩顶标高0.5m发出信号通知后台，喷浆钻进，直至设计桩底标高。5.7喷浆提升：预搅下沉至设计深度时并保持原地搅拌，待浆液送至30S后再提升，为保证搅拌桩桩顶质量，停浆面在设计桩顶标高以上500mm。根据试成桩工艺参数确定的钻机转速、提升速度、注浆泵压力、泵量等注浆，保证注浆量。在施工过程中若发生喷浆中断，必须对该段桩上下0.5m复喷复搅，以防止断桩。5.8复搅复喷：为了搅拌充分和提高桩身水泥土强度，复搅复喷有效桩长桩身段。5.9清洗管道：完成搅拌成桩后，向排空的集料斗中注入适量清水，并开启灰浆泵，清洗管路（此工序如在能连续施工状况下，可视具体情况不进行）。移位：完成一个单桩作业，移到下一个桩位，重复上述步骤。6.水泥搅拌桩施工注意事项6.1施工前应做现场水泥土配比试验，以验证设计指标及指导土方开挖；要求做3根试验桩，以确定施工技术参数。6.2深层搅拌喷浆是在地下深处进行的，在施工记录中，各班记录员应及时、详细认真，逐项填写施工记录表，特别要求记录走浆时间、来浆时间、停浆时间、总喷浆时间，不得追记、漏记、弄虚作假。记录深度误差不得大于5cm，施工中发生的问题及处理情况均应在备注栏注明。6.3单桩未施工完毕，不得交接班，交接班时要弄清已打桩号和未打桩号，避免复打、漏打。各班班长在记录上签名，否测作废。每天的施工记录须当天交现场技术负责人验收。6.4水泥应每批均有出厂合格证，每批水泥进场后应立即送检。6.5对于下沉迅速的特软土层加强重复搅拌，保证均匀。深层搅拌桩成桩三天后，用轻型动力触探（N10）检验桩身均匀性，检验数量为施工总桩数的1%，且不小于三根。7.应急预案7.1水泥搅拌桩：当墙顶水平位移超标时，墙体出现裂缝，墙后土体位移伴随沉降，应调查倾斜情况，如属抗倾覆稳定性不足，可采取墙后卸土减载，墙前加竖向斜支撑加固方案，竖向斜支撑不得影响主体工程桩安全。如属于抗滑移稳定性不足，除应在墙后卸土减载外，还应在墙前堆土反压或支撑，然后设法抢铺砼垫层，增加坑底整体水平抗力。7.2坡脚隆起的处理：采用砂袋反压或采用水压，稳定后对支护系统加强。7.3周边环境的处理：基坑邻周已成有工程桩等由于基坑土体位移而发生“跑桩”，应首先稳定基坑土体，防止继续位移，并根据已有工程桩等的重要性采取相应措施。7.4考虑备用支护方案：在乌沙山电厂一期工程循环水沟工程中，当支护结构发生严重位移时，采用了一边卸载，同时利用钢板桩施工周期短、比较适合宽度较小的沟、槽类基坑使用及抢险工程中使用的特点，对支护结构进行加固，取得了非常好的效果。7.4特别注意：在采取以上应急措施的同时，必须积极创造条件，尽早铺筑基底混凝土垫层，特别是靠近基坑边的混凝土垫层，以提高基坑抵抗土体变形的整体能力。8.信息化施工的设想及实施8.1信息化施工监测的必要性及目的8.1.1监测的必要性：地基中地层总是存在一定的变异性和离散性，地质勘察数据难以准确代表土层的全面、总体情况。在支护结构设计和变形预估时，对土层和围护结构本身所作的分析模型、参数选取等，与实际状况相比存在一定的近似性。所以在基坑开挖过程中，支护结构及工程桩、土层的受力处于经常性的动态变化之中，使得结构荷载作用时间和影响范围难以预料。8.1.2信息化施工监测目的：为基坑开挖及基础连续施工提供反馈信息、作为施工开挖方案修改的依据、保证基坑附近的工程桩偏位控制在允许范围之内、积累软土地区大面积深基坑开挖的施工经验并提高施工水平。8.2信息化施工监测内容8.2.1监测内容：支护结构竖向、水平位移观测。8.2.2支护结构监测点布置：沿支护结构顶部每15m长均匀设置一处监测点。8.3监测方法8.3.1支护结构侧向变形观测：肉眼巡视，巡视基坑四周堆载的变化，坑顶坑底的截水沟排水情况及基坑四周地面裂缝。8.3.2支护结构竖向位移观测：仪器选用水准仪一台，选用靠近开挖区域的永久性高程控制点作为基准点，由基准点引测观测点，观测竖向位移。观测期间，每对原基准点复核一次，特别是雨天加强观测。8.3.3支护结构横向位移观测：仪器选用经纬仪一台或全站仪一台（配靶子），根据控制点进行每日观测。观测精度要求：沉降观测中误差<0.5mm，水准测量闭合<±0.8n1/2(mm)，位移观测中误差<5.0mm。8.