王超
(中交一航局城市交通工程有限公司,天津300450)
深基坑開挖是地鐵項目施工的關(guān)鍵工序。隨著地鐵項目的發(fā)展,深基坑的應(yīng)用越來越廣泛?;邮┕で盀榱俗柚够油獾叵滤魅牖觾?nèi)部或減小地下水沿帷幕的水力梯度,通常采用一定厚度的隔水帷幕進(jìn)行截水[1]。基坑隔水方法根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文條件及施工條件等,選用水泥土攪拌樁帷幕、高壓旋噴或擺噴注漿帷幕、地下連續(xù)墻或咬合式排樁等形式。支護(hù)結(jié)構(gòu)為排樁時,可采用水泥土攪拌樁或高壓旋噴樁注漿帷幕。圍護(hù)結(jié)構(gòu)良好的止水效果是保障基坑施工安全最重要的前提條件。因此,如何確保止水帷幕施工質(zhì)量是深基坑施工的重點(diǎn)研究方向。
佛山地鐵2 號線連接佛山西江組團(tuán)和中心城區(qū)、區(qū)域鐵路客運(yùn)樞紐廣州南站,是廣佛同城的重要樞紐。整條線路以深基坑施工為主,基坑內(nèi)標(biāo)高-5.75~1.15m 范圍為淤泥質(zhì)粉砂,灰黑色,松散~稍密狀,飽和狀態(tài),含少量黏性土及腐殖質(zhì),稍具腥臭。該地層較廣泛分布于場區(qū),對深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)單軸攪拌止水樁成樁質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。
中交一航局城市交通工程有限公司承建的TJ4 標(biāo)林廣明挖區(qū)間根據(jù)工程特性、環(huán)境條件和設(shè)計原則及標(biāo)準(zhǔn),本項目隔水帷幕采用沿基坑周邊閉合的平面布置形式。本項目的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁排樁聯(lián)合止水帷幕形式,具有剛度大、可用于深大基坑及對周邊地層、環(huán)境影響小等特點(diǎn)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體采用φ1 000mm@1 200mm 鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式,止水帷幕采用φ550mm@400mm 單軸水泥土深層攪拌樁。水泥土攪拌樁是用于加固飽和軟黏土地基的一種方法。它利用水泥作為固化劑,通過特制的攪拌機(jī)械,在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌,利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。水泥土攪拌法具有最大限度利用原土,攪拌時無振動、無噪聲污染,對周圍原有建筑物影響很小的優(yōu)點(diǎn)。
通過前期試樁檢測發(fā)現(xiàn),采用常規(guī)方法施工的單軸攪拌樁在淤泥質(zhì)粉砂層內(nèi)成樁質(zhì)量差,漏水嚴(yán)重,為后續(xù)的深基坑開挖造成了極大的安全隱患。為確?;娱_挖的安全性,針對此地質(zhì)條件積極進(jìn)行工藝試驗總結(jié),為后續(xù)攪拌樁止水帷幕大面積施工提供了重要的技術(shù)支撐。
本項目采用85 高程系統(tǒng),根據(jù)M2-Z3-SGZ-01 鉆孔勘察設(shè)計成果,該鉆孔從上到下依次分布如下:地表3.61~1.31m 高程為人工堆積素填土、1.31~-0.7m 高程為淤泥、-0.7~-5.7m 高程為淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、-5.7~-10.89m 高程為可塑狀粉質(zhì)黏土、-10.89~-18m 為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、-18m 以下為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。
林廣明挖區(qū)間場地地勢低,雨季強(qiáng)降雨時,水位漲幅大,每天水位落差約1.0m。場地地下水主要有2 種類型:一類是第四系地層中和松散巖類孔隙水,另一類為基巖裂隙水,主要賦存于強(qiáng)、中等風(fēng)化帶中,具有承壓性。
本工程采用華潤P·O42.5 普通硅酸鹽水泥制作水泥漿,在基坑內(nèi)選取淤泥質(zhì)粉細(xì)砂至室內(nèi)進(jìn)行7 種不同水泥摻量配合比試驗,水灰比選取范圍為0.6~0.8,攪拌樁水泥摻量取土的天然比重的15%~20%。成型70.7mm×70.7mm×70.7mm 抗壓強(qiáng)度試件(目標(biāo)強(qiáng)度0.8MPa),拆模后埋入現(xiàn)場粉細(xì)砂層中同條件養(yǎng)護(hù)7d、28d 進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測。經(jīng)過強(qiáng)度結(jié)果對比及滿足強(qiáng)度富裕系數(shù)1.4 的要求,最后選取了水泥摻量為120kg/m3及130kg/m3的2 組配合比,該2 組配比28d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1.13MPa 和1.19MPa。
采用的濕法水泥土攪拌樁施工主要步驟為:攪拌機(jī)械就位、調(diào)平—預(yù)攪下沉至設(shè)計加固深度—邊噴漿、邊攪拌提升至預(yù)定的停漿面—重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計加固深度—根據(jù)設(shè)計要求,噴漿或近攪拌提升直至預(yù)定的停漿面—關(guān)閉攪拌機(jī)械。根據(jù)上述工藝流程,并采用水泥摻量為120kg/m3及130kg/m3的2 組配合比,現(xiàn)場采用兩噴四攪的施工工藝,采用2 組不同提鉆速度、攪拌速度、噴漿壓力,通過現(xiàn)場試樁施工28d 后進(jìn)行鉆芯取樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗,最終確定了提鉆速度0.5m/min,下鉆速度0.7m/min,攪拌速度30r/min,噴漿壓力0.65MPa 及提鉆速度0.5m/min,下鉆速度0.7m/min,攪拌速度40r/min,噴漿壓力0.45MPa 的2 組施工工藝參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場施工。
通過抽芯結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有合格水泥攪拌樁外表質(zhì)量良好,但內(nèi)部強(qiáng)度及止水性較差。通過分析比對,與設(shè)備鉆頭出漿孔位置及鉆頭葉片形狀有很大關(guān)系。因此,根據(jù)螺旋鉆機(jī)施工原理,對鉆頭葉片形狀、出漿孔位置及尺寸進(jìn)行改良,經(jīng)多次改良并試樁取芯試驗,確定了用于此地層攪拌樁止水帷幕基施工鉆頭,鉆頭形式如圖1 所示。
圖1 淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層攪拌樁施工改良鉆頭
為了驗證上述鉆頭、配合比及工藝參數(shù)的可行性,采取在成樁3d 內(nèi)采用輕型動力觸探檢查上部樁身的均勻性,在成樁7d 后,采用淺部開挖樁頭進(jìn)行檢查,開挖深度超過停漿面下0.5m,檢查樁身的均勻性并兩側(cè)樁身直徑。經(jīng)檢查采用上述施工工藝和參數(shù)制作的水泥土攪拌樁成樁質(zhì)量良好,無斷樁及樁身外觀質(zhì)量差等缺陷,并且止水效果很好。
通過試驗、試樁得到的單軸攪拌止水樁相關(guān)施工參數(shù)已在佛山地鐵2 號線林廣明挖區(qū)間、林林明挖區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水帷幕中廣泛應(yīng)用。本標(biāo)段樁基數(shù)量9 141 根,前期采用常規(guī)四噴四攪施工工藝成樁率為83.4%,成樁率低、成樁時間長、成本高、后期基坑開挖漏沙漏水率高。經(jīng)過試驗和現(xiàn)場實(shí)踐,采用該施工工藝參數(shù)施工,成樁率提高至96.5%,有效確保施工質(zhì)量,降低基坑漏沙漏水風(fēng)險率;單樁施工時間縮短6min,提高了施工效率,縮短施工周期。經(jīng)計算,此施工工藝參數(shù)成樁水泥用量節(jié)約4kg/m3,目前已在佛山地鐵2 號線工程全面推廣。
本文從工程實(shí)際出發(fā),對淤泥質(zhì)粉細(xì)砂單軸攪拌樁成樁工藝進(jìn)行了介紹,通過優(yōu)化配合比、施工工藝參數(shù)、設(shè)備改良等措施,順利高質(zhì)量地完成了深基坑水泥攪拌樁止水帷幕施工,為后續(xù)深基坑開挖提供了安全保障。本文通過實(shí)際工程經(jīng)驗,對復(fù)雜地質(zhì)情況成樁工藝予以總結(jié),可供類似工程參考借鑒。