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        復(fù)雜河道環(huán)境下管廊深基坑綜合止水施工技術(shù)

        2021-09-17 08:04:18李雷明
        鐵道建筑技術(shù) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:施工

        李雷明

        (中鐵十四局集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250000)

        1 引言

        揚(yáng)子江大道兩次跨越地質(zhì)、水文情況相近的河道,針對(duì)第一次跨越河道施工過(guò)程中出現(xiàn)的側(cè)壁漏水、基底突涌、圍護(hù)樁變形等一系列問(wèn)題,本文通過(guò)第二次跨越河道管廊深基坑施工為工程背景,對(duì)圍護(hù)樁施工側(cè)面加固、樁間靜壓注漿止水、基坑加固樁間補(bǔ)強(qiáng)、坑底堵漏等施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,有效解決了基坑滲漏、涌水、變形等問(wèn)題[1]。

        2 工程概況及周邊環(huán)境

        2.1 工程概況

        揚(yáng)子江大道綜合管廊實(shí)施范圍北起揚(yáng)子江隧道出口,南至河西大街,全長(zhǎng)約7.07 km。綜合管廊與現(xiàn)狀下圩溝河道相交,綜合管廊頂板頂在下圩河河底以下1.1 m,管廊凈高為3.2 m,該段管廊利用鋼板樁圍堰法分二期施工。管廊圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Ⅵ型18 m長(zhǎng)拉森鋼板樁,圍堰鋼板樁長(zhǎng)度為9 m,坑底地基采用雙軸攪拌樁滿堂加固,樁長(zhǎng)8 m?;訉?0 m,開挖深度為10 m,明挖法施工,采用上、下兩道φ609鋼管支撐,間距4.6 m,圍檁采用雙拼H428×407圍檁(見圖1)。

        圖1 基坑斷面

        拉森鋼板樁間采用素土回填,作為施工期通行便道[2]。

        2.2 周邊環(huán)境

        (1)地下管線

        管廊與10 kV電力管線、采用灰口鑄鐵管的D150自來(lái)水管垂直相交,距離220 kV電力管廊及城市主干道僅20.1 m,對(duì)基坑的變形控制提出了很高的要求,為防止變形,不能采用輔助降水措施。

        (2)地質(zhì)情況

        因近幾年河道改造,多次遷改回填,管廊基坑范圍巖土層分布主要為①1雜填土()、①2素填土()及下部的③2a粉砂夾粉土。①1雜填土由建筑垃圾及生活垃圾組成,結(jié)構(gòu)松散,局部回填為混凝土碎塊,個(gè)別直徑大于50 cm,分布于0~6 m地層。①2素填土主要為粉砂夾少量碎石子組成,局部表層含有植物根莖,結(jié)構(gòu)松散,分布于6~9 m地層。大量障礙物加大了拉森鋼板樁線形控制難度,導(dǎo)致局部樁與樁無(wú)法咬合;坑底為粉砂夾粉土層,弱透水,與河道連通,形成管涌通道,降水效果不明顯。

        (3)水文情況

        線路西側(cè)為長(zhǎng)江,距離基坑約200 m,管廊橫跨的下圩溝河,河道上口寬度約15~16 m,下寬約6 m,水面標(biāo)高5.83 m,水深0.5~1.8 m,塘泥厚0.5~0.6 m,屬于內(nèi)河圩內(nèi)水網(wǎng),與長(zhǎng)江水系相對(duì)獨(dú)立,但又通過(guò)水利工程如涵(閘)互相溝通。當(dāng)雨水集中并且入江河道受長(zhǎng)江水位頂托時(shí),易引起河道水位猛漲和基坑管涌。

        3 主要施工方法

        綜合考慮河道下穿段管廊所處河道地質(zhì)特點(diǎn)、水文特點(diǎn)以及周邊環(huán)境的不利影響,利用12 m長(zhǎng)H700×300型鋼滿鋪?zhàn)龃虬螛稒C(jī)作業(yè)平臺(tái),先插入止水拉森鋼板樁,再在外側(cè)采用φ800高壓旋噴樁止水補(bǔ)強(qiáng);采用雙軸攪拌樁@700@500對(duì)基底滿堂加固,地基加固樁與鋼板樁間縫隙采用高壓旋噴樁補(bǔ)強(qiáng);開挖過(guò)程中對(duì)側(cè)壁滲水進(jìn)行靜壓注漿處理,采用反濾、引排的方式對(duì)坑內(nèi)的小管涌水點(diǎn)進(jìn)行處理[3]。

        4 綜合施工技術(shù)

        4.1 基坑側(cè)壁拉森鋼板樁止水處理

        為保證拉森鋼板樁與地基加固樁間有效貼合,考慮采用先施作地基加固,后進(jìn)行鋼板樁插打。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),雙軸攪拌樁施工完畢后,插打拉森鋼板樁時(shí)擾動(dòng)大,貼合不夠緊密;部分區(qū)域地基強(qiáng)度高,鋼板樁存在無(wú)法插入的問(wèn)題。為此,經(jīng)研究決定先施工圍護(hù)樁(見圖2)。

        圖2 圍護(hù)樁平面布置

        (1)拉森鋼板樁施工

        鋼板樁正式施工前應(yīng)進(jìn)行試樁,以便確定合適型號(hào)的打樁機(jī)具、鋼板樁截面尺寸及打樁工藝。

        采用屏風(fēng)式打入法,首先將20~30根樁打入足夠深度,使其不需要導(dǎo)向架也能立穩(wěn),然后在樁墻兩端打入1~2根樁,再將中間的樁也打入相同深度。重復(fù)以上操作,將整個(gè)打樁工作分幾次完成,最后將全部鋼板樁打至最終深度,一次打入深度控制在0.5~3.0 m。

        鋼板樁垂直度允許偏差為0.5%,樁位容許偏差為50 mm,樁頂標(biāo)高允許偏差為50 mm。

        (2)基坑側(cè)壁高壓旋噴樁補(bǔ)強(qiáng)

        鋼板樁的內(nèi)、外側(cè)采用高壓旋噴樁進(jìn)行止水補(bǔ)強(qiáng)。三重管高壓旋噴樁施工技術(shù)是用三層噴射管使高壓水和空氣同時(shí)橫向噴射,沖蝕切割地基土體,再借空氣和水的上升力把已破碎的土體托舉至地表;與此同時(shí),另一個(gè)噴嘴將水泥漿以較低壓力噴射注入到被切割、攪拌的土體中,使水泥漿與土混合固結(jié)成樁,達(dá)到加固的目的。

        經(jīng)試樁后確定高壓旋噴樁施工參數(shù):水灰比為1.0,噴漿壓力為 2.0 MPa,氣壓 0.7 MPa,風(fēng)量10 m3/min,水壓 30 MPa,水流量 120 L/min,提升速度6 cm/min(素土層),提升速度4 cm/min(粉砂層),水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥,注漿量500 kg/m。

        為改善基坑下部粉砂層高壓旋噴樁不能有效固結(jié)、整體性差,止水效果不理想的問(wèn)題,降低高壓旋噴樁在該土層內(nèi)的提升速度至4 cm/min,將水灰比調(diào)整為0.8,水壓調(diào)整為35 MPa,并在水泥漿中摻入一定量的木質(zhì)素磺酸鈣,縮短水泥漿的凝結(jié)時(shí)間,提高加固效果。

        (3)側(cè)壁樁間靜壓注漿止水

        針對(duì)開挖過(guò)程中,粉砂地層區(qū)域拉森鋼板樁側(cè)面漏水情況,在鋼板樁外側(cè)鉆孔至漏水點(diǎn)以下2 m,插入注漿導(dǎo)管,采用靜壓注漿的方式注入雙液漿(水泥、水玻璃漿液)或者注入水溶性聚氨酯堵漏劑進(jìn)行加固處理。靜壓注漿能夠有效避免壓力過(guò)大導(dǎo)致鋼板樁變形,而且封堵效果良好(見圖3)。

        圖3 靜壓注漿

        4.2 基坑內(nèi)加固與止水

        4.2.1 雙軸深層攪拌樁施工

        雙軸深層攪拌機(jī)葉片直徑700 mm,采用常規(guī)的四攪兩噴工藝,樁間縱、橫向搭接200 mm。為避免施工過(guò)程中攪拌機(jī)葉片及攪拌效果受不利地質(zhì)情況影響,采取多種措施相結(jié)合的方式,有效提升了地基加固質(zhì)量,采取相關(guān)措施如下:

        (1)調(diào)整漿液配比,將水灰比控制在0.45。減小水灰比有利于提升加固土體的強(qiáng)度強(qiáng)土體的止水效果。

        (2)改用大型注漿機(jī),將送漿壓力控制在上限0.6 MPa;采用42.5水泥,增加水泥漿攪拌時(shí)間,并添加一定數(shù)量的石膏及減水劑。

        (3)水泥攪拌樁的水泥摻入量由原試驗(yàn)段確定的16%在粉砂層區(qū)域提升至20%。摻入量根據(jù)不同地質(zhì)動(dòng)態(tài)調(diào)整,保證在不同地質(zhì)條件下的成樁效果。

        (4)基坑底部粉砂層區(qū)域,雙軸攪拌機(jī)下鉆速度與攪拌提升速度降低至0.4 mm/min以內(nèi),并保持同種地層內(nèi)勻速攪拌注漿提升。攪拌提升時(shí)不應(yīng)使孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓造成周邊地基沉降。

        (5)因故擱置超過(guò)2 h以上的拌制漿液,應(yīng)作為廢漿處理,嚴(yán)禁再用。

        (6)施工時(shí)保證前后臺(tái)密切配合,禁止斷漿。如因故停漿,應(yīng)在恢復(fù)壓漿前將雙軸攪拌機(jī)下鉆0.5 m后再注漿攪拌施工,以保證攪拌樁的連續(xù)性。

        (7)樁間搭接施工時(shí)間不宜大于24 h,若因故超時(shí),搭接施工中必須放慢攪拌速度保證搭接質(zhì)量。

        (8)樁若因時(shí)間過(guò)長(zhǎng)無(wú)法搭接、搭接不良或遇到障礙物無(wú)法施工,應(yīng)對(duì)具體位置記錄在案,并經(jīng)監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位確認(rèn)后,采取再補(bǔ)做旋噴樁等技術(shù)措施,確保攪拌樁的施工質(zhì)量。

        通過(guò)采取以上措施,經(jīng)過(guò)鉆芯取樣檢測(cè),結(jié)果顯示28 d無(wú)側(cè)限單軸抗壓強(qiáng)度滿足不小于1.0 MPa的設(shè)計(jì)要求,同時(shí)樁身完整性得到極大的提升。兩次跨越河道現(xiàn)場(chǎng)取芯效果見圖4、圖5。

        圖4為基坑以下雙軸攪拌樁體1~6 m的芯樣情況,在4.5~5 m夾粉砂地層,水泥漿含量少,芯樣破碎,不完整,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。圖5中芯樣完整性、強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

        圖4 一次鉆芯取樣

        圖5 二次鉆芯取樣

        4.2.2 基坑管涌點(diǎn)堵水處理

        (1)沿管涌滲水點(diǎn)周邊1 m開挖,深度約1 m,鋪設(shè)滲水土工布和碎石作為反濾層,防止土體流失。

        (2)碎石頂面采用速干水泥由外向內(nèi)進(jìn)行封閉,在中間插3根壓漿管,壓漿管直徑15 mm。

        (3)封閉后對(duì)快干水泥灑水養(yǎng)護(hù)30 min,用注漿機(jī)通過(guò)1#注漿管注入水溶性聚氨酯堵漏劑,待通氣孔出現(xiàn)溶劑,停止注漿,換2#注漿管注漿,待通氣孔再次出現(xiàn)溶劑,綁扎1#注漿管、通氣孔端頭,繼續(xù)不連續(xù)注漿(見圖6)。

        圖6 基坑涌水反濾層及注漿封堵

        5 施工技術(shù)效果分析

        在止水帷幕高壓旋噴樁及地基加固達(dá)到強(qiáng)度性能要求后,進(jìn)行深基坑開挖,滲漏水情況得到明顯改善,從基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看,地表沉降、深層位移、軸力監(jiān)測(cè)控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)(見圖7~圖9)。

        圖7 地表沉降

        圖8 深層位移

        圖9 鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)

        拉森鋼板樁施工后滿足支護(hù)止水需求,局部未咬合的區(qū)域,經(jīng)過(guò)高壓旋噴樁加固,也起到了很好的止水效果。

        地基加固間隙土體采用高壓旋噴樁補(bǔ)強(qiáng)后,大面積的涌水、涌砂現(xiàn)象得到了很好的控制,基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,當(dāng)即通過(guò)了基底驗(yàn)槽,并澆筑了墊層混凝土。

        局部少量的漏水部位采用靜壓注漿的方式,對(duì)鋼板樁未產(chǎn)生任何影響,基坑整體處于穩(wěn)定狀態(tài)?;拥撞康木植坑克c(diǎn),采用臨時(shí)封堵,很好地解決了坑內(nèi)局部涌水的問(wèn)題。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        依托復(fù)雜河道環(huán)境下管廊工程,通過(guò)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地基加固、臨時(shí)封堵水技術(shù)進(jìn)行研究,得到以下結(jié)論:

        (1)在跨河管廊深基坑施工中,根據(jù)地勘報(bào)告,自上而下對(duì)每個(gè)地層采用不同的成樁參數(shù),避免止水帷幕局部區(qū)域不連續(xù)造成漏水、涌水、涌泥,甚至于整個(gè)基坑垮塌。

        (2)水泥土攪拌樁在粉砂地層成樁采用傳統(tǒng)的成樁工藝,效果不理想,通過(guò)降低提升速度、優(yōu)化水泥漿配比及噴漿工藝可提升土體加固效果,有效降低了深基坑的開挖風(fēng)險(xiǎn),減小基坑變形,加快了施工效率。

        (3)通過(guò)采用圍護(hù)樁綜合止水、坑內(nèi)加固、臨時(shí)封堵水技術(shù)相結(jié)合的方法,一方面對(duì)各類樁基施工順序進(jìn)行優(yōu)化,減少了對(duì)土體的擾動(dòng),提升了加固效果;另一方面采用滿堂地基加固,對(duì)基坑以上土體進(jìn)行改良,提升了基坑開挖效率。

        (4)通過(guò)基坑兩道鋼支撐以及基底加固土體的聯(lián)合作用,可以有效控制深基坑變形,確保了該段管廊的順利施工。

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