裴 強
(中鐵十二局集團第三工程有限公司,山西 太原 030024)
地下連續(xù)墻在深基坑圍護中應用廣泛,在濟南軌道交通4號線小高莊站地下連續(xù)墻施工過程中,部分段落地下水位高,泥漿無法起到護壁作用,導致出現(xiàn)槽壁坍塌等現(xiàn)象。現(xiàn)場采取針對性處置方案,保證地連墻的工期及質(zhì)量,并為類似情況的地下連續(xù)墻施工提供解決方法。
濟南軌道交通4 號線小高莊站位于規(guī)劃青島路與規(guī)劃南北三號路交叉口處,沿規(guī)劃青島路東西向呈一字型布置。
小高莊站設計為地下兩層車站,車站主體總長420.02m,結(jié)構(gòu)標準段寬度為20.7m。車站標準段基坑開挖深度約19.138m,盾構(gòu)端頭井段開挖深度約為20.493m?;訃o結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的形式,車站主體地連墻共159 幅。
鉆探深度范圍內(nèi)地層以粉質(zhì)黏土、黏土、細砂、卵石和含碎石粉質(zhì)黏土為主,局部揭露膠結(jié)礫巖、卵石。
勘探孔深度范圍內(nèi)揭露的地下水類型為潛水與承壓水。潛水含水層主要為粉土層、細中砂層;上層承壓水含水層主要為細中砂層、卵石層、粉土層;下層承壓水含水層主要為中細砂層、卵石層、卵石層。
基坑支護體系采用800 mm 厚的地下連續(xù)墻,其中有12幅地連墻深20.678m、49 幅地連墻深25.2m、42 幅地連墻深26.7m、11 幅地連墻深27.2m、45 幅地連墻深30.7m,共計159幅,采用工字鋼接頭,工字鋼為10mm 厚鋼板焊接,保護層厚度迎土面為70mm,迎坑面為70mm。墻身混凝土強度等級為水下C35。最長鋼筋籠為30m,最重的鋼筋籠質(zhì)量約25.18 t。
場地平整→測量定位→挖槽→墊層施工→鋼筋安裝→模板安裝→混凝土澆注→養(yǎng)護→拆模、方木橫支撐→鋪底砂漿。
導墻分段施工,每段長約30 m。導墻接縫要錯縫搭接,與場地硬化預留的水平鋼筋連接,使導墻與地面成為一個整體,防止施工機械荷載大造成導墻移位,必要時設置臨時支撐,挖槽前拆除。
采用分幅跳槽法施工,標準槽段采用“三抓法”開挖成槽,即先抓兩側(cè)土體,后抓中心土體,分層開挖至設計槽底標高。轉(zhuǎn)角槽段采用先短邊后長邊的原則開挖。
在成槽過程中,根據(jù)出土量補入適量泥漿,保證泥漿液保持在規(guī)定高度,泥漿液面應高于地下水位0.5 m~2.0 m。成槽時不宜快速掘進,以防槽壁失穩(wěn)[1]。經(jīng)常測量槽深,防止超欠挖。開挖至設計標高后,進行一次掃孔,然后用泵吸反循環(huán)法進行二次清槽。當成槽過程中出現(xiàn)泥漿大量流失、突然變稀、翻泡或地面下陷的情況,暫停掘進,查找原因,采取相應措施后再施工。
清槽完成后,檢測孔底泥漿及槽深,如果不符合要求,就再次進行清底置換,直至符合要求為止。
清槽采用沉淀法,直接用抓斗清除槽底沉渣。
當空氣升液器反復在槽底移動不再抽出土渣,實測沉碴厚度小于10 cm 時,停止移動空氣升液器,開始置換槽底部的泥漿。鋼筋籠安裝后,當槽底泥漿不合格時采用置換法清槽處理[3]。
在清槽換漿的過程中,必須保持吸漿量和補漿量平衡,避免出現(xiàn)泥漿外溢或漿面下降到導墻頂以下1 m 的情況。
鋼筋籠在現(xiàn)場加工平臺上整體施焊。吊筋的長度根據(jù)實測導墻標高計算。在鋼筋籠吊放前,再次復核導墻上支點標高,精確計算吊筋長度。經(jīng)過自檢及監(jiān)理驗收合格后起吊鋼筋籠[2]。
現(xiàn)場采用1 臺200 t 及1 臺100 t 履帶吊車8 點起吊,空中回直,一次性整體入槽。
為避免在起吊鋼筋籠時出現(xiàn)變形,安設縱、橫向起吊桁架,確定吊點位置,增加鋼筋籠剛度。
采用快速接頭鋼導管,使用前進行水密試驗。導管內(nèi)徑φ300 mm。標準槽段設置2 根導管,導管間距3 m,導管距槽段端頭1.5m,鋼筋籠吊裝完畢后及時進行連續(xù)墻砼澆注,且須在4 h 內(nèi)進行?;炷撩孢B續(xù)澆筑、均衡上升[4],2 個導管間的混凝土面高差不大于0.3 m。
隨著混凝土面上升,要適時提升和拆卸導管,導管插入混凝土深度保持在2~4 m,在混凝土澆筑過程中,導管不能提出混凝土面,并且要避免導管在提升過程中碰撞鋼筋籠。
槽段采用“工”字鋼接頭,施工時接頭工字鋼外側(cè)設置鎖口管,防止鋼筋籠移動及混凝土繞流。根據(jù)混凝土強度的發(fā)展情況、氣溫和鎖扣管的埋置深度等因素來確定鎖扣管拔出時間。在混凝土澆注開始后2 h~3 h 開始拔動,然后再使管子回落,無異常后每隔20 min~30 min 拔出0.5 m~1 m。在混凝土澆注結(jié)束后4 h~8 h 將鎖扣管全部拔出。
混凝土地下連續(xù)墻應采用聲波透射法檢測墻身結(jié)構(gòu)完整性,檢測槽段數(shù)不宜少于總槽數(shù)的20%,且不少于3 個槽段。
N5 幅地下連續(xù)墻位于基坑底西北角,幅寬6 m,墻厚0.8 m,槽深22.2 m。開槽時泥漿密度為1.04,稠度73 s。
第一抓抓取本幅東側(cè),寬度2.8 m,向東外放0.3 m,第一抓抓取完成后開始出現(xiàn)明顯涌水,為保證泥漿質(zhì)量,取13kg 氫氧化鈉用水融化后倒入第一抓槽內(nèi),并用抓斗攪拌均勻,泥漿質(zhì)量得到改善。
第二抓為本幅西側(cè),寬度2.8 m,向西外放0.3 m。
第三抓為本幅中央,抓取跨度1m,本幅成槽。第三抓開抓時測量泥漿密度為1.03,稠度17 s。
成槽后提鉆立刻測量孔深,孔深減少1.5m,立刻安排成槽機清槽,清槽后再次測量孔深,孔深減少2m。此時,立即在槽壁泥漿液面做標記,1min 水位上漲3cm,預計為0.5m3,并逐步加快。后測量孔深,實測孔深為16m,此時塌方穩(wěn)定。清除現(xiàn)場渣土后對槽壁進行超聲波檢測。
根據(jù)地質(zhì)勘察報告描述,本車站的地下水主要為上層承壓水水頭埋深3.40~6.50m,水頭標高22.64~26.34m,含水層主要為細中砂層、卵石層;下層承壓水水頭埋深3.70~5.20m,水頭標高24.54~25.24m,含水層主要為細中砂層、卵石層。
目前導墻的施工標高北側(cè)為19.7m,南側(cè)為20.1m,導墻標高低于承壓水水頭標高6.6m,槽內(nèi)泥漿無法平衡水頭壓力,造成承壓水侵入槽內(nèi),稀釋泥漿,改變了泥漿的性能,破壞泥漿護壁造成槽壁坍塌。地下水的侵入也會對后期連續(xù)墻墻身混凝土的性能造成影響。所以必須采取針對性措施進行處理。
南北三號路處地連墻施工前承壓水頭較高,涌水現(xiàn)象較為明顯,地下水流動較大,泥漿護壁無法成型。根據(jù)現(xiàn)場情況分析,經(jīng)過研究后采取以下措施:1)降低承壓水頭,減緩地下水的流動,減少因地下水侵入槽內(nèi)對泥漿護壁的破壞。2)在地連墻施工的過程中,適當增加泥漿的密度、減少泥漿的失水量。加強泥漿檢測,在成槽、抓槽的過程中,沖孔、清孔以及澆筑混凝土前須多次檢測,成槽過程適當增加泥漿密度,澆筑混凝土前通過換漿保證漿液指標合格,并保證泥漿液面高度。3)加強觀測,安排測量人員對本段地連墻施工區(qū)域周邊每日進行觀測,發(fā)現(xiàn)問題及時分析處理[5]。4)槽段采用工字鋼接頭,提高接頭部分的止水效果。
綜上所述,考慮現(xiàn)場施工條件、材料運輸、工期及施工組織等因素,采用施作減壓井降低承壓水頭的方法來減緩地下水的流動,同時采用增加泥漿密度保證泥漿護壁成型的方案,逐漸成槽。
5.4.1 減壓井施工
根據(jù)地質(zhì)報告描述的承壓水水頭壓力以及抽水量試驗結(jié)果,由專業(yè)降水設計人員設計,在地下連續(xù)墻外南北布置12 口減壓井降低承壓水水頭壓力至導墻標高以下5 m,具體的減壓井數(shù)量、深度、位置如圖1 和圖2 所示。
圖1 減壓井平面布置圖
圖2 減壓井剖面圖
減壓井開始運行后24 h 不停抽排,通過觀測,13 天后靜水位逐漸穩(wěn)定,測得水深5.8 m,承壓水頭降低設計要求范圍內(nèi),然后開始施工N5 地連墻。
5.4.2 地下連續(xù)墻施工
N5 地連墻成槽,測量泥漿密度為1.07,稠度21 s。在開挖過程中無涌水現(xiàn)象,泥漿液面穩(wěn)定,無上升和下降趨勢。超聲波成槽檢測結(jié)果如圖3 所示。
圖3 UDM100 超聲波成孔(槽)檢測記錄
根據(jù)超聲波檢測結(jié)果可看出無塌孔現(xiàn)象,鋼筋籠吊裝完畢后檢測沉渣厚度3 cm,滿足設計要求。證明此方案可行,隨即進行其余段落連續(xù)墻施工。
地連墻到達設計強度后,及時通知第三方檢測單位進行地連墻超聲波檢測。地下連續(xù)墻進行槽壁垂直度檢測,檢測數(shù)量不得小于同條件下總槽段數(shù)的20%,且不少于10 幅;墻體混凝土質(zhì)量檢測采用聲波透射法,檢測數(shù)量不少于同條件下總墻段數(shù)的20%,且不得少于3 幅墻段,每個檢測墻段的預埋檢測管數(shù)不少于4 個,布置在墻身截面的四邊中點處。該項目159 幅地連墻,共檢測33 幅地連墻,全部合格。
小高莊站一期采用放坡拉槽方式開挖,主體結(jié)構(gòu)基坑開挖后,露出地連墻平整度較好,極少出現(xiàn)槽壁坍塌現(xiàn)象造成鼓包、地連墻混凝土侵入主體結(jié)構(gòu)范圍現(xiàn)象,地連墻無滲漏水現(xiàn)象,特別是地連墻接頭處,滲水情況得到很好地控制。
通過整個工程施工過程來看,該項目所采用的地連墻工工藝滿足施工要求。特別是對涌水段地連墻施工采取針對性處置方案,該方案具有投資少、可操作性強、處理時間短、成功率高和風險小等優(yōu)點,取得顯著的效果。對涌水地段地下連續(xù)墻施工起到一定的借鑒作用。