作为深基坑支护的地下连续墙的施工
摘 要 介绍广州市某地铁站工程地下连续墙支护深基坑的特点、工艺流程与施工方法。
关键词 地铁站 深基坑支护 地下连续墙
1 工程概况及特点
某地铁站工程位于广州市海珠区滨江路南,北临珠江,距珠江55 m , 站台中心里程yck5 + 499 , 起点里程yck5 + 418. 4 , 终点里程yck5 + 576. 6 。该站设计地下3 层,围护结构采用地下连续墙加钢筋混凝土内支撑,地下连续墙在基坑开挖时起挡土与挡水作用。基坑开挖面积3936 m2 , 开挖深度21. 31 m , 地下连续墙高24. 5～ 25. 5 m , 总长362 m , 墙厚800 mm , 入岩嵌固深度为:强风化岩3. 5 m、中风化岩2. 5 m 、微风化岩1. 5 m 。连续墙采用C25 级水下混凝土,导墙呈一字形和“ ┗ ┛”型,混凝土强度等级C20 。
施工范围内土层由上到下为: ① 杂填土厚1. 00 ～4. 00 m ; ② 淤泥或淤泥质土,透水性微弱,厚0. 50 ～3. 40 m ; ③ 细砂,厚1. 00～8. 00 m ; ④ 饱和粗砂, 中密,厚2. 00～4. 00 m ; ⑤ 全风化泥质粉砂岩,遇水软化稍具可塑性,局部分布; ⑥ 强风化泥质粉砂岩, 呈半岩半土状, 遇水软化, 层面标高-10. 00 ～ -20. 00 m , 厚度不一; ⑦ 中风化带,岩层面标高-12. 00～ -25. 00 m , 岩面起伏大; ⑧ 微风化带分布较连续,岩面起伏较大。场地紧邻珠江,地下水位埋藏浅,为1. 10～3. 40 m , 地下水主要以潜水型孔隙水赋存于砂层中。
该工程的特点是紧邻珠江,地下水位较高,基坑开挖深度大,开挖范围内有较厚的中砂层,且连续分布,连续墙设计入岩深度平均达1. 8 m , 局部入中风化岩达10. 8 m , 岩面起伏大,地下连续墙高度难以准确掌握,地铁工程质量要求高,成槽施工有一定的难度。
2 施工程序及槽段划分该工程地下连续墙的施工工艺流程如图1 所示。其中修筑导墙、泥浆制备与处理、槽段开挖、钢筋笼制备与吊装、混凝土浇筑是该工程的主要工序。
图1 地下连续墙施工工艺流程
单元槽段划分时要避免接头设在转角处,以保证地下墙有较好的整体性。由于场地土质有较厚连3 导墙的施工续分布的砂层,为保证槽壁的稳定,共划分为61 个导墙起着平面位置控制、垂直导向、挡土与稳定槽段,槽段宽4～6 m , 标准槽段宽6 m 。泥浆液面护槽的作用。槽段开挖前,应沿地下连续墙轴线两侧修筑导墙,以防止地面土坍塌,确保成槽顺利进行。
导墙施工顺序:平整场地→ 测量定位→ 挖槽→ 浇筑垫层→绑扎钢筋→支模板→浇灌混凝土→拆模板并设置支撑→导墙外侧回填土。
导墙施工设计要点:
(1) 导墙厚20 cm 、高1. 5 m , 内净距85 cm , 比地下连续墙宽度大5 cm , 为液压抓斗机施工留工作面。导墙中心线施工允许偏差±10 mm 。
(2) 为保证连续墙转角处混凝土的施工质量,在转角的一边导墙向外延长40 cm , 导墙顶部比地面高出20 cm , 以防止地面水流入槽内。
(3) 在导墙顶做槽段划分和标高标志,以此控制钢筋的安装标高。
(4) 导墙内侧拆模时,应立即在墙间加设两道支撑,外层侧回填土应对称进行,并分层夯实。
(5) 在导墙混凝土达到设计强度90 % 之前,禁止任何重心型机械设备在旁边1 m 范围内行使、停置和作业,以防止导墙受压变形。
(6) 在导墙混凝土达到设计强度90 % 后,才可进行地下连续墙的施工作业。
4 泥浆制备和处理
施工时设置两个泥浆池,每个池尺寸20 m × 5 m ×3 m , 由370 厚加筋砖墙砌筑,内批水泥砂浆并抹光。泥浆池分4 格,其中2 格为沉淀,另2 格分别为储浆与造浆作用。
施工用的泥浆采用优质粘土与膨润土,由泥浆搅拌机搅拌制备。泥浆成分的重量配合比为水1 , 膨润土10 % , 甲基纤维素0. 05 %～0. 1 % , 烧碱0～ 0. 3 % 。新制备的泥浆在泥浆池中存放24 h , 使粘土充分水化后,再使用。
泥浆拌制与使用,每天检查不少于两次,其性能应符合表1 的规定。对于循环再生利用的泥浆,要适当掺加甲基纤维素和烧碱,并经过检验合格。
施工期间为避免槽壁塌方,槽内泥浆面必须高于地下水位1 m 以上,在砂层施工时应适当提高泥浆比重与粘度,增加泥浆的储备量。
泥浆处理采取机械与重力沉淀相结合的方法。从槽中置换出来的泥浆经过机械处理后流入沉淀池,经重力沉淀16 h 稳定后,由水泵将表面清稀部分抽到过滤池,通过滤网过滤,将废水排除,余下的浆体再重新利用。
表1 使用泥浆的性能指标
5 成槽与清槽
(1) 成槽顺序:该工程槽段形式有一字形和L 形。施工时采用跳段开挖方法,先施工1、3 、5 槽段(称为一期槽段),后施工2 、4 、6 槽段(称为二期槽段) 。在成槽过程中,宜先施工转角处L 形槽段后,再施工其相邻的槽段(图2) 。
图2 成槽施工顺序图
(2) 成槽方法:成槽采取“ 冲抓结合”的方法,土层、砂层及强风化岩采用液压抓斗成槽,坚硬的强风化岩、中风化岩、微风化岩石、地下障碍物、旧基础及二期槽段接头管位置采用冲桩机成槽。为保证成槽垂直度,成槽时用冲桩机成孔作为导向控制,标准槽段设两个导向孔。成槽过程中对照地质勘探资料按不同土层及时提取岩样。达到设计深度后,用特制方锤在槽内上下来回多次切削修整,使槽壁垂直平整。
L 形槽段成槽,先由液压抓斗开挖,顺序按图2 中①→②→③ 。然后进行槽段冲岩,使L 形槽段成槽。注意在转角处设置一个导向孔,接头管位置采用冲孔成型,兼作导向孔。
成槽时加强观测,若槽壁发生坍塌,及时分析原因并妥善处理。在砂层加快泥浆循环,适当提高泥浆比重,保持槽内泥浆液面高于地下水位0. 5 m 以上。储备足够的泥浆和黄泥,防止泥浆液面下降。
(3) 槽段接头清刷:清刷混凝土接头在清槽换浆前进行,用特制的钢丝刷紧靠接头面上下移动清刷, 直到钢丝刷不带泥屑为止。由于接头面是保证连续墙质量的关键,需专人监督实施。
(4) 成槽过程中清槽:采用泥浆循环法进行成槽过程中的清槽,由输浆管向孔底泵入新泥浆,使泥渣上浮。该工程土层含砂率大,对沉渣较厚的槽段,需采用空气吸泥法清底,即从皮管内压入空气通向槽底的吸泥装置,吸取泥砂,并同时补充新鲜泥浆,保持泥浆液面标高和槽壁的相对稳定。
(5) 终孔清槽:最终清槽采用空气吸泥机反循环
方法,确保清槽后槽底沉渣厚度满足要求。空气吸·泥法是用<100 管从管下压入6～8 kgcm -2的空气, 使管内产生真空而吸取泥渣。操作时沿着槽段管口在槽底缓慢移动,抽吸槽底沉渣,而上面不断补充新泥浆,控制槽内的泥浆液面不低于导墙顶的0. 5 m 。清槽后,泥浆符合要求才能安放接头管。
清槽后,槽底0. 2～1 m 处的泥浆比重应小于
1. 2 , 含砂率不大于8 % , 粘度不大于28 s 。在清槽后与灌注混凝土前,槽底沉渣厚度不大于10 cm 。
6 钢筋笼的制作安装
(1) 钢筋笼制作:钢筋笼长度约24. 7 m , 单笼重16 t 。钢筋在制作平台上一次成型,主骨架及四边各交叉点采用点焊,其余纵横交叉点采用梅花形错开点焊。
竖向钢筋桁架的布置应满足间距不大于1. 5 m , 一字墙段中点与端点或内墙角的距离不大于80 cm , 竖向钢筋桁架布置应均匀,使钢筋笼吊装保持平衡。钢筋笼距离槽底面30 cm , 保护层采用定位钢板作保护层垫块,厚度7 cm 。
(2) 钢筋笼吊装:使用80 t 和25 t 两台履带式起重机吊装钢筋笼。起吊时,主副吊钩同时起吊,在钢筋笼以水平状态提升到一定高度后,继续提升主吊钩,并缓慢放松副吊钩,使钢筋笼由水平转成垂直悬吊状态,拆去副吊钩,再对位沉放入槽中。
钢筋笼吊点的布置和起吊方式要防止钢筋笼产生不可恢复的变形。起吊时不能使钢筋笼下端在地面上拖拉。为防止钢筋笼吊起后在空中摇摆,在钢筋笼的下端系拽引绳用人力操纵。
沉放钢筋笼时,采用吊线坠至少从两个方向控制垂直度,按导墙面标高测量控制各起吊扁担的竖向位置,使钢筋笼对准槽段中心准确地插入槽内。沉入槽内时,吊点中心应对准槽中心,钢筋笼侧面与接头管或相邻槽段混凝土接头面之间适当留空隙, 徐徐下降,控制不产生横向大摆动碰坏槽壁。在水平方向上,用红油漆在钢筋网中心作标志,同时在导墙的相应位置也用红油漆作标志,在钢筋笼下沉过程中,始终保持两标志点重合,如出现偏差,需经调整后才能继续沉放。
7 混凝土与接头施工
该地下连续墙的连接采用接头管。采用吊车安装接头管,吊放时紧贴槽壁对准位置,垂直缓慢进行。每个单元槽段清槽后,在槽段端部先放入接头管,再沉放钢筋笼。
钢筋笼沉放并经过验收后,对相应槽段置换泥浆,清除沉渣,彻底清孔,并将接缝面的泥土杂物清刷干净,然后灌注混凝土。
该地下连续墙按水下混凝土的要求配制,强度等级C25 , 坍落度18～22 cm 。每个槽段灌注前,在漏斗与集料斗中准备充足的混凝土,确保开塞时能有0. 3～0. 5 m 的埋管深度。隔水栓用预制混凝土塞,开始灌注时,隔水栓吊放的位置临近泥浆面,导管底端到孔底的距离宜为0. 3～0. 5 m 。
一个槽段使用两根导管浇灌混凝土,其间距不大于3 m , 导管离槽段接头端不大于1. 5 m 。两根导管同时开塞同时灌注,随灌随提拔导管。灌注过程中导管埋入混凝土深度控制为2～6 m , 并使两导管处的混凝土表面高差不大于0. 3 m 。
一般在墙顶超浇混凝土50 cm 。混凝土浇灌后,墙顶部有一层浮浆层,在混凝土凝结硬化后,将设计标高以上部分由人工凿除。
在各个槽段灌注的混凝土初凝后,开始提拔接头管。然后每隔20～30 min 提拔一次,每次上拔5 ～10 cm 。接头管不宜长时间埋在初凝后的混凝土中,宜在各槽段混凝土浇灌结束后4～5 h 内全部拔出。
