上海明珠二期南浦大桥地铁站工程超深槽段地下连续墙施工体会摘 要:在上海轨道交通明珠二期南浦大桥地铁站工程超深槽段地下连续墙施工中,通过搅拌桩加固并在地连墙与桥墩之间增加了水泥掺量为20%的SMW素桩,在基坑内的被动区抽条加固部分采取局部水泥掺量提高到12%有效地改善土的力学指标,控制槽壁变形和对桥墩的影响,此外,采用重斗强抓方法顺利掘进硬土层。关键词:地下连续墙;搅拌桩;SMW素桩加固;水泥掺量;重斗强抓1工程概况1.1工程概况 上海轨道交通明珠二期南浦大桥地铁站位于南浦大桥西转盘引桥和国货路之间,中山南路北侧。车站呈东西走向,全长185m,宽17.7m,地下3层,车站标准段基坑挖深23m,端头井挖深24.6m,这在上海目前非竖向换乘的在建车站中属基坑深度之最。基坑围护为“二墙合一”形式,地下连续墙既作围护又兼作主体侧墙结构之用。墙宽一般为标准幅6m,厚1m,标准段深36.5m,端头井部分深39.5m。入土比均为0.6,采用水下砼,强度等级C30。1.2工程地质情况各土层的主要力学指标见表1。
本工程地质条件复杂,对成槽施工非常不利,主要表现在以下几点: (1)③、④层淤泥质粘土缺失,①层为2m厚的杂填土,16m以浅为②-1、②-2层粉质粘土,由于②层土粘聚力微小,其抗剪强度几乎完全依赖自重应力,且带有显著的砂性,在动水压力下容易溃散,同样在地墙护壁泥浆的浮力作用下,自重应力被取消,主体抗剪强度将会完全丧失。而且该层又处于地槽浅层,护壁泥浆侧向压力相对又较小,显然②层土是成槽成功与否的关键所在。 (2)在第⑥层及以下是阻力很大的硬土层,其中⑦-1和⑦-2层通常作为桩基础的持力层,这对成槽机的切削能力和纠偏功能及成槽工艺的选择是严峻的挑战。 (3)该工程环境保护等级高,在12～21轴靠西端头井范围为一级基坑标准,该区域南侧是南浦大桥的引桥桥墩,最近的距地墙结构外边线仅3.5m,因桥墩基础长41m,仅深于该处地墙1.5m,抵抗侧向推力的能力较差,桥墩保护问题突出,而且在基坑未开挖时,桥墩已发生水平位移。2解决软弱表层在成槽过程中的稳定性问题,控制槽壁变形以及对大桥桥墩的影响 勘察报告显示,②层土的内摩擦角并不小,有26°,但粘聚力较小(11kPa),实际开挖后发现这层土几乎没有粘土的特征,在干燥状态下可以稳定地保持一定坡度,一旦淋雨就立即溃散。护壁泥浆一方面在水平方向对成槽壁施加压力,抵消主动土压力而起作用;而另一方面,泥浆在砂性比较明显的②层土所形成的泥皮不够坚韧,泥浆在铅垂方向上对土颗粒施加浮力抵消了土的自重作用,从而削弱了土的抗剪强度,所以即使有可观的内摩擦角,表层的深厚粉质粘土抗剪强度仍不足。为了验证,采用Meyehof公式对槽壁不同深度进行了稳定和变形验算。(1)稳定验算利用稳定系数法公式:
验证结果表明,不进行槽壁处理,成槽时槽壁的稳定和变形都不能满足要求。 原打算采用提高泥浆的密度和粘度等性能来满足护壁要求,但由于泥浆密度和粘度较大时对混凝土和钢筋的咬合不利,也增加浇筑水下混凝土的难度,并易引起钢筋笼沉放困难、混凝土钢筋笼上浮等诸多弊病,故弃而不用。 重新考虑采用改善土的力学指标,通过搅拌桩加固予以实现。加固后土体的强度远大于原状土,从经济角度以及今后成槽机纠偏时切削加固土体等出发,水泥掺量不宜过大,一般取7%。南浦大桥桥墩处,为了控制初期变形的累加,在地连墙与桥墩间增加了水泥掺量为20%的SMW素桩加固,在基坑内的被动区抽条加固部分,采取局部水泥掺量提高到12%。搅拌桩和SMW素桩加固后的槽壁剖面如图1所示。
采用该方案后,解决了②层土强度完全依赖自重应力的问题,改善了土的力学性能,增加了粘聚力,在后来成槽的情况中,可说明这一方案的引用是成功的。由于地连墙与桥墩间增设了SMW素桩,有效地控制了桥墩向基坑内的变形和沉降,桥墩的最终倾斜仅为0.8H2/1000(H2为桥墩的高度),沉降为0.89cm,完全在一级基坑对周边建筑变形的规范要求范围内。但搅拌桩加固工艺同时也带来一些缺点,如导墙下的土体加固搅拌机的垂直控制精度(1/100)远低于地下墙3/1000的要求,部分槽段因搅拌桩垂直度不够,成槽机切削搅拌的时间耗费较长,间接影响了槽壁的稳定。3解决硬土层中成槽的问题,克服硬土层的巨大阻力顺利掘进 施工前考虑的硬土层主要是⑦-1、⑦-2层草黄色粉砂。两层的标贯击数分别为29.9和58.7击, 比贯入阻力分别为12.21和17.62MPa,是非常硬的砂层。解决方法有先钻孔再用重斗强抓等。由于钻孔需要专用机械,移动机械、钻孔的时间又长,所以“两钻一抓”的工艺仅作为备用方案。试成槽时,在开挖过程中却发现,砂层中的阻力不及⑥层暗绿～草黄色粉质粘土。虽然名称均定为粉质粘土,但⑥层显示出很大的粘性,在成槽机穿越4m厚的该层土时比穿越5～6m厚的⑦-1层粉砂时间还要长。经分析,⑥层土的粘聚力高达40kPa,天然重度19 5kN/m3,孔隙比0.7,在成槽范围的各土层中最重、最密实且透水性极差。抓斗的沉放、提升甚至开合的阻力都很大。硬砂层对成槽的阻力主要是对抓斗齿的端部阻力,而粘重的粘土层不仅是端部的阻力,更主要的是所有摩擦面上的摩擦阻力。基于“两钻一抓”不适合粘重土的挖掘,同时又为避免机械来回起动和钻机出场的麻烦,我们改用重斗强抓成槽。所选机械为利勃海尔成槽机,机斗重60t,配有垂直度传感仪和液压强力纠偏装置,在成槽中,特别适宜本工程土质组成情况,施工质量稳定。4结语 通过南浦大桥站地连墙施工的成功实践,有以下2点体会: (1)在浅层土粘聚力很小的条件下,用物理方法处理原土是很有必要的。水泥土层搅拌的方法是一种成熟可靠的方法。加固体的强度不宜过高,必须在机械可以挖掘的范围内,一般不应提出无侧限抗压的指标,以标贯击数或比贯入阻力的指标来要求比较合适。 (2)对深层的硬土层的挖掘,并不一定用“两钻一抓”或其他先破碎硬土的方法,如果拥有强有力的挖掘投备不妨优先考虑强挖的方法。有时造成阻力大不一定因为标贯击数或比贯入阻力大,土对抓斗活动的粘滞摩擦阻力也很可观。
