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220kv高压线下河道段基坑止水帷幕二次加固工程详解

278 2020-07-22 10:54:31





MJS工法应用案例




220kv高压线下河道段基坑止水帷幕二次加固工程详解

宋晓东



摘  要


摘 要:文章叙述了南京地铁5号线科宁路站2号基坑原止水帷幕失效后在面临220kV架空高压线及横穿主体基坑的玉带河时,通过对原车站基坑止水帷幕的二次加固,保证车站高压线下施工安全,同时保证车站在后续基坑开挖及结构回筑中的安全,可为以后类似工程提供参考。





一、工程概况


南京地铁5号线科宁路站位于科宁路路口,沿竹山南路东侧设置。车站为中间站,地下2层岛式车站。因车站主体基坑横穿玉带河,为避免车站施工对玉带河排水能力的影响,根据施工筹划,车站主体划分为4个基坑施工:1-1号、1-2号、2号、3号基坑,其中1-2号基坑北端、2号基坑南端位于玉带河内,同时沿科宁路方向有2路220kV架空高压线横穿科宁路站上方,如图1所示。


图1 科宁路站结构分段平面示意图


科宁路站场地地貌单元属古秦淮河冲积平原,地形较平坦,地面吴淞高程在8.51 ~ 10.00m。车站基坑范围内开挖地层由上而下分别为:①1杂填土;①2b2-3 素填土;②1b1-2 粉质黏土;②2b4淤泥质粉质黏土;②2c-d2-3粉土夹粉砂;②3b2-3粉质黏土;③1b1-2 粉质黏土;③2b2-3 粉质黏土;③2c-d2-3粉土夹粉砂;③4e 砂砾土;K2c-2 强风化泥质粉砂岩;K2c-3 强 - 中风化泥质粉砂岩。


车站主体底板埋深16.80m,底板主要位于② 3b2-3 粉质黏土、② 2c-d2-3 粉土夹粉砂、③ 1b1-2 粉质黏土层,局部位于② 2b4 淤泥质粉质黏土和③ 2c-d2-1 粉土夹粉砂层。


2号基坑长44m,净宽21.1m,基坑开挖深度17.3m。围护结构采用 φ1000mm@1200mm 钻孔桩,止水帷幕采用φ800mm三重管桩间止水和外侧一排 φ800mm@550mm 旋喷止水帷幕,桩位布设如图2所示。根据施工筹划,科宁路站2号基坑作为高压线影响段先行施工。


图2 原围护结构平面示意图

2号基坑围护结构完成后进行开挖施工,随后陆续在基坑中发现了多处渗漏点,采用注双液浆、聚氨酯等方式对渗漏点进行封堵。封堵措施无效后,经商议对基坑进行回灌水处理。后续为了确保2号基坑开挖及结构回筑安全,需对2号基坑进行二次加固。




二、工程难点


2.1 220kV 架空高压电线

沿科宁路方向有2路220kV高压电线横穿科宁路站上方,经现场实际测量,高压线距离地面高度约16.546 ~ 17.59m,现场施工时高压线高度按最低点考虑,南北2路高压线下方均有1路通讯线,通讯线距离地面高度约 12.277 ~ 14.58m。根据规范要求,220kV高压线垂直距离6m为安全距离、水平距离6m为安全距离,南京供电公司要求垂直安全距离增至7.5m,因此可施工净空为16.546-7.5=9.046m。施工净空低,大型桩基机械难以施工。


科宁路站全长512m,跨2个道路路口,周边商业及居民小区众多,若采用高压线搬迁方案,涉及范围太广,据初步核算,重新选址加高压线搬迁预计将花费2亿元,造价高昂,且高压线搬迁,需政府部门重新规划时间,工期难以保证,故高压线搬迁方案不予考虑。因此本次止水帷幕加固将面临高压线施工净空限制。


2.2 玉带河

玉带河是条人工开挖沟渠,直通秦淮河,肩负着南京市江宁区高新园区排水与泄洪重任,施工期间不能断流,故施工过程中止水帷幕需直面玉带河影响。


根据地质勘察报告显示,主体基坑开挖阶段,基坑外侧土体为② 2c-d2-3 粉土夹粉砂层,该土层水平渗透系数 1.3204×10 -8 cm/s,垂直渗透系数为1.0204×10 -8 cm/s,渗透系数大,土体内孔隙率较大,周边水系容易贯通,且该基坑位于玉带河内,玉带河水位较高,地下水压力大。


2.3 施工场地狭小

科宁路站2号基坑西侧为半幅竹山南路桥,现场仅有宽2m便道,北临科宁路,基坑内由于已经回水处理,故机械不可在基坑内施工。现场施工场地狭小,大型施工机械可作业范围小。


2.4 前期施工箱涵

由于要保证玉带河过水面积,前期在2号基坑南侧埋设了深2m的箱涵,与已施工完成的围护结构密贴,间距0.2m。


2.5 薄弱区域

基坑已开挖,由于情况紧急,在基坑回水处理前未对此前渗漏点位进行土方反压处理,故此渗漏区域存在渗漏通道,在后期二次加固过程中,此区域会发生窜浆现象,浆液压力无法保证,影响止水帷幕成桩效果。





三、止水帷幕二次加固措施的选择


此前2号基坑止水帷幕失效,故需在原止水帷幕外重新进行止水帷幕加固。目前常用止水帷幕为旋喷桩止水帷幕,三轴搅拌桩止水帷幕,水泥加固土地下连续墙工法(TRD 工法),MJS工法桩等。此前止水帷幕设计为 φ800mm三重管桩间止水和外侧 1 排 φ800mm@550mm 旋喷止水帷幕。三轴搅拌桩止水帷幕及TRD 工法桩在玉带河这种环境中施工,其整体性、止水性比旋喷桩好,但其施工机械大,TRD工法施工设备高度 11m,三轴搅拌桩机更是要20m以上,无法满足220kV高压线下9m的净空施工需求,故也无法采用此类止水帷幕。MJS工法桩可在富水层地区施工,其 MJS工法桩机高度为2.5m,作业高度为5m,能满足高压线下净空作业需求,MJS工法桩采用水泥浆喷射,喷浆压力大,喷射时间长,成桩效果好,结合对地内压力监测,可减小对周边环境的扰动,综合考虑现场地质水文情况、对周边环境影响及基坑后续施工安全,止水帷幕二次加固采用MJS工法桩施工。





四、MJS 工法桩二次加固


MJS 工法桩作为新型施工工艺,其造价相对此前几类止水帷幕较高,故需对 MJS 工法桩合理优化来减少施工成本。2号基坑原已有止水帷幕,目前是在原有围护结构外侧增加 1 道止水帷幕来进行加固,故选择半圆型 MJS 工法桩,相对全圆型,可减少一半成本,并节约工期。半圆朝内,向基坑喷浆,增强与原围护结构的整体性。本次工程成桩直径为2000mm,桩间距1500mm,搭接500mm,施工深度为地面至地面以下 22m,共布置80根MJS工法桩,采用P.0.42.5级普通硅酸盐水泥,水泥用量为1.65t/m,具体桩位布设如图 3所示。施工前,项经部安排试验员对施工原材料进行检测,确保使用的材料符合要求。


图 3 MJS 工法桩桩位


4.1 MJS 工法桩工艺流程

1)施工流程图如图 4 所示。

图 4 MJS 工法桩工艺流程


2)在测量放样时,按设计图进行桩位放样,孔位误差小于 5cm,MJS 工法设备就位时 , 连接钻头和地内压力监测显示器,确认在钻头无荷载的情况下清零。对接钻杆和钻头,对接时,认真检查密封圈情况,看是否缺失或损坏。地内压力是否显示正常。


3)动力头 360°旋转钻进成孔,在钻进过程中,垂直度偏差控制在 5‰以内,将钻头钻至设计深度。


4)钻头到达预定深度后,先开回流气和回流高压泵,在确认排浆正常后,打开排泥阀门,开启高压水泥泵和主空压机。在达到指定压力并确认地内压力正常后,开始提升,提升速度至20min/m。


5)施工时密切监测地内压力,压力不正常时,必须及时调整。同时委托监测单位加强基坑及附近地表点监测,发现异常情况立即停工并上报。


6)在拆卸钻杆的过程中,认真检查密封圈情况,看是否损坏,地内压力显示是否正常,如有问题及时排除。拆卸钻杆后,及时对钻杆进行冲洗及保养。


7)施工至设计桩顶标高,将钻杆拔出,对设备进行冲洗和保养。


4.2 施工过程中问题应对措施

1)2 号基坑南侧存在埋深2m的箱涵,与钻孔灌注桩密贴,间距仅为0.2m,无法对其加固,为防止水流顺箱涵位置进入,现场对箱涵边2根MJS 工法桩采用全圆处理,如图3所示,增大封堵面积,半径2000mm,桩间距1500mm,搭接500mm,桩深22m,水泥用量3.3t/m,同时在二次开挖前,重新编制堵漏方案,增加冷冻法处理措施,提前联系相关单位准备液氮及设备,紧急情况下采取冷冻法处理。在二次开挖阶段,加强了对 2号基坑南端地下水的监控,2号基坑仅南侧未做MJS工法桩处有局部渗漏,发现渗漏点后及时按方案对其进行堵漏处理,基坑顺利完成二次开挖。


2)针对高压线下净空限制,现场采用小吊车进行拆卸钻杆工作,钻杆分节进行拆卸,单节长度1.5m,吊装作业高度控制在5m以内,利用 MJS工法桩机械自身进行自主移位,以便在基坑西侧便道施工。北侧由于没有机械施工位置,故在原支撑上架设操作平台进行施工作业。


3)在 MJS 工法桩施工阶段,在图3所示13、21号MJS工法桩桩位出现了窜浆现象,MJS浆液压力无法保证,现场停止提升钻杆并采取低压喷射,减小甚至关闭MJS回浆装置,维持浆液压力,待浆液溢出孔口后再开启回浆装置,如此反复施工,13号桩成功完成施工。21号桩在上述操作后仍无法保证压力,现场商议后停止此根桩施工,跳桩施工,待周边MJS工法桩都完成后,重新对其引孔施工,在恢复喷浆时将钻杆下放50cm 以免出现断桩,分段提升的搭接长度大于10cm。继续施工后,21号桩也顺利完成。




五、结  语


科宁路站2号基坑于2018年4月12日~ 5月26日进行MJS工法桩施工,后续于6月7日委托第三方具有相关资质的检测单位对所施工桩体取芯并进行抗压强度试验。现场取芯3根,经检测其强度均达到1.2MPa,取芯结果符合设计及规范要求,并于6月14日通过2次开挖条件验收,在后续开挖过程中2号基坑未出现渗漏现象,保证了基坑开挖及结构回筑安全。通过此次科宁路站 2 号基坑止水帷幕的二次加固施工,证明了MJS工法桩在粉土夹粉砂这类偏砂性土层及周边水系发达地区,可以起到很好的加固止水作用,同时保证了高压线下施工安全,降低了施工风险,可为后续同类型工程止水帷幕的选择提供参考。


来源:《上海隧道》

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