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上软下硬地层地下连续墙施工技术

340 2021-08-06 16:49:15

1工程概况

深圳地铁 10 号线华南城站车站总长度为 253m,基坑开挖深度为19.0~20.2m,基坑围护结构采用 800mm厚地下连续墙,墙体深度为 22~26m,共96幅,标准段墙宽 6m,其基坑范围内岩土分布变化幅度较大,自上而下依次为∶ ①1素填土、⑦1黏性土、⑨1全风化砂岩,层底埋深 3.2~26.0m,⑨2-1土状强风化砂岩,层底埋深8.3~32.0m,⑨2-2块状强风化砂岩,层底埋深 12.3~32.5m、⑨3中风化砂岩,层底埋深13.7~32.1m,⑨4微风化砂岩,层底埋深 14.4~34.5 m。

2 成槽施工方案的比选

如何选用成槽设备和成槽方式是确保地下连续墙顺利施工至关重要的环节。

根据本工程地质勘查报告显示,⑨2-1土状强风化砂岩平均贯标击数数值平均为 86.7击,该层及以上地层土质较软,适用于液压抓斗设备施工,成槽速度快,对工期有利。⑨2-2 块状强风化砂岩岩体基本质量等级较高,为Ⅴ级,该层及以下地层岩土较硬,可以采用冲击钻、铣槽机成槽设备施工。最后,根据地层特性、场地情况、工期要求及各施工机械施的性能特点等综合考虑,初步拟定选用抓斗成槽配合冲击成槽的施工方案。

3 成槽施工现场试验

为了验证施工工艺的技术参数、施工工艺的合理性及造孔施工的地层稳定性,在施工场地内选定一个试成槽场地,试成槽位置地质条件与地墙区域地质条件相似。成槽采用 SG50 成槽机施工,成槽过程中,上层软土采用液压抓斗成槽,成槽速度快、垂直度好。当抓至约深度12m 时成槽困难,挖掘速度明显变慢,察看成槽机抓上的土渣情况,已开始进入块状强风化砂岩地层中,当成槽至深度 13m时无法继续下挖。进入基岩后,每幅槽段配备 2 台直径 800mm 的圆冲锤同时冲孔,根据幅宽 6m,此槽段设5个主孔, 4个副孔,在地下连续墙槽段两侧接缝部位向外多冲半个孔位,保证连续墙的顺利下槽及填冲黏土袋的空间。在冲孔过程中采用"跳孔"方法进行冲孔成槽,先冲主孔,再冲副孔,如此反复,再用方锤修整槽壁联孔成槽。从开始成槽到结束总用 6d 时间。成槽完成后用超声波检测成槽质量,在成槽结束后 2h 开始,以后每隔2h测一次,最后到成槽后12h、24h分别测一次。

通过各项指标检测,采用此施工方法槽壁稳定性好,能够满足施工进度要求。

4 成槽施工存在问题的控制措施 4.1 基岩冲孔施工中存在偏孔现象的控制措施

在成槽施工过程中,在下层基岩冲钻施工中,槽孔有偏斜现象,槽壁垂直度难以得到保证。经分析,由于地层基岩软硬不均及岩面倾斜,使冲击锤与岩层的接触面不能均匀受力,在钻冲过程中钻头容易歪斜,导致钻孔偏斜。在槽壁垂直度难以得到保证下,给地下连续墙钢筋笼顺利下放造成影响,尤其本工程钢筋笼采用工字钢接头,刚度较大,不易变形,只要存在垂直度不符合要求,下槽时容易出现卡笼现象。另外偏孔产生的混凝土鼓包,侵限等问题,给后期处理带来难度。

控制槽壁垂直度的措施∶

1)遇到偏孔,先暂停冲孔,并查明原因。当偏孔无法修正时,采用碎石回填到偏斜处以上 2m,再重新进行冲孔施工。开始采用0.5m以内的小冲程冲孔,待正常后逐渐加大冲程,使偏孔现象及时得到纠正。

2)冲孔施工时,遵循主孔深、副孔浅的原则进行循环冲孔施工,不可一冲到底。主孔超副孔深不小于 0.5m,保证冲机钻头砸孔时的临空面。当出现偏孔问题及时停止冲孔,采用冲桩机小幅挪位、频密下锤的方法排除偏孔隐患。

3)提前掌握地质情况及岩层变化,在到软硬地层交接处时,尽量使用成槽机对软硬地层交接处修平,以便冲击施工时受力均匀。当遇到软硬地层交接处岩体较硬及高低变化幅度较大,提前对交接处附近地层进行注浆加固,防止施工过程中产生偏孔现象。 4.2 成槽施工中软土层存在塌孔现象的控制措施

在软土成槽机施工及硬岩冲击施工过程中,塌孔,现象主要存在于上层软土层中。经分析,产生塌孔的原因,首先是由于下部硬岩冲钻施工钻进效率相对较低以及冲锤冲击过程中形成的基岩碎块沉积在孔底,使每次冲孔时冲锤未直接冲到岩面上,形成海绵效应,造成冲击进尺缓慢,上层软土槽壁不稳定。其次,冲孔过程中上部软土槽壁长时间受到泥浆反复冲刷与扰动,以及钻头冲击所造成的土体震动,使位于槽段上部软土层产生塌孔现象。

控制槽壁坍塌的措施∶

1)为了减少地连墙槽壁坍塌,施工过程中根据成槽情况适当调整泥浆配合比或增加外加剂。在槽壁机成槽过程中,护壁采用膨润土泥浆,保持其性能指标始终在槽段内有较高密度和粘度的泥浆,保持足够的水头高度;在硬岩钻进时,浆液容易发生沉淀、流失等,每隔一段时间向槽内补充一定量的泥浆,以保持泥浆液位,并在泥浆中投入一定量掺加有 CMC 外加剂的粘土,便于孔底沉渣上浮。其次,做好泥浆循坏和泥浆性能检测工作,当指性能标达不到要求时,及时进行置换,以防止影响成槽进度及导致槽壁不稳定。

2)将钻头尾部做成流线型且冲钻过程中选择合理的冲程,减少冲孔施工过程中产生的涡流对槽壁的冲刷作用。在施工过程中要及时清除孔底土渣,提高施工效率,尽量减少成槽时间。

3)根据地质勘查报告,对上层软土中存在不稳定

夹层,容易造成塌孔处进行注浆加固,改善土体性能。对硬岩面较高且有条件进行改进的地连墙,对墙深进行设计优化,以缩短冲孔作业的时间。

4.3 相邻地下连续墙槽段接逢处混凝土绕流影响成槽施工的控制措施

在地下连续墙施工过程中,由于相邻先施工槽段出现接头处混凝土绕流现象,在后续相邻施工槽段成槽施工时,绕流的混凝土导致成槽机抓斗受力不均且难以挖进,给成槽施工带来较大的困难。

防止混凝土绕流的措施∶

1)为防止浇筑时混凝土绕流过工字钢到相邻槽段,在工字钢接头两侧焊接宽 50cm 的薄铁皮作为止浆板,在混凝土浇筑过程中,由于混凝土的压力和冲力,止浆板向两侧张开,从而阻塞了工字钢与槽壁之间空隙,阻止混凝土绕流。另在钢筋笼安放到位后,在后施工槽段的工字钢接头处采用黏土袋回填,以防止混凝土绕流。

2)槽段挖至设计标高后,用偏心吊刷的刷壁器进行刷壁,清除前相邻地下连续墙接缝处工字钢上的泥土,直到毛刷面上无泥为止,以保证工字钢接头的清刷效果。

3)在成槽施工过程中,严格控制槽段两端接缝处槽孔的垂直度及宽度,减小工字钢与槽壁之间的间隙,从而减少混凝土绕流现象的发生。

4.4 冲孔成槽施工过程中出现卡锤现象的控制措施

由于地质条件复杂及施工过程中冲孔作业人员操作不当,施工中出现了几次卡锤现象。

卡锤的处理措施∶

1)用外力拔出,用冲击钻主卷拉绳或吊车锚钩沉入孔底挂住冲锤底部将冲锤侧向拉倒,再增加时立力把冲锤拉出。

2)在卡锤旁边重新开孔,冲至卡锤位置时,先轻击几次震松之后用斜拉,将冲锤拉出。

3)施工时注意遵循主孔副孔循环冲孔施工,不可一冲到底,发现偏孔时,及时进行纠偏,以防止出现卡锤现象。

5结语

在本工程上软下硬地层中的地下连续墙成槽施工中,正确选用抓斗成槽配合冲击成槽施工方案,同时,在针对成槽施工过程中存在的各种问题能够及时采取一系列有效的技术措施和管理措施,是本工程能顺利进行地下连续墙施工的关键所在。既保证了施工工期和质量,又节约了生产成本,为此类地层中,地下连续墙成槽施工技术积累了经验。

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