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深层搅拌水泥土挡墙

485 2022-03-30 09:48:19

(一)工程概况

在软土地基上进行相距很近的建(构)筑物施工时,不可避免会遇到在已有的浅埋基础近旁进行深基坑的开挖。目前常用的挡土措施主要有钢板桩、钢筋混凝土板桩或木板桩。打、拔板桩过程中的振动常常会引起邻近建筑物的损坏。采用深层搅拌法制成的水泥土挡墙则可克服现有板桩施工中的弊端,为我国深基坑开挖施工中的挡土技术增添了一种新方法。

纬三路是上海宝山钢铁总厂全厂的主干线之一,1979年沿纬三路北侧埋设了直径2m的雨排水总管,其基底标高为-4.7m,已投人使用。1981年9月又要在其北侧1.4m处建造一座面积为14.1×9m²的 P-5污水处理站,其基坑底面标高设计为-6.8m,比已建成的雨排水总管还要深 2.1m,而两者之间的净距仅1.4m,因此基坑开挖时的挡土方案成为施工中的技术关键。曾考虑了下列几种施工方案;

1.打拔钢板桩方案

在雨排水总管与P-5基坑之间先打入一排长度为13,5m的钢板柱,待基坑开挖后再砌砖墙作为钢筋混凝土坑壁的外模板,在钢板桩与砖模之间填砂,P-5坑施工完毕后拔出钢板桩,让填砂自然落人钢板桩拔出后形成的空隙中。此方案简单易行,但存在以下缺点∶

(1)由于拟打入的钢板桩与雨排水总管的距离已小于 1m,打人和拔出钢板桩时所产生的震动可能引起雨排水总管(钢筋混凝土管,每节长度 2m,平接头)的位移而使接头处错开漏水。

(2)拔出钢板桩时必然会带出不少粘附于其上的软土,从而在土中形成一道空槽,落砂不可能填得非常密实。在雨排水管的荷载作用下,其下部的软土就会向空槽中位移,从而造成管道的不均匀下沉而开裂。

如果这种 2m 直径的管道发生错位、开裂。污水将沿着接头处大量涌出,严重冲涮周围土层,造成附近道路和构筑物塌陷,其后果就十分严重了。

2.保留钢板桩方案

在 P-5坑施工完毕后,不再拨除钢板桩。这样要浪费5.13t 钢板桩,当时价值6 万余元。而且还不能完全排除因打人钢板桩而引起管道位移的可能性。

3.深层搅拌水泥土挡墙方案

采用深层搅拌法将雨排水总管和 P-5基坑之间1.4m 的软土进行壁状加固而形成挡土墙,以承受侧向主动土压力,其优点是∶

(1)根据现场土质条件,经初步计算。水泥土挡墙的墙身强度、抗倾覆稳定性和抗滑动稳定性均能满足挡土施工要求。

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(2)所加固的土质均为饱和软粘土,加固施工比较方便。

(3)深层搅拌施工基本无震动、无噪音、对周围软土无扰动,所以不会使雨排水总管产生错位、开裂。能确保管道正常运行。

(4)基坑开挖后将水泥土挡墙表面略加修整即可作为浇灌 P-5 坑壁混凝土的外模板,可节省外模材料和支撑费用。

(5)造价可比第二方案降低 50%以上。

经对比分析,决定采用水泥土挡墙方案。其平面示意图和剖面图见图3-3-43 和图3~3-44。

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(二)土质条件

拟建场地位于江口滨海相沉积土层上,上部主要由淤泥质亚粘土和淤泥质粘土组成。土质软弱。土层的主要物理力学指标如表3-3-37所示。地下水位在地面下-1.5m处。

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(三)水泥土挡墙设计1.水泥上挡墙计算

水泥土挡墙设计计算按重力式挡土墙考虑,雨排水总管重量经换算全部视作淤泥质亚粘土重量,-3.2m至-1,5m的土视为均布荷载,计算简图如3-3-45所示。

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2.挡土设施

为了确保施工安全,减少雨排水管道上部超载土重,将管道上部的覆土挖去 1.5m。然后在准备打设水泥土挡墙的位置挖一道宽度1.5m。深度1.7m的土沟(沟底标高为-3.2m)。从沟底到-9.0m深度范围内制作水泥土壁状加固体。待基坑开挖后,坑底以上露出3.6m作为挡土墙,坑底以下的嵌固长度为2.2m。利用深层搅拌机每次能打设一根"8"字型的搅拌桩,将这种单桩相互搭接施工,即形成连续壁状挡墙。排列两行单桩,两行桩之间搭接 4cm,再使相邻桩之间搭接 15cm,总共打设34根搅拌桩便组成一道宽1.3m、长 19m、深6m的水泥土挡墙。桩的搭接情况如图3-3~46所示。当P-5基坑挖好后,把朝向基坑一面的水泥土挡墙凿去20om,形成较平整的墙面便可作为 P-5坑壁现浇混凝土的处模板。

P-5坑其余三面因与周围已有建筑物相距较远,

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打设钢板桩的震动影响较小,因此仍采用常规的打、拔钢板桩挡土方案。

(四)水泥土挡墙的施工1.施工机械

(1)深层搅拌机

使用 SJB-1型深层搅拌机、搅拌轴长7.5m。

(2)起吊设备

选用CH-50 型履带式起重机。深层搅拌机通过导架、夹板等悬吊在起重机的吊钩上。

(3》输浆设备

HB6-3型灰浆泵一台配以两台容积 200L 的灰浆拌制机。用耐压输浆胶管将深层搅拌机和集料斗连成一套输浆系统。

2.水泥浆配方

(1)水泥

525°普通硅酸盐水泥,水泥掺人比a.= 20%

(2)外掺剂

半水石膏,掺量为水泥用量的2%。木质素磺酸钙,掺量为水泥用量的0.2%。

(3)水灰比∶0.45 3,现场施工

(1)单根搅拌桩的施工∶如图3-3-38所示。

(2)相邻桩的搭接

1)在每根桩的施工过程中,随时注意桩体的垂直度。

2)严格控制相邻桩柱的搭接间距,每根桩的中心偏差不得大子 4om。

3)相邻两桩施工间隔不超过12(h)。(五加围效果检验1.使用观察

在水泥土挡墙施工完成以后54天即开始P-5基坑挖土施工。P-5基坑的挡土设施中,一边为水泥土挡墙,其他三边仍为钢板桩挡墙。采用轻型井点降水。地下水位降至-7.4m

基坑挖成后可以明显看到水泥土挡墙墙面整齐,柱体直立,搭接良好、未发现渗水现象,挡土效果很好。而采用钢板桩挡土的三面,由于相邻的钢板桩搭接不良,有不少缝隙,土砂就从这些缝隙中涌入基坑,钢板桩外侧的土面也发生塌陷的现象,清理流入基坑的土、砂给施工增加了不少麻烦。

2.位移、沉降观测

为了在 P-5坑施工过程中确保相邻的雨排水总管仍能正常使用,对管道顶面位移进行监测。在P-5坑整个施工过程中雨排水总管道最大的附加垂直下沉为0.7cm;向P-5坑方向的最大水平位移为0.5cm,都没有影响雨排水管道的正常使用。

3.强度检验

从已成型的水泥土挡墙上凿取的试件,其最低的抗压强度为1700kPa,当法向应力为100kPa时,最小的直剪抗剪强度为150kPa。均大大高于设计要求。

土海宝山钢铁总厂 P-5坑是国内首次采用深层搅拌法制作水泥土挡墙作为深基坑开挖时的挡土措施。使用情况表明这种挡墙的位移、倾斜均较小。桩体搭接良好,无渗水、漏土现象,支挡侧向土体的效果显著。同时挡墙本身可作为其内部钢筋混凝土结构施工时的外模板。甚至可以成为结构物壁体的一部分,可减薄钢筋混凝土墙壁的厚度,降低工程造价。所以水泥土挡墙作为软土地区相距很近的建(构)筑物施工中的一种挡土措施,在适当的条件下可大力推广应用。