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水泥土攪拌樁隔水帷幕在板橋泵站深基坑中的應用

水泥土攪拌樁隔水帷幕在板橋泵站深基坑中的應用

談太和

(深圳市廣水建設工程有限公司,項目總工程師、工程師)

蔡雄榮

(深圳市廣水建設工程有限公司,副總經理、注冊一級建造師)

李家梁

(深圳市廣水建設工程有限公司,技委會名譽主任、教授級高級工程師)

【摘  要】深圳市板橋泵站土建工程地下水位高,水源豐富,基坑砂質粘性土層滲透系數較大,應用深層水泥土攪拌樁隔水帷幕施工技術后,取得了良好的隔水效果。

  【關鍵詞】水泥土;攪拌樁;深基坑;隔水帷幕;工藝;質量;應用

1、工程概況

板橋泵站工程位于深圳市南山區南頭片區學府路與港灣大道交匯口,泵站排水面積2.41km2,設計雨水流量21.3m3/S,設計污水排水流量297L/s,是本地區防汛排澇和污水綜合治理的重點工程。

1.1 基坑設計

本工程基坑采取設平臺放坡大開挖方式。其中泵房及前池基坑底尺寸為47.12×50.62m,坡頂尺寸為92.55×96.485m,最大開挖深度12.88m。在-2.7m高程設平臺分上下兩個不同坡面進行開挖,-2.7m以上邊坡比11.5,采用噴錨支護,掛鋼筋φ4@200200pxC20混凝土,-2.7m高程以下邊坡比11.75,機械開挖,人工修整成形。

1.2  基坑地質條件

基坑地質構造分別為人工填土層、沉積淤泥層、砂質粘性土層和粘土殘積土層,靠學府路與港灣大道交匯處緊靠海邊,基坑邊坡淤泥層較深。場地地下水位較高,埋深大約0.5~4.3m。

由于砂質粘性土層的滲透系數較大,基坑離補給源較近,補給水源豐富。砂層上部是滲透系數很低的淤泥層,這使得砂層中的地下水具有一定的承壓性(即具有承壓水的特點),基礎開挖時將會出現大量涌水。同時由于該類土透水性強,抗沖刷能力弱,基坑極易發生管涌、流砂,造成邊坡坍塌。

2、水泥土攪拌樁隔水帷幕設計指標和施工工藝參數確定

2.1 水泥土攪拌樁隔水帷幕設計指標

為了防止基坑開挖出現流沙和涌水,確保整個基坑邊坡穩定,在基坑四周以外20m處設置水泥土攪拌樁隔水帷幕墻。隔水帷幕墻全長403m,僅作基坑止水,不作基坑支護使用。

水泥土攪拌樁隔水帷幕墻由雙排樁搭接組成,樁與樁之間搭接不小于150mm。水泥土攪拌樁樁徑為550mm,樁頂高程2.00m,樁長1214m。

本工程采用強度等級42.5普通硅酸鹽水泥,水灰比宜為0.5,水泥摻入量為14%。

水泥土攪拌樁垂直偏差不得大于1%,樁位偏差不得大于50mm,樁徑偏差不得大于4%。

水泥土攪拌樁強度≥1.0MPa。防滲性能:微滲漏。

2.2  水泥土攪拌樁施工工藝參數確定

施工前根據選用的GZB-600型深層攪拌設備(葉片噴漿方式)及攪拌樁的各項設計指標進行工藝性試樁(數量2根),以此確定水泥土攪拌樁的各項施工工藝參數。

通過工藝性成樁試驗,基坑隔水帷幕水泥土攪拌樁施工工藝參數確定如下:

攪拌切土下沉速度0.4~0.7m/min;

噴漿提升速度0.3~0.5m/min;

灰漿泵至噴漿口的距離40m以內;

灰漿輸送量280L/min;

噴漿壓力1.5MPa。

3、水泥土攪拌樁隔水帷幕墻施工質量控制

3.1  材料質量控制

(1)水泥:采用強度等級42.5普通硅酸鹽水泥,新鮮無結塊,經強度試驗和安定性試驗合格后才進行使用。

(2)水:采用飲用水。

3.2  施工技術保證措施

(1)編制施工方案,向操作工人進行施工技術交底。

2水泥漿嚴格按設計指標控制,拌好的水泥漿保持不產生離析。

3成樁過程嚴格控制預拌下沉和提升的速度,速度誤差控制在±100mm/min范圍內;嚴格控制用漿量、噴漿壓力,噴漿做到均勻、連續、不斷漿,確保樁身攪拌均勻。


(4)當水泥漿液到達出漿口后噴漿攪拌30s,在水泥漿與樁端土體充分攪拌后,再開始提升攪拌鉆頭。

(5)樁與樁的搭接時間不大于24h,如間歇時間過長,采取鉆孔留出榫頭或局部補樁、注漿等措施。

(6)施工時因故停噴灰漿時,將攪拌鉆頭下沉至停漿點以下0.5m,待恢復供漿時,再噴漿提升;停機時間超過3h,立即安排清洗管路。

(7)所使用的水泥都經過篩分。拌制水泥漿液的水泥用量、泵送漿液的時間攪拌鉆頭提升的速度和攪拌次數等應專人記錄;噴漿量及攪拌深度采用經計量部門認證的監測儀器進行自動記錄。

(8)當樁身強度及尺寸達不到設計要求時,采用復噴的方法進行彌補。復噴攪拌次數視具體情況采取一次噴漿或一次攪拌二次噴漿,且最后一次提升攪拌鉆頭采用慢速提升。

(9)當預拌下沉遇有塊石等障礙物時,在排除塊石等障礙物并填平土坑后重新進行預拌下沉施工。

(10)安排專人定期檢查攪拌頭,當檢查發現攪拌頭被軟粘土包裹時,及時進行清除。攪拌頭直徑磨耗量超過10mm時,及時予以更換。

3.3  質量控制措施

(1)施工前認真檢查水泥的質量、樁位、攪拌機工作性能、各種計量設備(水泥流量計及其它計量裝置)完好程度。

(2)施工過程中加強質量檢查,檢查重點是:水泥用量、樁長、攪拌鉆頭提升速度、復攪次數、深度、停漿處理方法等。

(3)施工結束后檢查樁體強度、樁體直徑及防滲效果。根據檢查出的不合格樁的位置和數量等具體情況,分別采取復噴、補樁或加強鄰樁等措施。

(4)水泥土攪拌樁質量控制標準應符合《水泥土攪拌樁隔水帷幕質量檢驗標準》規定。水泥土攪拌樁的質量控制貫穿于施工的全過程,施工過程中做到隨時檢查施工記錄和計量計錄,并對照《水泥土攪拌樁隔水帷幕質量檢驗標準》的規定對每根樁進行質量評定。

4、檢測結論與隔水效果

4.1 檢測結論

本工程水泥土攪拌樁經專業檢測單位采取地質鉆探、野外原位測試和室內試驗等綜合地質勘察方法進行檢測。樁芯抽樣檢測試驗結果為:樁體膠結良好,攪拌均勻,樁芯堅硬完整,樁芯單軸平均抗壓強度達到設計要求。

鉆孔注水試驗,檢驗樁體防滲效果。本工程做鉆孔注水試驗8段,在樁身上半段和下半段各做了一次注水試驗,12個小時內注入鉆孔水位無變化,攪拌樁的防滲性良好,經攪拌處理后形成的隔水帷幕防滲體屬微透水~極微透水性。

樁芯檢測和注水試驗結果表明,本次施工完成的水泥土攪拌樁攪拌較均勻,土層經處理后透水性極低,已形成良好的防滲體,攪拌樁整體質量達到良好。

4.2 隔水效果

在隨后進行的基坑開挖及基礎施工中,基坑底共設四個集水井,每個集水井一臺潛水泵抽排1mis即可排干集水井中集水。盡管遇到了較長的雨季施工,基坑邊坡未發生坍塌,始終處于穩定狀態,保證了泵站基礎工程施工的順利進行和整體工程的按期竣工。實踐證明,本工程采用深層攪拌法施工的隔水帷幕墻施工質量良好,防滲隔水效果達到了設計要求。

5、技術探討與改進

5.1  設計樁長探討與改進

(1)基坑底管涌形成: 板橋泵站基坑開挖至基底時,靠學府路與港灣大道交匯方向的基坑底出現了較為嚴重管涌。根據當時施工情況分析,設計的攪拌樁端高程略低于出現管涌基坑面高程,帷幕外地下水在基坑外邊坡土體壓力下,從水泥土攪拌樁端向基坑內流動卸壓而形成管涌。

(2)施工處理方法:

①在基坑坡腳打木樁,然后在木樁與坡面間堆置砂包,穩定坡腳。

②在發生管涌區域拋石反壓,不可隨意清挖。

(3)改進建議: 水泥攪拌樁長度要根據地質結構確定,類似上述淤泥層,樁端深度應比基底面低3~5m。

5.2  施工參數探討與改進

(1)水泥攪拌樁的強度與土層的關系

在開挖出水池基礎時,其邊坡處在水泥攪拌樁位置,根據挖開土層觀察,不同土層的水泥攪拌樁強度相差較大,砂粘土地層強度高,砂層和淤泥層強度低。

(2)原因分析: 不同土層的水泥攪拌樁強度與其施工參數密切相關,砂層噴漿壓力最小,淤泥質土壓力最大。

(3)改進建議: 水泥攪拌樁全面施工之前應試樁,要根據地質構造確定并及時調整噴漿壓力及提升速度等技術參數。