摘要:采用了ＳＭＷ工法作顶管工作(接收)井同常规钢筋混凝土沉井比较,工期可以缩短1/3。由于四周可不作防护,型钢可回收,造价低。施工中无泥浆排放,对环境无污染。对需采用深基支护的建(构)筑物亦有参改借鉴作用。ＳＭＷ工法是指水泥土深层搅拌桩墙体中,按一定型式插入Ｈ型钢,成为一种劲性复合围护结构,国外亦称之为ＴＳＰ工法。这种结构抗渗性好,刚度大,构造简单,施工简便,工期短,无环境污染。由于作为临时支护,型钢可回收重复使用,成本较低。在杭州某顶管工程施工中,尝试用此法作工作井(接收井),效果良好。
1 工程概况
某工程顶管工作井基坑采用ＳＭＷ工法作为围护结构,共有工作井11座、接收井7座,平面尺寸接收井为3ｍ×4.5ｍ、井深7.34ｍ,工作井为8ｍ×3.5ｍ。采用垂直井壁方向双联 700水泥土搅拌桩墙,间隔1000ｍｍ插入Ｈ型钢作为支护结构,为加强井壁的整体作用,搅拌桩顶设500ｍｍ×750ｍｍ圈梁一道。逆作法开挖至设计标高(挖深多为6～7ｍ,局部井挖深达9ｍ),浇注底板,历时40ｄ。(图1所示)土层主要力学性质为:高压缩性土,力学性质差,压缩系数1.06,摩阻比仅为2.5,含水量高达46.3%。土层地质及主要物理力学性质指标如表1。表1 土层地质及主要物理力学性质
层序层厚/ｍ土层名称ｒ/(ｋＮ.ｍ-3)凝聚力/ｋＰａ摩擦/度质量比孔隙比1-10～0.8杂填土 1-20.8～1.3素填土(灰褐色-灰黑色,富有机质) 2-11.3～3.5粉质粘土(黄褐色-灰褐色,软塑)19.214.2132.720.822-33.5～4.2粉 土19.125.3 2.710.854-14.2～7.2淤泥质粘土(灰色,流塑,含腐植质和植物碎屑)17.810.86.62.731.175-16.5～7.2粉质粘土(褐色-灰褐色,软-可塑,含有较多铁质)18.934.515.52.720.9185-27.2～8.8粘土(青灰色黄褐色,可塑-软塑)19.514.122.52.740.825-38.8～9.8粉质粘土夹粉土19.1 2.710.881
2 支护结构
参数2.1 墙体入土深度的确定当基坑底以下为透水性较大的砂性土层时,水泥搅拌桩必须深入到不透水层,防止管涌发生。ｉ<ｉｃ,式中ｉｃ=Ｇｓ-11+ｅ,ｉｃ为极限动水坡度,Ｇｓ为土颗粒质量比,ｅ为土的孔隙比。ｉ=ｈｗ/Ｌ ｉ为动水坡度,其中ｈｗ为墙体内外水头差,Ｌ为产生水头损失的最短流线长度。本工程实例土质为粘性土,故无需验算管涌。2.2 型钢插入深度的确定Ｈ钢插入搅拌桩深度由基坑抗隆起稳定及挡墙内力变形来确定,同时以型钢拔出为主要条件。(1)抗隆起安全系数Ｋｓ=(ｒＤｃＮｑ+ＣＮｃ)/ｒ(Ｈ2+ＤＣ)ｑ≥1.1～1.2式中,Ｈ2-基坑开挖深度,ｍ;Ｃ-坑底土体内聚力,ｋＮ/ｍ2;ｑ-地面超载,ｋＮ/ｍ2;Ｄｃ-入土深度,ｍ;Ｎｑ、ＮＣ-地基承载力系数;Ｎｑ=ｔｇ2(45°+Ф/2)ｅπｔｇфＮｃ=(Ｎｑ-1)/ｔｇф经验算Ｄｃ取2ｍ,型钢长度取12ｍ。(2)为使型钢完整拔起,应控制上拔力小于70%型钢抗拔力。2.3 挡墙内力及变形可按图解法或等代梁法进行计算(略)
3 工艺流程及主要施工机具
3.1 工艺流程
3.2 施工主要设备表2 施工主要设备
序号 型号名称 用 途 数 量1ＳＪＢＩ/ＩＩ型深层搅拌机深层搅拌用≥1台数,2ＤＺ-30振动锤Ｈ型钢插入 3ＹＪ-3Ｒ拌浆机 4ＳＹＢ-50/50-Ⅱ注浆泵制浆输浆注浆由工程量配台数5ＨＢ6-3压浆泵 6Ｈ型钢运输车运输Ｈ型钢≥1辆7经纬仪测量移位垂直Ｈ型钢1台8水准仪 1台9拔桩架起拔Ｈ型钢1台
4 关键技术的处理Ｈ型钢水泥土搅拌桩支护结构的施工关键在于搅拌桩制作,以及Ｈ型钢的制作和打拔。
4.1 搅拌桩制作同常规搅拌桩比较,要特别注重桩的间距和垂直度。施工中垂直度应小于1%,以保证型钢插打起拔顺利,保证墙体的防渗性能。注浆配比除满足抗渗和强度要求外,尚应满足型钢插入顺利等要求。本工程注浆配比:水泥掺量、膨润土、缓凝剂、水灰比分别为13%、0.22%、0.8%、0.5。经桩内垂直取样水泥土强度可达1.25ＭＰａ
4.2保证桩体垂直度措施(1)在铺设道轨枕木处要整平整实,使道轨枕木在同一水平线上;(2)在开孔之前用水平尺对机械架进行校对,以确保桩体的垂直度达到要求;(3)用两台经纬仪对搅拌轴纵横向同时校正,确保搅拌轴垂直,从而达到对桩体垂直度的控制;(4)施工过程中随机对机座四周标高进行复测,确保机械处于水平状态施工,同时用经纬仪经常对搅拌轴进行垂直度复测,通过对机械的控制达到对桩体垂直度控制。
4.3 保证加固体强度均匀措施(1)压浆阶段时不允许发生断浆和输浆管道堵塞现象。若发生断桩,则在向下钻进50ｃｍ后再喷浆提升;(2)采用“二喷二搅”施工工艺,第一次喷浆量控制在60%,第二次喷浆量控制在40%,且二次喷浆提升速度控制在0.5ｍ/ｍｉｎ;严禁桩顶漏喷现象发生,确保桩顶水泥土的强度;(3)搅拌头下沉到设计标高后,开启灰浆泵,将已拌制好的水泥浆压入地基土中,并边喷浆边搅拌约1～2ｍｉｎ;(4)控制重复搅拌提升速度在0.8～1.0ｍ/ｍｉｎ以内,以保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌;(5)相邻桩的施工间隔时间不能超过24ｈ,否则喷浆时要适当多喷一些水泥浆,以保证桩间搭接强度;(6)预搅时,软土应完全搅拌切碎,以利于与水泥浆的均匀搅拌。
4.4 型钢的制作与插入起拔施工中采用工字钢,对接采用内菱形接桩法。为保证型钢表面平整光滑,其表面平整度控制1‰以内,并应在菱形四角留Φ10小孔。型钢拔出,减摩剂至关重要。因此,型钢表面应进行除锈,并在干燥条件下涂抹减摩剂,搬运使用应防止碰撞和强力擦挤。且搅拌桩顶制作围檩前,事先用牛皮纸将型钢包裹好进行隔离,以利拔桩。型钢应在水泥土初凝前插入。插入前应校正位置,设立导向装置,以保证垂直度小于1%,插入过程中,必须吊直型钢,尽量靠桩锤自重压沉。若压沉无法到位,再开启振动下沉至标高。型钢回收,采用2台液压千斤顶组成的起拔器夹持型钢顶升,使其松动,然后采用振动锤利用振动方式或采用卷扬机强力起拔,将Ｈ型钢拔出。采用边拔型钢边进行注浆充填空隙的方法进行施工。
5 结束语
采用ＳＭＷ工法作工作井(接收井),可以贴近建筑或管线施工,而不会引起明显的沉降破坏,这在城市建筑密集的旧城改造中由于有效保护原有建筑安全,并将对交通影响减至最小,意义很大。采用ＳＭＷ工法作工作(接收)井同常规钢筋混凝土沉井比较,工期可以缩短1/3。由于四周可不作防护,型钢又可回收,造价明显降低。施工中无泥浆排放,对环境无污染。笔者认为采用ＳＭＷ工法不但可以在顶管工作(接收)井中应用,对凡需采用深基支护的建(构)筑物都具有推广价值。