勁性水泥土攪拌連續墻在天津地鐵改建工程中的應用摘 要 勁性水泥土攪拌連續墻(ＳＭＷ)作為排樁和板墻式圍護結構的一種,以其適用性強、圍護成本相對較低、施工周期短而倍受關注。天津市地鐵1號線工程西北角—西南角既有區間隧道改建工程的圍護結構施工中采用了該技術,并取得了良好的效果。關鍵詞 勁性水泥土攪拌連續墻,支護結構,隧道改建 勁性水泥土攪拌連續墻(ＳＭＷ工法)作為排樁和板墻式圍護結構的一種,以其適用性強、圍護成本相對較低、施工周期短而倍受關注。ＳＭＷ工法是利用專門的多軸攪拌鉆機,就地鉆進切削土體,同時從其鉆頭前端將水泥漿注入土體,經充分攪拌混合后,再將型鋼或其它芯材插入攪拌體內,形成地下連續墻。ＳＭＷ工法最早是在日本開發成功的,它是在充分總結了鋼筋混凝土地下連續墻和水泥土深層攪拌樁各自的優缺點的基礎上,將二者有機結合、取長補短發展而成的。它既克服了深層攪拌樁沒有鋼筋、強度不高、連續性差等缺點,也避免了鋼筋混凝土地下連續墻施工復雜、有泥漿污染、造價高等問題。天津市地鐵既有隧道改建工程采用了ＳＭＷ工法。1工程概況 天津市地鐵1號線工程西北角—西南角既有區間隧道改建工程,圍護結構原設計采用鉆孔樁+深層攪拌樁復合形式,后變更為ＳＭＷ工法,采用水泥土攪拌樁內插型鋼作為圍護結構。攪拌樁直徑為850ｍｍ,搭接250ｍｍ,樁長15.5ｍ;型鋼間隔插入,采用Ｈ70型鋼,長為15ｍ。施工設備采用ＺＫＤ85-3型三軸攪拌樁機,樁架采用履帶式重型樁架。2 施工方法2.1 施工準備 三軸攪拌機施工前,必須先進行場地平整、清理,對地下障礙物進行調查,以便在開挖過程中妥善處理障礙物。經測量放線后,進行導溝開挖。導溝深1.0～1.5ｍ,底寬0.85ｍ。導溝的作用是防止攪拌機施工時涌土、漿液冒出地面。 為確保攪拌樁及型鋼插入位置的準確,在垂直導溝方向放置2根長約2.5ｍ、截面為200ｍｍ×200ｍｍ的導軌橫撐;在平行導溝方向放置2根長約8～20ｍ、截面為300ｍｍ×300ｍｍ的導軌,在導軌上按1.2ｍ間距(ＳＭＷ工法型鋼設計間距)作出樁位標記,另設型鋼定位卡。定位裝置詳見圖1。
2.2單循環ＳＭＷ工法施工 本工程采用單循環ＳＭＷ工法施工。單循環ＳＭＷ工法系指從樁機就位開始,在鉆頭攪拌、下沉及提升過程中,鉆頭向外噴出水泥固劑與地基土體攪拌混合成樁后,在樁機移位且水泥土未結硬之前按要求插入芯材(如Ｈ型鋼或鋼板樁),使地基土體形成有一定強度、剛度的水泥樁體的單一施工過程連續施工則形成連續、封閉的水泥墻。1)樁機就 位樁機就位前應及時清除障礙物,樁機就位后認真檢查定位情況,發現問題及時糾正。樁機應平穩、平正,用線錘對鉆桿垂直定位進行觀測以確保樁機的垂直度。樁位允許偏差值在2ｃｍ內。2) 攪拌速度及注漿控制 三軸水泥攪拌樁在下沉和提升過程中均應注入水泥漿液,攪拌下沉和提升速度要均勻,遇到障礙物要減速慢行防止設備損壞;應嚴格控制下沉和提升速度,下沉速度≯0.8ｍ/ｍｉｎ,提升速度≯1.6ｍ/ｍｉｎ。在樁底部分應適當持續攪拌注漿。做好每次成樁的原始記錄。 水泥漿液的水灰比為1.3左右。每ｍ3攪拌水泥土的水泥用量為370ｋｇ,注漿壓力為0.3～0.8ＭＰａ,以漿液輸送能力控制。3）型鋼插入 三軸水泥攪拌樁施工完成并檢驗合格后,吊機就位即可吊插型鋼。在吊插前必須清除型鋼表面的污垢及鐵銹,并涂刷減摩劑。利用型鋼頂端拔樁預留孔起吊型鋼并放在型鋼定位卡中,用線錘校核型鋼垂直度,并使型鋼底部中心對正樁位中心,沿定位卡徐徐垂直插入水泥土攪拌樁體內,插入4ｍ后要快放直至設計深度。 將水準點引放到定位型鋼上,根據定位型鋼與插入型鋼頂的高差,在定位型鋼上擱置槽鋼,焊Ф10ｍｍ吊筋控制插入型鋼頂標高,誤差控制在±5ｃｍ以內。待水泥土攪拌樁達到一定強度(200～300ｋＰａ)后,將吊筋與定位型鋼撤除。 在型鋼插放困難時,采取提升型鋼重復下插使其達到設計標高。下插過程中始終用線錘跟蹤,控制型鋼的垂直度。 在圍護結構澆注壓頂圈梁時,埋設在圈梁中的型鋼部分必須用泡沫板將其與混凝土隔開,以防影響型鋼的起拔回收。2.3 型鋼的回收 待地下主體結構完成并達到設計強度后,采用專用夾具及千斤頂以圈梁為反梁,起拔回收型鋼。用水灰比0.6的水泥砂漿自流充填型鋼拔除后的空隙,以減少對鄰近建筑物及地下管線的影響。3 關鍵技術及控制要點3.1 樁位控制 為保證墻體連續性和止水效果,相鄰攪拌樁體必須保證咬合。孔位的精確放樣是控制精度的最重要環節,施工中必須嚴格控制各樁的定位誤差。3.2 施工順序及分段施工節點連接1)擠壓式連接 一般情況下采用單排擠壓式連接方式進行施工,見圖2。圖2中的陰影部分為重復套鉆,以保證墻體的連續性和接頭的施工質量。水泥攪拌樁的搭接以及施工樁體的垂直度補正依靠重復套鉆來保證,以達到止水的作用。2)跳槽式全套復攪式連接 對圍護墻轉角處或有施工間斷情況下采用跳槽式全套復攪式連接(見圖3)。3) 施工冷縫處理 相鄰樁施工中斷超過24ｈ會出現冷縫。采取在冷縫處圍護樁外側補攪素樁的措施,在圍護樁達到一定強度后再進行補樁,以防偏鉆,保證補樁效果。素樁與圍護樁搭接厚度約10ｃｍ左右,詳見圖4。4 結 語 1)相鄰施工段的攪拌樁水泥加固土體彼此重合,具有良好的止水性及擋土性; 2)施工工藝簡單、速度快,可有效縮短工期; 3)施工成本低,ＳＭＷ工法的成本為地下連續墻的70%左右,若考慮型鋼的回收利用,成本僅為地下連續墻的40%～50%; 4)施工震動小、無明顯噪聲,產生殘土少,無泥漿等二次污染,對環境影響小,有利于環保。參考文獻[1] 趙志縉,應惠清.簡明深基坑工程設計施工手冊[Ｍ].北京:中國建筑工業出版社,1999.[2] 蘇宏陽,酈鎖林.基礎工程施工手冊[Ｍ].北京:中國計劃出版社,2002.[3] 周順華.我國城市軌道交通地下工程的施工技術現狀與發展.城市軌道交通研究,2004(2):34.
2.2單循環ＳＭＷ工法施工 本工程采用單循環ＳＭＷ工法施工。單循環ＳＭＷ工法系指從樁機就位開始,在鉆頭攪拌、下沉及提升過程中,鉆頭向外噴出水泥固劑與地基土體攪拌混合成樁后,在樁機移位且水泥土未結硬之前按要求插入芯材(如Ｈ型鋼或鋼板樁),使地基土體形成有一定強度、剛度的水泥樁體的單一施工過程連續施工則形成連續、封閉的水泥墻。1)樁機就 位樁機就位前應及時清除障礙物,樁機就位后認真檢查定位情況,發現問題及時糾正。樁機應平穩、平正,用線錘對鉆桿垂直定位進行觀測以確保樁機的垂直度。樁位允許偏差值在2ｃｍ內。2) 攪拌速度及注漿控制 三軸水泥攪拌樁在下沉和提升過程中均應注入水泥漿液,攪拌下沉和提升速度要均勻,遇到障礙物要減速慢行防止設備損壞;應嚴格控制下沉和提升速度,下沉速度≯0.8ｍ/ｍｉｎ,提升速度≯1.6ｍ/ｍｉｎ。在樁底部分應適當持續攪拌注漿。做好每次成樁的原始記錄。 水泥漿液的水灰比為1.3左右。每ｍ3攪拌水泥土的水泥用量為370ｋｇ,注漿壓力為0.3～0.8ＭＰａ,以漿液輸送能力控制。3）型鋼插入 三軸水泥攪拌樁施工完成并檢驗合格后,吊機就位即可吊插型鋼。在吊插前必須清除型鋼表面的污垢及鐵銹,并涂刷減摩劑。利用型鋼頂端拔樁預留孔起吊型鋼并放在型鋼定位卡中,用線錘校核型鋼垂直度,并使型鋼底部中心對正樁位中心,沿定位卡徐徐垂直插入水泥土攪拌樁體內,插入4ｍ后要快放直至設計深度。 將水準點引放到定位型鋼上,根據定位型鋼與插入型鋼頂的高差,在定位型鋼上擱置槽鋼,焊Ф10ｍｍ吊筋控制插入型鋼頂標高,誤差控制在±5ｃｍ以內。待水泥土攪拌樁達到一定強度(200～300ｋＰａ)后,將吊筋與定位型鋼撤除。 在型鋼插放困難時,采取提升型鋼重復下插使其達到設計標高。下插過程中始終用線錘跟蹤,控制型鋼的垂直度。 在圍護結構澆注壓頂圈梁時,埋設在圈梁中的型鋼部分必須用泡沫板將其與混凝土隔開,以防影響型鋼的起拔回收。2.3 型鋼的回收 待地下主體結構完成并達到設計強度后,采用專用夾具及千斤頂以圈梁為反梁,起拔回收型鋼。用水灰比0.6的水泥砂漿自流充填型鋼拔除后的空隙,以減少對鄰近建筑物及地下管線的影響。3 關鍵技術及控制要點3.1 樁位控制 為保證墻體連續性和止水效果,相鄰攪拌樁體必須保證咬合。孔位的精確放樣是控制精度的最重要環節,施工中必須嚴格控制各樁的定位誤差。3.2 施工順序及分段施工節點連接1)擠壓式連接 一般情況下采用單排擠壓式連接方式進行施工,見圖2。圖2中的陰影部分為重復套鉆,以保證墻體的連續性和接頭的施工質量。水泥攪拌樁的搭接以及施工樁體的垂直度補正依靠重復套鉆來保證,以達到止水的作用。2)跳槽式全套復攪式連接 對圍護墻轉角處或有施工間斷情況下采用跳槽式全套復攪式連接(見圖3)。3) 施工冷縫處理 相鄰樁施工中斷超過24ｈ會出現冷縫。采取在冷縫處圍護樁外側補攪素樁的措施,在圍護樁達到一定強度后再進行補樁,以防偏鉆,保證補樁效果。素樁與圍護樁搭接厚度約10ｃｍ左右,詳見圖4。4 結 語 1)相鄰施工段的攪拌樁水泥加固土體彼此重合,具有良好的止水性及擋土性; 2)施工工藝簡單、速度快,可有效縮短工期; 3)施工成本低,ＳＭＷ工法的成本為地下連續墻的70%左右,若考慮型鋼的回收利用,成本僅為地下連續墻的40%～50%; 4)施工震動小、無明顯噪聲,產生殘土少,無泥漿等二次污染,對環境影響小,有利于環保。參考文獻[1] 趙志縉,應惠清.簡明深基坑工程設計施工手冊[Ｍ].北京:中國建筑工業出版社,1999.[2] 蘇宏陽,酈鎖林.基礎工程施工手冊[Ｍ].北京:中國計劃出版社,2002.[3] 周順華.我國城市軌道交通地下工程的施工技術現狀與發展.城市軌道交通研究,2004(2):34.