上海明珠二期南浦大橋地鐵站工程超深槽段地下連續(xù)墻施工體會摘 要:在上海軌道交通明珠二期南浦大橋地鐵站工程超深槽段地下連續(xù)墻施工中,通過攪拌樁加固并在地連墻與橋墩之間增加了水泥摻量為20%的SMW素樁,在基坑內(nèi)的被動區(qū)抽條加固部分采取局部水泥摻量提高到12%有效地改善土的力學(xué)指標(biāo),控制槽壁變形和對橋墩的影響,此外,采用重斗強抓方法順利掘進硬土層。關(guān)鍵詞:地下連續(xù)墻;攪拌樁;SMW素樁加固;水泥摻量;重斗強抓1工程概況1.1工程概況 上海軌道交通明珠二期南浦大橋地鐵站位于南浦大橋西轉(zhuǎn)盤引橋和國貨路之間,中山南路北側(cè)。車站呈東西走向,全長185m,寬17.7m,地下3層,車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑挖深23m,端頭井挖深24.6m,這在上海目前非豎向換乘的在建車站中屬基坑深度之最。基坑圍護為“二墻合一”形式,地下連續(xù)墻既作圍護又兼作主體側(cè)墻結(jié)構(gòu)之用。墻寬一般為標(biāo)準(zhǔn)幅6m,厚1m,標(biāo)準(zhǔn)段深36.5m,端頭井部分深39.5m。入土比均為0.6,采用水下砼,強度等級C30。1.2工程地質(zhì)情況各土層的主要力學(xué)指標(biāo)見表1。
本工程地質(zhì)條件復(fù)雜,對成槽施工非常不利,主要表現(xiàn)在以下幾點: (1)③、④層淤泥質(zhì)粘土缺失,①層為2m厚的雜填土,16m以淺為②-1、②-2層粉質(zhì)粘土,由于②層土粘聚力微小,其抗剪強度幾乎完全依賴自重應(yīng)力,且?guī)в酗@著的砂性,在動水壓力下容易潰散,同樣在地墻護壁泥漿的浮力作用下,自重應(yīng)力被取消,主體抗剪強度將會完全喪失。而且該層又處于地槽淺層,護壁泥漿側(cè)向壓力相對又較小,顯然②層土是成槽成功與否的關(guān)鍵所在。 (2)在第⑥層及以下是阻力很大的硬土層,其中⑦-1和⑦-2層通常作為樁基礎(chǔ)的持力層,這對成槽機的切削能力和糾偏功能及成槽工藝的選擇是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 (3)該工程環(huán)境保護等級高,在12～21軸靠西端頭井范圍為一級基坑標(biāo)準(zhǔn),該區(qū)域南側(cè)是南浦大橋的引橋橋墩,最近的距地墻結(jié)構(gòu)外邊線僅3.5m,因橋墩基礎(chǔ)長41m,僅深于該處地墻1.5m,抵抗側(cè)向推力的能力較差,橋墩保護問題突出,而且在基坑未開挖時,橋墩已發(fā)生水平位移。2解決軟弱表層在成槽過程中的穩(wěn)定性問題,控制槽壁變形以及對大橋橋墩的影響 勘察報告顯示,②層土的內(nèi)摩擦角并不小,有26°,但粘聚力較小(11kPa),實際開挖后發(fā)現(xiàn)這層土幾乎沒有粘土的特征,在干燥狀態(tài)下可以穩(wěn)定地保持一定坡度,一旦淋雨就立即潰散。護壁泥漿一方面在水平方向?qū)Τ刹郾谑┘訅毫?抵消主動土壓力而起作用;而另一方面,泥漿在砂性比較明顯的②層土所形成的泥皮不夠堅韌,泥漿在鉛垂方向上對土顆粒施加浮力抵消了土的自重作用,從而削弱了土的抗剪強度,所以即使有可觀的內(nèi)摩擦角,表層的深厚粉質(zhì)粘土抗剪強度仍不足。為了驗證,采用Meyehof公式對槽壁不同深度進行了穩(wěn)定和變形驗算。(1)穩(wěn)定驗算利用穩(wěn)定系數(shù)法公式: 驗證結(jié)果表明,不進行槽壁處理,成槽時槽壁的穩(wěn)定和變形都不能滿足要求。 原打算采用提高泥漿的密度和粘度等性能來滿足護壁要求,但由于泥漿密度和粘度較大時對混凝土和鋼筋的咬合不利,也增加澆筑水下混凝土的難度,并易引起鋼筋籠沉放困難、混凝土鋼筋籠上浮等諸多弊病,故棄而不用。 重新考慮采用改善土的力學(xué)指標(biāo),通過攪拌樁加固予以實現(xiàn)。加固后土體的強度遠大于原狀土,從經(jīng)濟角度以及今后成槽機糾偏時切削加固土體等出發(fā),水泥摻量不宜過大,一般取7%。南浦大橋橋墩處,為了控制初期變形的累加,在地連墻與橋墩間增加了水泥摻量為20%的SMW素樁加固,在基坑內(nèi)的被動區(qū)抽條加固部分,采取局部水泥摻量提高到12%。攪拌樁和SMW素樁加固后的槽壁剖面如圖1所示。采用該方案后,解決了②層土強度完全依賴自重應(yīng)力的問題,改善了土的力學(xué)性能,增加了粘聚力,在后來成槽的情況中,可說明這一方案的引用是成功的。由于地連墻與橋墩間增設(shè)了SMW素樁,有效地控制了橋墩向基坑內(nèi)的變形和沉降,橋墩的最終傾斜僅為0.8H2/1000(H2為橋墩的高度),沉降為0.89cm,完全在一級基坑對周邊建筑變形的規(guī)范要求范圍內(nèi)。但攪拌樁加固工藝同時也帶來一些缺點,如導(dǎo)墻下的土體加固攪拌機的垂直控制精度(1/100)遠低于地下墻3/1000的要求,部分槽段因攪拌樁垂直度不夠,成槽機切削攪拌的時間耗費較長,間接影響了槽壁的穩(wěn)定。3解決硬土層中成槽的問題,克服硬土層的巨大阻力順利掘進 施工前考慮的硬土層主要是⑦-1、⑦-2層草黃色粉砂。兩層的標(biāo)貫擊數(shù)分別為29.9和58.7擊, 比貫入阻力分別為12.21和17.62MPa,是非常硬的砂層。解決方法有先鉆孔再用重斗強抓等。由于鉆孔需要專用機械,移動機械、鉆孔的時間又長,所以“兩鉆一抓”的工藝僅作為備用方案。試成槽時,在開挖過程中卻發(fā)現(xiàn),砂層中的阻力不及⑥層暗綠～草黃色粉質(zhì)粘土。雖然名稱均定為粉質(zhì)粘土,但⑥層顯示出很大的粘性,在成槽機穿越4m厚的該層土?xí)r比穿越5～6m厚的⑦-1層粉砂時間還要長。經(jīng)分析,⑥層土的粘聚力高達40kPa,天然重度19 5kN/m3,孔隙比0.7,在成槽范圍的各土層中最重、最密實且透水性極差。抓斗的沉放、提升甚至開合的阻力都很大。硬砂層對成槽的阻力主要是對抓斗齒的端部阻力,而粘重的粘土層不僅是端部的阻力,更主要的是所有摩擦面上的摩擦阻力。基于“兩鉆一抓”不適合粘重土的挖掘,同時又為避免機械來回起動和鉆機出場的麻煩,我們改用重斗強抓成槽。所選機械為利勃海爾成槽機,機斗重60t,配有垂直度傳感儀和液壓強力糾偏裝置,在成槽中,特別適宜本工程土質(zhì)組成情況,施工質(zhì)量穩(wěn)定。4結(jié)語 通過南浦大橋站地連墻施工的成功實踐,有以下2點體會: (1)在淺層土粘聚力很小的條件下,用物理方法處理原土是很有必要的。水泥土層攪拌的方法是一種成熟可靠的方法。加固體的強度不宜過高,必須在機械可以挖掘的范圍內(nèi),一般不應(yīng)提出無側(cè)限抗壓的指標(biāo),以標(biāo)貫擊數(shù)或比貫入阻力的指標(biāo)來要求比較合適。 (2)對深層的硬土層的挖掘,并不一定用“兩鉆一抓”或其他先破碎硬土的方法,如果擁有強有力的挖掘投備不妨優(yōu)先考慮強挖的方法。有時造成阻力大不一定因為標(biāo)貫擊數(shù)或比貫入阻力大,土對抓斗活動的粘滯摩擦阻力也很可觀。
本工程地質(zhì)條件復(fù)雜,對成槽施工非常不利,主要表現(xiàn)在以下幾點: (1)③、④層淤泥質(zhì)粘土缺失,①層為2m厚的雜填土,16m以淺為②-1、②-2層粉質(zhì)粘土,由于②層土粘聚力微小,其抗剪強度幾乎完全依賴自重應(yīng)力,且?guī)в酗@著的砂性,在動水壓力下容易潰散,同樣在地墻護壁泥漿的浮力作用下,自重應(yīng)力被取消,主體抗剪強度將會完全喪失。而且該層又處于地槽淺層,護壁泥漿側(cè)向壓力相對又較小,顯然②層土是成槽成功與否的關(guān)鍵所在。 (2)在第⑥層及以下是阻力很大的硬土層,其中⑦-1和⑦-2層通常作為樁基礎(chǔ)的持力層,這對成槽機的切削能力和糾偏功能及成槽工藝的選擇是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 (3)該工程環(huán)境保護等級高,在12～21軸靠西端頭井范圍為一級基坑標(biāo)準(zhǔn),該區(qū)域南側(cè)是南浦大橋的引橋橋墩,最近的距地墻結(jié)構(gòu)外邊線僅3.5m,因橋墩基礎(chǔ)長41m,僅深于該處地墻1.5m,抵抗側(cè)向推力的能力較差,橋墩保護問題突出,而且在基坑未開挖時,橋墩已發(fā)生水平位移。2解決軟弱表層在成槽過程中的穩(wěn)定性問題,控制槽壁變形以及對大橋橋墩的影響 勘察報告顯示,②層土的內(nèi)摩擦角并不小,有26°,但粘聚力較小(11kPa),實際開挖后發(fā)現(xiàn)這層土幾乎沒有粘土的特征,在干燥狀態(tài)下可以穩(wěn)定地保持一定坡度,一旦淋雨就立即潰散。護壁泥漿一方面在水平方向?qū)Τ刹郾谑┘訅毫?抵消主動土壓力而起作用;而另一方面,泥漿在砂性比較明顯的②層土所形成的泥皮不夠堅韌,泥漿在鉛垂方向上對土顆粒施加浮力抵消了土的自重作用,從而削弱了土的抗剪強度,所以即使有可觀的內(nèi)摩擦角,表層的深厚粉質(zhì)粘土抗剪強度仍不足。為了驗證,采用Meyehof公式對槽壁不同深度進行了穩(wěn)定和變形驗算。(1)穩(wěn)定驗算利用穩(wěn)定系數(shù)法公式: 驗證結(jié)果表明,不進行槽壁處理,成槽時槽壁的穩(wěn)定和變形都不能滿足要求。 原打算采用提高泥漿的密度和粘度等性能來滿足護壁要求,但由于泥漿密度和粘度較大時對混凝土和鋼筋的咬合不利,也增加澆筑水下混凝土的難度,并易引起鋼筋籠沉放困難、混凝土鋼筋籠上浮等諸多弊病,故棄而不用。 重新考慮采用改善土的力學(xué)指標(biāo),通過攪拌樁加固予以實現(xiàn)。加固后土體的強度遠大于原狀土,從經(jīng)濟角度以及今后成槽機糾偏時切削加固土體等出發(fā),水泥摻量不宜過大,一般取7%。南浦大橋橋墩處,為了控制初期變形的累加,在地連墻與橋墩間增加了水泥摻量為20%的SMW素樁加固,在基坑內(nèi)的被動區(qū)抽條加固部分,采取局部水泥摻量提高到12%。攪拌樁和SMW素樁加固后的槽壁剖面如圖1所示。采用該方案后,解決了②層土強度完全依賴自重應(yīng)力的問題,改善了土的力學(xué)性能,增加了粘聚力,在后來成槽的情況中,可說明這一方案的引用是成功的。由于地連墻與橋墩間增設(shè)了SMW素樁,有效地控制了橋墩向基坑內(nèi)的變形和沉降,橋墩的最終傾斜僅為0.8H2/1000(H2為橋墩的高度),沉降為0.89cm,完全在一級基坑對周邊建筑變形的規(guī)范要求范圍內(nèi)。但攪拌樁加固工藝同時也帶來一些缺點,如導(dǎo)墻下的土體加固攪拌機的垂直控制精度(1/100)遠低于地下墻3/1000的要求,部分槽段因攪拌樁垂直度不夠,成槽機切削攪拌的時間耗費較長,間接影響了槽壁的穩(wěn)定。3解決硬土層中成槽的問題,克服硬土層的巨大阻力順利掘進 施工前考慮的硬土層主要是⑦-1、⑦-2層草黃色粉砂。兩層的標(biāo)貫擊數(shù)分別為29.9和58.7擊, 比貫入阻力分別為12.21和17.62MPa,是非常硬的砂層。解決方法有先鉆孔再用重斗強抓等。由于鉆孔需要專用機械,移動機械、鉆孔的時間又長,所以“兩鉆一抓”的工藝僅作為備用方案。試成槽時,在開挖過程中卻發(fā)現(xiàn),砂層中的阻力不及⑥層暗綠～草黃色粉質(zhì)粘土。雖然名稱均定為粉質(zhì)粘土,但⑥層顯示出很大的粘性,在成槽機穿越4m厚的該層土?xí)r比穿越5～6m厚的⑦-1層粉砂時間還要長。經(jīng)分析,⑥層土的粘聚力高達40kPa,天然重度19 5kN/m3,孔隙比0.7,在成槽范圍的各土層中最重、最密實且透水性極差。抓斗的沉放、提升甚至開合的阻力都很大。硬砂層對成槽的阻力主要是對抓斗齒的端部阻力,而粘重的粘土層不僅是端部的阻力,更主要的是所有摩擦面上的摩擦阻力。基于“兩鉆一抓”不適合粘重土的挖掘,同時又為避免機械來回起動和鉆機出場的麻煩,我們改用重斗強抓成槽。所選機械為利勃海爾成槽機,機斗重60t,配有垂直度傳感儀和液壓強力糾偏裝置,在成槽中,特別適宜本工程土質(zhì)組成情況,施工質(zhì)量穩(wěn)定。4結(jié)語 通過南浦大橋站地連墻施工的成功實踐,有以下2點體會: (1)在淺層土粘聚力很小的條件下,用物理方法處理原土是很有必要的。水泥土層攪拌的方法是一種成熟可靠的方法。加固體的強度不宜過高,必須在機械可以挖掘的范圍內(nèi),一般不應(yīng)提出無側(cè)限抗壓的指標(biāo),以標(biāo)貫擊數(shù)或比貫入阻力的指標(biāo)來要求比較合適。 (2)對深層的硬土層的挖掘,并不一定用“兩鉆一抓”或其他先破碎硬土的方法,如果擁有強有力的挖掘投備不妨優(yōu)先考慮強挖的方法。有時造成阻力大不一定因為標(biāo)貫擊數(shù)或比貫入阻力大,土對抓斗活動的粘滯摩擦阻力也很可觀。
