槽壁加固在淤泥地层地下连续墙施工中的应用与效果.docx

第 2 期UNDERGROUND ENGINEERING AND TUNNELSNo 2槽 壁 加 固 在 淤 泥 地 层 地 下 连 续 墙 施 工 中 的 应 用 与 效 果沈骅( 上海市隧道工程轨道交通设计研究院)摘 要: 结合福州地铁 1 号线白湖亭站基坑工程实际，介绍了在淤泥层的土层条件下，采用槽壁加固对于保证地下连续墙施工质量和控制基坑变形所起的作用，并对成槽施工和开挖施工的效果进行分 析和总结，可供类似工程设计与施工参考。关键词: 地下连续墙; 基坑工程; 槽壁加固; 淤泥层; 水泥搅拌桩; 控制变形; 垂直度地铁工程建设中，地铁车站深基坑施工已成为控制整个 工 程 风 险 的 重 要 环 节。地 下 连 续 墙 具 有 整体刚度大、止 水 效 果 好、对 周 围 环 境 影 响 小 等 特 点，所以 已 普 遍 应 用 于 地 铁 车 站 深 基 坑 工 程。 上 海、杭州、宁 波、福 州、广 州 等 南 方 城 市 由 于 淤 泥 软 土分布较为 广 泛，并 且 厚 度 较 大，若 用 传 统 的 方 法 施工地下连 续 墙，则 槽 壁 的 稳 定 性 往 往 难 以 保 证， 宜导致槽孔 坍 塌、缩 颈 等 问 题，甚 至 使 得 施 工 难 以 进行。通过采用槽壁加固的方法，可增加地下墙两 侧土体强度，并 起 到 隔 水 作 用，对 于 降 低 地 下 连 续 墙施工风险具有重要的意义。高压缩性，物理力学性质极差( 见表 2) 。表 1 土层分布情况表1工程概况福州 地 铁 1 号 线 白 湖亭 站 为 地 下 双 层 岛 式 车表 2各主要土层物理力学参数表站，位于福 州 市 仓 山 区 则 徐 大 道 则 徐 广 场 西 南 侧。车站主体沿则徐大道布置，车站主体结构的基坑长约 173 m，宽 约 21 m，站 台 中 心 处 基 坑 深 度 约15 8 m; 两侧端头 井 基 坑 深 度 分 别 约 为 16 9 m 和17 6 m。1 1工程地质与水文地质特点拟建场地浅层主要由杂填土、黏土、淤泥、粉质 黏土及淤泥质土组成( 见表 1) 。本场地地下水按地 层渗透性属于弱透水，上层滞水主要赋存于浅部地 层的杂填土及粉质黏土层中，为孔隙水，水量不大。 本场地上层滞水与其它含水层水力联系较差，此外 本场地未见透水性较强的承压含水层。根据地质报告，车站基坑坑底基本位于淤泥质 土层中，坑底以上淤泥层厚度为 4 7 10 m。该 土 层的天然含 水 量 极 高，呈 流 塑 状，具 有 高 灵 敏 度 和 34 0PLs1 2土层名称天然重度天 然 含水量天 然 孔隙比塑性指数液性指数压缩模量抗剪强度固结快剪kN / m3W%eIIEMPa内聚力ckPa内摩擦角( )黏土17 9333 00 99717 20 524 7432 416 5淤泥15 1669 71 93222 61 791 5711 97 5粉质黏土18 9029 00 84315 30 315 8645 519 8淤泥质土16 7148 11 34016 61 352 9916 38 7黏土18 9826 10 79917 60 126 3551 518 5淤泥质土16 6150 21 38317 91 243 3825 211 1土层编号( 1) 1( 1)( 2)( 3)( 4)( 5)( 6)( 7)土层名称混凝土 块石杂填土黏土淤泥粉质黏土淤泥质土黏土淤泥质土层顶深度/ m00 001 001 603 202 204 306 6014 3010 7020 2018 5027 2026 0042 30揭示层厚/ m0 11 001 304 000 401 904 4010 001 706 002 1014 304 7020 301 509 70沈 骅: 槽壁加固在淤泥地层地下连续墙施工中的应用与效果第 2 期1 2基坑围护结构设计方案根据本车站周边环境、工程和水文地质条件以 及工程造价等方面因素的综合分析，本站主体基坑 系采用 800 mm 厚、29 m 深的地下连续墙作为围护结构，采用明挖挖顺做法施工。车站基坑标准段采用 4 道支撑( 见图 1) ，两侧端头井采用 5 道支撑，其中第一道均为钢筋混凝土支撑，其余为 609 ( 壁厚16 mm) 钢管支撑。图 1围护结构横剖面图安全系数 K = 0 81 1。说明在本场地 土 层 中 槽 壁稳定性差，在 成 槽 施 工 中 将 存 在 很 大 风 险。因 此，在本工程拟对槽壁进行预加固处理。槽壁加固 一 般 可 采 用 双 轴 或 三 轴 水 泥 土 搅 拌 桩、高压旋 喷 桩、注 浆 及 降 水 等 方 法。综 合 考 虑 本 工程的特点，为了保证工程质量以及槽壁加固体的 垂直度，采用了 直 径 850 mm 三 轴 水 泥 土 搅 拌 桩 对 槽壁两侧土体进行预加固，加固深度至基坑底下 5 m，水泥掺量为 20% ，要求土体 28d 无侧限抗压强度 qu 1 0 MPa。为了增强地下墙外侧的止水效果，迎 土面一侧的搅拌桩采用套打施工，而开挖面一侧的 采用搭接 250 mm 施工( 见图 2) 。2槽壁加固的设计方案本场地坑底以上浅层土主要为流塑状淤泥，自立性差。根据槽壁稳定性验算方法，黏土中泥浆沟槽坍塌安全系数 K 按公式( 1) 计算:NCuK =( 1)P0m P1m式中: N 为条形基 础 的 承 载 力 系 数，对 于 矩 形 沟 槽N = 4 ( 1 + B / L) ，B、L 分 别 为 沟 槽 的 宽 度 和 平 面长度。P0m 为沟槽开挖面侧的土压力和水压力( MPa) 。P1m 为沟槽开挖面内侧的泥浆压力( MPa) 。Cu 为土的不排水抗剪强度( Cu = qu /2)( MPa) 。3槽壁加固及基坑开挖的施工效果成槽施工效果经过槽壁 加 固 后，在 本 工 程 基 坑 的 71 幅 地 下根据本场地勘察资料，成槽范围内土加权容重为 16 1 KN / m3 ，施 工 时 泥 浆 比 重 为 1 1，静 止 土 压力系 数 平 均 为 0 49; 无 侧 限 抗 压 强 度 qu 平 均 为30 6 kPa。经计算，地 下 连 续 墙 成 槽 时 槽 壁 坍 塌 的3 1墙施工过程中没有发生任何险情，进展顺利。所有槽 35 沈 骅: 槽壁加固在淤泥地层地下连续墙施工中的应用与效果第 2 期图 2槽壁加固大样图段的混凝土浇灌充盈系数均在规范允许范围的1 03 1 08 之间内，未发生塌孔和缩颈等现象。本工程 在每幅地下墙成槽完成后，都采用了槽壁超声波检 测。结果表 明: 垂 直 度 均 保 持 在 1 /450 1 /500 之 间，其他各项 检 测 指 标 ( 如 成 槽 尺 寸、沉 渣厚 度 等) 也均满足 要 求。说 明 槽 壁 加 固 保 证 了 成 槽 的 稳 定 性，并达到了预期的效果。3 2 开挖施工效果本基坑开 挖 坚 持 分 层 开 挖、先 撑 后 挖 的 原 则。从现场开挖效果来看，槽壁加固体与地下墙结构紧密贴合，加 固 体 完 整，地 下 墙 墙 面 光 滑，整 体 性 好，侧壁的垂直 度 保 持 良 好，无 夹 泥 或 侵 界 等 现 象，并且墙面及接缝处保持干燥，基本无渗漏现象发生。但是，在土 方 开 挖 过 程 中，当 开 挖 至 南 端 头 井 处，碰到了槽 壁 加 固 土 体 过 于 坚 硬 的 现 象，普 通 挖 掘机难以挖 除，局 部 需 先 用 风 镐 破 除 水 泥 土 体，影 响了施工 的 速 度。根 据 现 场 水 泥 土 搅 拌 桩 取 芯 试 验结果( 见表 3) ，水泥土在 32d 龄期后( 地下墙成槽 时) 达到了 1 3 1 5 MPa，符合设计要求。表 3 水泥搅拌桩芯样抗压强度试验结果汇总表水泥土 强 度 与 水 泥 掺 入 比、龄 期、土 体 性 质 及外掺剂等因素密切相关。经研究分析，淤泥水泥土 的强度随水泥掺量增加和龄期增长而提高，在龄期 超过 28d 后，强度仍有明显增长，而水泥土的强度和 龄期两者之间大致呈幂函数关系( 见表 4) 。本工程南 端 头 井 基 坑 三 轴 水 泥 土 搅 拌 桩 槽 壁加固的施工时间为 2010 年 3 月份，南端头井基坑土方开挖时间为 2011 年 1 月份，此处加固土体从成桩完成到开挖历时约 10 个月。根据表 3 中的公式可得出水泥土搅拌桩在基坑开挖时的强度为:0 4550 455fcu= 0 239 T3 05 MPa= 0 239 270=( 2)通过以上计算，以槽壁加固和基坑开挖时间等情况，可知，由于槽壁加固的三轴水泥土搅拌桩加固 36 桩号浇捣日期龄期d芯样位置 / m试件编号试件高度 / mm试件直径 / mm抗压强度 / MPa抗压强度平均值 / MPaW3452010 年5 月 13 日32( 上)3 1 5 2186 586 21 251 3286 386 21 39386 286 21 29( 中)10 0 13 1186 386 61 311 3286 186 41 28386 286 41 40( 下)18 2 21 5186 986 81 571 5286 887 01 43386 987 01 63沈 骅: 槽壁加固在淤泥地层地下连续墙施工中的应用与效果第 2 期表 4 淤泥水泥土强度与龄期相关分析成果移、墙顶水平位移及支撑轴力等方面进行的全程监测和监测数据表明，基坑在开挖过程中一直处于稳 定状态，未发生过报警及险情。从表 5 和表 6 中可 以看出，地下墙位移值与钢支撑轴力值的监测数据 基本上与理论计算值相符，并且略小于理论计算结 果。一般来说，在淤泥等软土基坑中围护结构实际 位移值将大于计算值。本工程表明，槽壁加固对于 控制地下墙的变形具有明显的作用。表 5 开挖至坑底地下墙位移值( mm)体的强度随着时间的增长而逐步增大，从而导致开挖困难。3 3监测结果分析通过第三 方 监 测 单 位 对 地 下 连 续 墙 的 水 平 位表 6 开挖至坑底钢支撑轴力标准值( kN)置时间过长容易造成开挖困难。4结语1) 在基坑土层中的淤泥层厚度和 基 坑 开 挖 深参考文献:1刘国彬，王卫东 基坑工程手册M 北京: 中国建筑工业出版社 2009丛蔼森 地下连 续 墙 的 设 计 施 工 与 应 用M 北 京: 中 国 水 利水电出版社，2001建筑地基处理技术规范 DBJ15 38 2005谢蒙，汤浩 水泥 土 强 度 与 水 泥 掺 入 比、龄 期 的 相 关 分 析J珠江现代建设，2006( 收稿日期: 2012 02 08)度较大的情况下，地下连续墙成槽施工存在一定风险，宜对地下 墙 两 侧 土 体 进 行 预 加 固，以 增 强 槽 壁的稳定性，保证施工的顺利进行。22)槽壁加固可以提高地下连续墙的施工质量，34增强地下连续墙的抗渗止水性能，同时对于控制基坑变形也有一定的帮助。3) 在采用水泥土进行槽壁加固的情况下，加固 体的强度将随着时间的增长而不断增大，加固体搁 37 端头井支撑标准段支撑第 1 道第 2 道第 3 道第 4 道第 5 道第 1 道第 2 道第 3 道第 4 道理论计算466 5565 91165 21050 4721 71036 7968 91090 51001 4监测数据470 8833 5989 2613 1998 1858 6789 5端头井标准段墙顶位移最大位移墙顶位移最大位移理论计算7 922 77 124 6监测数据4 3205 219 2水泥掺入比 / %幂函数关系式对数函数关系式12fcu = 0 188T0 358( n = 5，r = 0 981)fcu = 0 265lnT 0 245( n = 5，r = 0 966)15fcu = 0 172T0 445( n = 5，r = 0 980)fcu = 0 429lnT 0 636( n = 5，r = 0 953)18fcu = 0 242T0 397( n = 5，r = 0 999)fcu = 0 431lnT 0 489( n = 5，r = 0 991)21fcu = 0 239T0 455( n = 5，r = 0 984)fcu = 0 619lnT 0 918( n = 5，r = 0 954)第 2 期英 文 摘 要10 and Line 13) and surrounding buildings，technical difficulties and corresponding solutions for the integrated constructionof interchange station and nearby buildings are analyzed Through scientific design and strict construction control，the totalsettlement and differential settlement of jointly built rail transit station and surrounding buildings are small and theres only alittle leakage at the integration part The project obtains the anticipated effect( 34) Application and Effect of Panel Soil Consolidation in Diaphragm Wall Construction in Mud Layer Shen HuaCombined with the excavation project of White Lake Pavilion Station of Fuzhou Subway Line 1，it introduces the benefitsof using panel soil consolidation to control the construction quality of diaphragm wall and the deformation of foundation 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