深圳地铁皇岗站南端驳岸围护结构施工技术

深圳地铁皇岗站南端驳岸围护结构施工技术提要本文主要介绍在大量大直径抛填片石河岸地基、回填土上，采用双液注浆、高压旋喷注浆等技术施作地下连续墙，达到不渗、不漏的成功作法。关键词河岸地基抛填片石止水帷幕地下连续墙1前言皇岗站在设计之初采用地面站，是因南端驳岸解决防水问题非常困难，但地面站设计形式将给整个站区环境带来许多不利影响，最终由市领导权衡利弊，改建地下站，皇岗站的防水问题又成为必须解决的问题。经过认真分析确定了从补充地质详勘，双液注浆止水帷幕，增设钢花管保护驳岸，取石回填，高压旋喷注浆加固两侧土体，到最后进行连续墙施工的一系列施工方案，取得了良好的效果，本文就方案的选择和施工过程进行综述，对基坑围护工程设计、施工提供参考。2工程概况2.1工程环境及设计概况深圳地铁皇岗站南端为深圳河，车站与深圳河呈47.5°夹角，离驳岸最小距离10m。对岸为香港，车站与联检楼合建，通过双层斜拉桥跨深圳河连接深港两地。皇岗站工程项目的特定位置和作用，具有非常的显要性和地区环境的重要性。车站为地下一层，地面四层，站台层的设计起点里程为SSK0+542.853m，车站全长219.102m，基坑宽度22.65～41m，基坑深9m。车站围护结构1/01～3轴因受保税区一号桥净空影响采用70根Φ800钻孔桩作为围护结构，3～24轴采用83幅厚600mm地下连续墙作为开挖时的围护结构，以后又与内衬叠合，成为车站结构主体部分，地下连续墙CW-36～CW-49计14幅地下连续墙位于驳岸抛石范围，该部分成为皇岗站围护结构施工的难点。2.2工程地质及水文条件2.2.1工程地质站址区为冲积平原，地形平坦，地势低平。站区25m深度内自上而下分布的地层为：①人工堆积层（Q4ml），含粉质粘土、粘土、中粗砂、碎石、块石、砖块及少量生活垃圾。块石岩性主要为花岗岩，直径最大可达1.5m，块石间充填碎石、砂及粘性土，层厚1.5～10.9m，主要分布于皇岗码头的驳岸附近。②海积层（Q4m），灰色流塑状淤泥，含大量贝壳和腐植质，局部夹粉细砂，层厚1.9～4.0m，属高压缩性土。③海冲积层（Q4m+al），含淤泥质粘土、粉质粘土、粉砂、中、粗砂、砾砂、圆砾，层厚0.5～7.5m。④残积层（Q4el），砾质粘性土，硬塑，层厚0.9～3.1m，属中压缩性土。⑤下伏燕山期花岗岩（r53），中粗粒斑状结构，块状构造，连续墙及桩基置于其中、微风化层上。2.2.2水文条件场区地下水为孔隙潜水及基岩裂隙水。孔隙潜水主要赋存在粘性土层、砂层（中、粗、砾砂）和残积层，砾质粘性土具弱透水性，为相对隔水层。基岩裂隙水赋存在花岗岩风化带内，全风化层及微风化层中地下水较少，透水性较差，强风化及中等风化层透水性相对较好。地下水迳留方向一般由北向南。地下水主要补给来源为大气降水及深圳河水，迳留方向一般由北向南。W1~W2W3地面结构体Ｑ4mlγ53驳岸沉箱体W1~W2W3地面结构体Ｑ4mlγ53驳岸沉箱体抛填块石Ｑ4ml+alＱ4mＱ4mlＱ4ml连续墙勘测期间地下水埋深1.2～4.7m，水位高程-1.59～2.23m，水位变幅0.5～2.0m。经取样化验：地下水对混凝土结构具中等硫酸盐腐蚀，对钢结构具中等腐蚀。深圳河水对钢构具弱腐蚀。附图1：地质剖面图3止水帷幕-取石回填方案的选择和施工3.1地下连续墙方案设计回顾皇岗站南端起点离深圳河仅10m，其下为修建驳岸时回填的花岗岩块石，直径达1.5m，层厚1.5～10.9m，片石间充填碎石、砂及粘性土，经箱涵改移至驳岸处开挖揭示，属强透水层，直接与深圳河水连通。皇岗站由地面站改为地下站，深圳河常年水位高于车站底板7m。防水的成败是确保整个地铁运营安全的关键。在深基坑围护结构形式中只有地下连续墙是同时满足：承重、挡土、防水要求的最好结构形式，为此如何解决连续墙成槽是需要解决的关键问题。3.2补充地质详堪及方案选择在铁三院提供的地质资料基础上，确定抛石范围，并布置补充详堪探孔共22个，在连续墙CW-37～CW-48每幅槽段中心设一个。其作用有两点：①对详细了解抛石范围，埋层深度，为止水帷幕施工提供依据。②为了解其它土层确定其透水性和确定中风化岩面为连续墙入岩施工提供依据。施工采用6台100型地质钻孔同时钻探。根据钻探资料，地下连续墙CW-36～CW-49范围存在大量抛填片石，厚4～9m粒径达1.5m以上，若根据现在的施工工艺方法进行成槽施工，如①直接用成槽机抓槽；②用Φ800冲击钻先按钻孔桩冲孔成槽，然后抓槽；③注浆固结后，冲孔成槽。均极易造成孔壁严重坍塌、卡钻、卡抓斗，其质量、工期均无法得到保证。经过认真分析，选择了“明挖取石”方案，该方案需要解决：止水、驳岸保护、回填土密实度。3.3“止水帷幕、取石回填”施工1）主要施工步骤：地质钻探→双液劈裂、充填注浆→双液渗透注浆→埋入钢花管→分段开挖紧跟回填→旋喷加固→导墙施工。2）止水帷幕布置经过对补堪资料认真分析，布置了呈“U”型的止水帷幕，在靠驳岸最近处长30m设四排双液注浆，在东西侧设三排双液注浆，注浆孔间距要求排距1.0m，孔间距0.8m，梅花形布置。注浆钻孔开孔直径要求42～59mm，垂直精度小于1%，根据粘土层、片石层、砂层的不同地质特性，分别采取“劈裂、充填、渗透”注浆工艺，注浆孔共375个，其中埋置140个钢花管。3）双液劈裂、充填注浆①双液水泥、水玻璃液浆配比（体积比）A液B液A液（重量比）B液（体积比）水泥：水(1000kg：：100kkg)水玻璃：水(11：1)11劈裂、充填双液注浆，A液为水灰比1：1的水泥浆液，B液为波美度20度的水玻璃浆液，水泥采用R32.5的普通硅酸盐水泥，每米长度水泥用量约为150kg。为了增加可灌性，可根据现场情况适当调节浆液的凝固时间，浆液凝固时间一般控制在30秒至1分钟之间。②工艺特点施工方案为在地面直接进行钻孔施工，利用双液管法注浆工艺在粘性土中及块石中劈裂和挤压充填，使周边地层的土质被硬化压缩，形成脉状及块状水泥浆固结体与原状土混合在一起而形成复合地层，从而改善土的力学性能，增加块石间粘接力，即可达到开挖时不塌陷，无明显渗漏水现象。③施工顺序及要求a、钻孔：填石层用金钢石钻头成孔，由于填石层厚度不匀，应准确判断各土层厚度，钻孔底面必须入砂质粘性土层0.5m以上。b、清孔：钻孔到位之后，先用清水冲洗。c、注浆：清孔后，用注浆泵通过钻杆向孔内注浆，首先实施砂质粘性土与粘土层交界面注浆施工。d、提升0.5米钻杆：完成设定注入量，粘土层注浆量为20%，填石层为25%～30%。注浆速度：按10～20升/分控制注浆时间：按分段（0.5m）10分钟左右控制。注浆压力：控制范围在0.2～1Mpa，终压必须在0.5Mpa。e重复施工顺序d。采用上升式方法进行施工至河水位于0.5米以上。f、另一钻孔施工：应实施跳孔施工，并采用先外侧后内侧的方法进行。相邻孔施工间隔时间应大于12小时。4）双液渗透注浆①双液渗透注浆配合比（体积比）A液B液水玻璃（升）1100～150固化剂（升）225～30水（升）50～～100水剩余200升200升A、B液的注入比例为0.7～1.0，注入浆量与土层性质、深度有关，实际注入浆量在0.2～0.25m3/m。②工艺特点渗透注浆是通过钻机将注浆管打入需改良的土体范围内。通过注浆压入土体中，通过渗透作用，使土体粒子间的水被强行排出改良范围之外，并将土体粒子间的间隙压缩，挤密，从而可以提高土体的粘接性强度，降低透水率，在砂层和残积层，可取得较好的止水加固效果。注浆扩散有效半径：0.5～0.6m。注浆后土体渗透系数达到0.01m/d量极。③施工顺序及要求水泥、水玻璃双液注浆注浆完毕后，再进行钻孔施工，钻孔深度至中风化岩面。然后实施双液渗透注浆施工，注浆深度从中风化面至进入填石区域0.5m以上，其注浆参数控制与“劈裂注浆”相似。5）钢花管的埋设为加强止水帷幕挡土、止水能力，保护深圳河驳岸，根据专家意见，在双液渗透注浆施工完成后，在靠近驳岸范围按原孔位埋入Φ32钢花管，埋置深度为中风化岩面到地面0.5m以上，埋置后沿钢花管对中风化面上4米补注双液浆，以上部分灌注水灰比0.75的水泥浆至孔口。对地面外露钢花管增设钢筋网连成整体，灌注30cm厚砼。钢花管尺寸：采用Φ32钢管，埋置端部需开Φ8孔，开孔形式为梅花状，开孔长度20cm，孔间距为横向6cm，纵向10cm，钢花管连接用Φ26管焊接。6）开挖取石及回填止水帷幕施工完成后，沿连续墙中心线由西向东分段开挖，取出片石，施工中外侧土体开挖坡度1：0.3～1：0.5，内侧坡度1：1～1：1.5。开挖后紧跟回填，回填时采用优质粘土作填料，用机械碾压密实。施工中因受下雨影响，在基坑外侧坡顶3米采用注浆锚杆，另因粘土含水率较大，掺加了部分熟石灰。7）高压旋喷注浆固结回填土在连续墙两侧各设1排Φ800高压旋喷桩，注浆深度进入原状土2m，顶面高于导墙底0.5m，孔间距1m，离导墙内边间距0.5m。附图2注浆帷幕布置图4地下连续墙施工4.1导墙设置根据回填加固后的地质情况，导墙设置采用“┓┏”形式，深1.5m，宽1m墙厚0.2m，转角处导墙外放量大于0.3m。4.2槽段划分及施工顺序根据槽壁机抓斗最小抓槽长度，选择槽段长度≥5m的槽段作首开幅（两端带H型钢），长度＜5m及“L”型槽段作接续幅（一端带H型钢），或闭合幅（两端均不带H型钢）。首开槽段按“三段式”施工，接续幅按“二段式”施工，槽段超挖宽度50～70cm。4.3成槽施工成槽设备：CW-36～CW-40幅东侧采用德国HS843HD型抓斗成槽机，CW-41～CW-49幅西侧采用日本真砂MHL60100AYH型抓斗成槽机，均配备自动测斜、纠偏装置，成槽精度大于1/300。施工选择“抓——冲”方案，即用成槽机直接抓槽至抓不动，再用CZ-30冲击钻冲到设计标高。施工中一个槽段用两台冲击钻同时施工，冲击入岩先用圆锤冲主孔，再冲副孔，然后用方锤修孔。4.4泥浆循环选用比重适中泥浆配比，既保证成槽的稳定性，又不影响砼浇灌质量。施工中配合比为：水（1m3）：膨润土（75～80kg）：CMC（0.5～0.8kg）：纯碱（0.3kg）。如遇砂层取括号中大值。泥浆循环方式：抓槽时由泥浆池补浆，清槽方式东侧采用气举反循环，西侧采用泵吸反循环，清槽时让清孔管在槽底部反复移动，务必清净槽底沉碴。钢筋笼入槽后，再由导管孔利用气举反循环清除下放钢筋笼过程中刮壁带下的泥碴。4.5钢筋笼制作吊装钢筋笼长16～22m，宽3.1～6.5m，重8～17吨，钢筋笼在平台上制作，平台尺寸8×25cm，平台内埋设15号槽钢，槽钢外露5cm，间距2m。钢筋笼在平台上精确放样，为满足连续墙精度要求，利用“胎具”制作纵向桁架，为增强钢筋笼整体刚度，制作中增设剪刀筋和横向桁架。钢筋笼吊装采用80t履带吊和25t汽车吊双机配合整片吊装。吊点设置：主吊：钢筋笼顶部设置4个吊点，在连续墙顶下约6m设2个吊点，起吊时钢筋笼顶部下侧两个吊点与墙顶下6m处2个吊点，通过滑轮连接。钢筋笼顶部上侧两个吊点分别预留两条钢丝绳长约7m。在钢筋笼入槽后，用槽钢将钢筋笼暂时横担在导墙上，然后将主吊钢丝绳与预留钢丝绳相连后继续下放。副吊：对于钢筋笼长度≤20m的，设置4个吊点，长度≥20m的设置6个吊点，通过双滑轮连接。施工中根据钢筋笼长度、宽度、结构形式精确计算吊点位置，防止钢筋笼变形，以利于顺利入槽和减少入槽过程中刮壁引起坍塌及沉碴超标。吊攀吊攀主钩副吊钩预留钢丝绳φ32吊环附图3钢筋笼构造与起吊方法4.6水下砼的灌注砼灌注3～6m宽槽段设2根导管，隔水栓采用球胆，砼均采用商品砼，每个槽段的每车砼均作坍落度试验，发现不合格严禁使用，施工中曾连续退回7车砼，确保了砼的灌注质量。4.7H型钢接头和刷壁槽段接头采用50H型钢钢性接头，H型钢底面距槽底10cm，顶面高于连续墙50cm。H型钢接头外侧在冀缘内嵌3cm厚泡沫板，纵向加竹片、横向用方木条将泡沫板卡紧，防止在型钢槽内形成泥皮和绕流砼进入型钢冀板沿难以清除。H型钢两侧焊50cm宽，0.5mm厚铁皮，防止砼绕流。钢筋笼下放就位后，将H型钢外侧用袋装粘土夯填密实，袋间加入少量碎石。对于首开幅，两端带H型钢，H型钢与钢筋笼焊成整体，钢筋笼下放定位两端回填密实，再次换浆后灌注砼，对于接继幅需进行一端刷壁，闭合幅需进行两端刷壁，刷壁器用钢板焊制，侧面焊三排钢丝刷，刷壁器宽0.5m，高2m，重约1t。刷壁直刷到钢丝刷上不出现泥皮后再刷三次，才允许下放钢筋笼。附图4：地下墙接头构造图在闭合幅施工中，因设计钢筋笼两端与已灌注槽段的H型钢端面间距仅2cm，这给施工带来很大难度，施工中首先提高钢筋笼垂直精度和均匀对称回填密实，防止砼灌注形成偏压位移。在闭合幅开挖后及时使用超声波测壁仪测试结果，对闭合幅钢筋笼作相应调整，确保钢筋笼顺利就位。5实施效果①质量：在取石开挖过程中，仅有少量渗水，不影响取石回填，经过对驳岸监测，位移仅10mm，起到了保护效果，回填土旋喷