上海四川北路4街区综合开发桩基围护工程地质特点

上海四川北路4街区综合开发桩基围护工程地质特点

1桩锚支护结构防渗透膜段幅间止水上海四川北路第四街108号综合开发桩基温包结构位于四川北路与天飞路交汇处，占地面积约30.08万米，地基面积约2.2万米。主体柱的挖掘深度约为23.7米，楼梯室的挖掘深度约为22.4米，井柱的深度约为25.75米。本工程基坑围护结构采用柔性接头的地下连续墙的形式,开挖过程须降承压水,外围超深地下连续墙已将第(7)层粉砂层中地下水隔断,但由于本工程周边环境复杂,紧邻轨交12号线隧道以及邮政博物馆等历史保护建筑,为防止开挖过程中地下水从地下连续墙接缝处渗漏至基坑内,减小降低承压水施工对周边环境的影响,本工程采用“超深双高压旋喷桩结合二重管高压旋喷桩、三轴搅拌桩槽壁加固和定向摆喷对外围地下连续墙和基坑分隔墙接缝”进行幅间止水。由于基坑分隔墙处仅布置了1根双高压旋喷桩,为保证期止水效果,增设了定向摆喷施工。本工程双高压旋喷桩深度达到49.5m,桩径1.6m,桩心距离地下连续墙300mm,桩间距1100mm,桩间搭接500mm。地下连续墙接缝构造止水措施见图1,图中剖面用于分隔墙幅间止水。双高压旋喷桩水泥掺量为500~600kg/m3,加固体28d无侧限抗压强度不小于0.8MPa。2地质水文条件2.1分层填土分析本工程场地为古河道沉积区,浅部土层分布较稳定,中下部土层除局部区域有一定起伏外一般分布较稳定。在所揭露深度130.40m范围内的属第四纪中更新世Q2至全新世Q4沉积物,主要有黏性土、粉性土、砂土组成,一般具有成层分布特点,工程地质概要描述如下:(a)拟建场地的第(1)层填土,上部约1.5m范围以杂填土为主,土质不均匀;下部多以黏性土为主,夹植物根茎。局部区域杂填土较厚,深度达3.2m。(b)拟建场地原居民区表层以杂填土为主,夹碎砖、混凝土碎块、块石等建筑垃圾,土质不均匀。(c)场地浅层分布有第(2)3层和第(4)层土等松散粉性土或软弱黏性土层为主,有明显的触变和流变特性,在动力作用下土体强度极易降低。(d)第(2)3层以粉性土为主,透水性好。(e)第(5)层黏性土,层面埋深约18m,根据土性不同分为3个亚层:(5)1粉质黏土层,(5)3粉质黏土层,(5)4暗绿~灰绿色粉质黏土层。(f)第(7)粉砂层,饱和中密状态,中等压缩性,场地内均有分布,但该层层厚较薄,厚度在2~4m之间。(g)第(8)1黏土层,软塑~可塑状态,中等压缩性,该层土厚度较厚,在拟建场地内分布稳定,层面起伏平缓。2.2普通话2.2.1地下水静物标准本工程场地浅部地下水属潜水类型,受大气降水及地表径流补给。上海市年平均高水位埋深为0.50m,低水位埋深为1.50m,勘察期间所测得的地下水静止水位一般在2.00~2.20m之间,其相应标高一般在2.13~1.06m之间。2.2.2承压水层的影响本工程场地内承压水主要为深部第(7)层、第(9)层及第(7)11层承压含水层,对本工程有直接影响的为第(7)层承压水。勘察期间测得第(7)层承压水头埋深约为6.60m。3管道输送+电磁转向阀+摆喷钻杆本工程所采用的双高压旋喷桩施工工艺是在普通三重管高压旋喷桩工艺的基础上发展而来。该工法采用的设备不同于日本的RJP工艺所采用的设备,而是在普通三重管高压旋喷桩设备基础上优化而来——水泥浆、水和空气采用超高压柱塞泵和超高压空气压缩设备;为安全输送超高压流体和气体而采用高强度的输送管道和密封性更好的钻杆;同时为满足摆喷施工采用特制的电磁转向阀、摆喷钻杆和转换接头。其加固原理是:将钻杆放至指定位置后,通过超高压柱塞泵和超高压空气压缩设备对水泥浆、水和压缩空气喷射流增压,通过输送管路输送至钻杆前端的钻头喷嘴处。喷嘴分上下2组:上方一组喷射超高压水射流,在钻杆提升过程中先行对土体进行切割,超高压水射流周围有超高压空气幕辅助切割土体;下方一组喷射超高压水泥浆射流,对土体进行二次扩大切割搅拌,超高压水泥浆射流周围也有超高压空气幕辅助切割搅拌,钻杆提升的同时水泥浆与土体搅拌混合形成加固体。由于采用了特制的增压设备、钻杆和喷嘴,此工法具有桩径大、加固深度大、可进行任意角度定、摆喷施工,且加固直径和强度比较均匀等优点。4施工要点4.1试成桩施工技术双高压旋喷桩及定向摆喷喷桩施工的施工参数需要根据场地内地质情况、加固深度、设计桩径大小、桩体垂直度和搭接要求等情况进行综合确定。本工程正式开工前进行了试成桩施工,试成桩采用设计推荐施工参数的上限值,从设计底标高一直施工至地面,成桩3d后开挖桩头,测量成桩直径,在地面测得的成桩直径为2200mm,大于设计直径。依此确定双高压旋喷及定喷施工参数如表1所示。4.2喷射管的安装双高压旋喷桩工法施工机械主要有GP-16型旋喷钻机、3DS-Z高压柱塞泵、VFY-6/8型空压机、水泥浆搅拌机、泥浆泵、XY-2型地质钻机等。用于旋喷的喷射管采用高强度钢管,每根管长度3m,管与管之间采用精密螺纹连接,保证钻杆连接后的整体平直度。喷射管外径为89mm,由3根同轴圆管组合而成。高压水泥浆由中间管输送,中间管以外的2层环状空间分别输送高压清水和压缩空气。喷射管间设置精密橡胶垫圈,保证管节间良好的密封性,确保施工过程中高压介质不外漏。用于定向摆喷的喷射管由4根相互平行的钢管嵌套在1根较粗的钢套管中组成,分别喷射水、气、浆,另留1根备用。外套管之间采用内法兰连接,介质管间由两端带有密封橡胶圈的接驳头连接。喷射器与同轴喷射管相同,由1个转换接头与喷射管连接(图2、图3)。4.3施工方法4.3.1钻机垂直度测量方案按设计图纸要求和地下连续墙接缝实际位置放线,将孔位用油漆标注于导墙之上,孔位偏差小于5cm。钻机就位后,钻头对准桩位中心,用水平尺测量钻机水平度,并通过4个液压臂校正钻机的水平度,满足要求后用线锤测量钻杆垂直度,保证钻杆垂直度误差小于1/200;然后放下钻机撑脚将钻机摆放稳定,防止钻机移位,偏离桩位中心。导向孔的垂直度决定了桩体的垂直度,若桩体垂直度不好,桩体与地下连续墙没有密贴,将不能起到幅间止水效果。根据本工程施工经验,导向孔成孔多数向远离地下连续墙一侧倾斜,将钻机长边与地下连续墙方向垂直布置,并将钻机正面朝向地下连续墙面,可有效减小导向孔倾斜。4.3.2一次钻杆垂直度钻机钻进过程中同时做好护壁,必要时人工造浆,防止塌孔,密切关注泥浆、地层变化和障碍物情况。钻进过程中每隔一段时间测量一次钻杆垂直度,超过允许值立即停止钻进,重新校正钻杆垂直度,保证成孔的垂直度。同时详细记录钻杆进尺情况、成孔情况、遇障碍物标高等数据,根据不同土层情况及时调整钻压和钻速。由于成孔深度较大,为减少钻具被埋,可采取措施予以避免或处理:加大旋喷机提升力和扭力、现场准备拔管器、加大钻孔孔径等。4.3.3施工前预应力锚索钻杆垂直度测量施工措施,主要分为3个被建构筑物和3.成孔完成后,将钻机移开进入下一孔钻进施工;然后旋喷机就位,并对准钻孔,用水平尺测量喷机水平度,并通过4个液压臂校正钻机水平度,最后用吊锤测量钻杆垂直度,通过校正确保喷机塔垂直;然后将钻杆下放至设计标高。在本工程施工中,为保护市政公用管线和周边建(构)筑物,采取了以下措施:(a)钻机成孔时,加大钻孔直径,使注浆管与孔壁间留有较大间隙,便于孔内压力释放;(b)施工前预钻压力释放孔,使孔内压力及时释放,减少挤土效应;(c)下喷射管过程中,用高压水清洗钻孔,使孔径扩大,便于孔内压力释放。4.3.4a型幅间止水浅部区域开启2台超高压柱塞泵(分别对水泥浆和清水加压)和空气压缩机,检查各施工参数是否符合施工要求。水、浆、气三压稳定且达到施工参数后开启提升装置,待地面泛出正常回浆后开始提升。在提升过程中卸管或接管后,继续喷浆时应复喷100mm,以确保桩身搭接质量。本工程A型幅间止水浅部为二重管高压旋喷桩,深部为三重管双高旋喷桩,实际施工中采用1台三重管双高旋喷桩机进行。先按照设计要求施工深部三重管双高旋喷桩,然后关闭高压水,调整提升速度和喷浆压力至满足施工要求,接着进行浅部二重管高压旋喷桩施工,可加快施工速度。4.3.5高压注浆泵和电磁转向阀控制定向摆喷旋喷桩施工完毕后,再次调节下喷射管至设计底标高,保持高压水泵关闭,开启空压机、高压注浆泵和电磁转向阀后开始定向摆喷施工。喷射前确保喷嘴面向地下连续墙接缝,摆喷角度为120°。与同轴喷射管不同,摆喷喷射管的喷嘴位置相对喷射管是固定的,这得益于摆喷喷射管采用的内法兰连接。4.3.6清洁和