| zgjy1992 | 2013-04-11 23:05 | ||||||||||||||||||||||||||||||
冲孔水泥土桩止水帷幕在某基坑工程中的应用0 引 言 在深圳地区，近些年来开山填海工程较多，沿海岸线产生了大量的人工陆域，不少陆域填料以开山石为主，厚度很大，强透水性极强，给桩基、地基处理及基坑支护等基础工程设计施工带来了极大的困难，其中，基坑开挖时的地下水处理是难中之难。填石中及砂层中的地下水与海水相通，属于动水，如缺乏有效的止水措施，基坑开挖极为困难。  深圳地区基坑工程常用的帷幕止水方法不外乎深层搅拌法、高压喷射注浆法、压力灌浆法及地下连续成墙法等几种。在较厚的填石地层，深层搅拌桩无法施工，不能采用；地下连续墙成槽机施工困难，通常会采用冲击成孔方式，工程造价相对较高，较少采用；高压灌浆法可控性差，难以形成完整的帷幕，基本不采用；故高压喷射注浆法最为常用。高喷法机械分为单管、双管及三管等几种，成桩形式分定喷、摆喷、旋喷等几种。深圳地区基坑工程采用过上述各种高喷工艺，通常情况下成功的多，失败的很少，但在沿海填石地层，从西海岸到东海岸，大铲湾、赤湾、东角头、深圳湾、上步、盐田、大鹏等地，均失败的多，成功的少。究其原因，主要有三：①地下水受潮汐影响，为动水。不少文献指出地下水流速较大时对高喷法成桩质量有影响，但目前尚缺少值得参考的定量分析。②水质受海水影响较大。高喷法一般采用水泥为固化剂，不同的水泥对水质的适应性不同，有些水泥在海水中凝固慢甚至不能凝固。③填石粒径大、级配不良。高喷法靠高压水流切割土体成桩，不能切割块石，要绕流成桩，不是很可靠。综上，在沿海填石地区止水帷幕一直是基坑开挖的难点和重点，基坑深大时更是如此。工程技术人员一直在积极地寻找各种有效的解决办法。笔者在某工程中采用了冲孔法形成水泥土桩止水帷幕，对解决这个难题进行了有益地尝试。 1 工程及地质概况 深港西部通道深圳侧接线工程将土建、地基处理及基坑支护工程分成了几个标段，其中某三个标段的基坑连在一起形成了接头基坑。接头基坑开挖深度11～12 m，南侧边长约50 m。 根据岩土工程勘察报告，接头区基坑影响范围内土层自上而下为：①人工填石，南侧填筑厚度6～12 m；②第四系全新统海陆交互相沉积层砾砂；③第四系上更新统沼泽相沉积层，分为淤泥质亚黏土、含有机质粗砾砂层等亚层；④第四系上更新统冲洪积层含黏性土砾砂；⑤第四系残积层砾质黏性土。各土层物理力学指标见表1。接头基坑南侧为向海侧，距海岸较近，约百余米，地下水与海水有水力联系，水位埋深2～3 m，随海水潮汐而变化。 表1 各土层主要物理力学性质指标 Table 1 Parameters of soil
2 基坑支护及止水帷幕设计方案 2.1 设计思路 接头区为规划的深圳地铁2号线通过区域，地铁箱涵顶标高与侧接线箱涵地道底板相距3 m。地铁箱涵将采用盾构等暗挖法施工，为避免基坑支护结构物对以后地铁箱涵隧道产生不良影响，地铁公司要求伸入到地铁箱涵范围内的桩等结构物的强度不得超过2 MPa，最好不超过1 MPa。 基坑南侧坑壁是支护及止水的重点。地铁公司的要求，使得很难采用排桩及地连墙类支护形式，因为此类支护结构的坑底嵌固长度通常要超过3 m。也很难采用复合土钉墙支护，因为填石层中施打土钉或锚杆极为困难。故设计采用无支护、即放坡开挖，坡率1∶2，坡面挂网喷射混凝土护面。 填石层中最有效、最可靠的成孔方式为冲击成孔，故设计决定采用两两相互搭接的冲孔桩形成帷幕止水。考虑到地铁公司的要求，冲孔桩不能填充混凝土，故设计填充一种低强度混合材料——水泥土，即水泥与黏性土的混合物。 冲孔水泥土桩毕竟是一种新的尝试，设计时有一定的顾虑：①商品混凝土供应商不提供成品水泥土，只能自行拌制。使用什么机械、如何拌制、速度能否满足施工要求？水泥土强度要求特殊，而其强度又与拌制方式、工艺相关，如何控制其强度？②水泥土相对水下混凝土而言，重度小、黏度大，能否顺利浇灌？③冲击成孔时，相邻桩孔水泥土已具有一定强度，是否会产生冲切脆性破坏？是否容易导致本桩出现偏锤偏孔现象？相邻桩搭接长度多少为宜？ 此外，还需考虑止水帷幕对边坡稳定的影响。止水帷幕截断了基坑内外的水力联系，基坑开挖后坑内水位下降，使作用在帷幕上的坑内的水土压力减少，即被动土压力减少，对边坡稳定将产生不良影响。但这种有限空间的土压力问题是另外一个议题，在此略过。本工程实用处理方法为：结合侧接线箱涵及排洪渠的地基处理要求，采用了袖阀管注浆法加固被动土压力区。设计方案如图1所示。 2.2 设计要求 为使水泥土强度适中，不要因强度过低容易被破坏，也不要强度过高，设计采用了淤泥为主要材料。水泥强度普硅32.5 MPa，淤泥为附近挖取的流塑状淤泥。设计配合比暂定为：水灰比0.6，水泥重量∶淤泥重量＝1∶6，混合料呈流塑状态，暂定坍落度为200～240 mm，桩身强度0.5~0.8 MPa。设计要求施工单位  图1 止水帷幕及边坡加固示意图 Fig. 1 Reinforcement of curtains and slopes 在设计人员的指导下工艺性配方试验后最终确定上述参数。设计桩径Φ1.0 m@0.8 m；桩底端穿过含黏性土砾砂层2.5 m，总长度23~25 m；冲击成孔时跳成孔，相邻孔施工应间隔3 d以上；水下浇灌水泥土，无需洗孔，导管直径200 mm，浇灌前须润湿导管以防混合料黏管。 坑底土体抗管涌安全系数按相关公式[1]估算，满足规范要求。 3 施工过程及效果检验 施工时发现，淤泥挖取、运输、拌和均不方便，工效较慢，故决定替换为在现场挖取的由冲洪积或残积黏性土组成的干燥填土。水泥掺入比是较为关键的技术。水泥掺量如过低，则水泥土混合料不易均匀，会导致水泥土结构不致密，离散性大，局部漏水；如过高，则强度会较大，不满足地铁公司要求。故设计采用强度较低的装修水泥，实际强度约20 MPa，因工期十分紧张，没有时间进行水泥土配合比室内试块试验，设计人员根据经验定为水泥：黏性土＝1∶8。现场先后试尝采用砂浆拌和机、混凝土搅拌机及挖土机拌和水泥土，最终采用了后者拌和及浇灌。随着挖机操作手的日益熟练，一台挖机约3～4 h可完成一条桩的浇灌，一台冲孔桩机24 h可完成一条桩的成孔及浇灌。一序桩完成3～7 d后进行二序桩施工，已成型的一序桩对二序桩的影响不大。 帷幕施工完成后即基坑开挖。边坡有渗水现象，但并不严重。对冲孔水泥土桩抽芯进行强度检验，实测强度约一半不足1 MPa，个别芯样强度略超过2 MPa，基本达到了设计目的。 4 结 语 冲孔水泥土桩就地取材，施工简单，因水泥土造价远低于混凝土，故工程造价较低；解决了填石层中成孔困难的问题，施工速度快，受不良地质条件干扰较少；如插入型钢、钢筋笼等劲性材料，还可形成插筋水泥土桩，用于较浅的基坑支护。总之，冲孔水泥土桩作为基坑的止水帷幕，在地下水丰富的填石地层及砂砾层，不失为一种值得尝试的好办法、新工艺，值得受到越来越多的关注、研究与应用。 参考文献： [1] DBJ08—61—97 基坑工程设计规程[S]. 1997. (DBJ08—61—97 Code for design of excavation engineering[S]. 1997. (in Chinese)) |
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