27水泥土攪拌樁重力式擋土墻施工技術

施工技術[摘要]：浙江烏沙山發(fā)電廠一期為新建4×600MW工程，建址在寧波市廠址所在場地為海邊灘涂養(yǎng)殖區(qū)，淤泥沉積厚度10.7~17.0m，是寧波地區(qū)最為惡劣的沿海軟土地基。在軟土地基土方開挖中，基坑支護的目的是為了深基礎施工提供安全的操作空間，屬于土方施工的一項必不可少的技術措施，但支護效果的好壞直接影響到土方施工的進度、安全及經(jīng)濟性。所以本文從軟土地基的特點出發(fā)，對軟土地基土方施工中基坑支護各種類型的特點進行討論，重點介紹水泥攪拌樁的施工、施工注意事項、應急預案、信息化施工的設想及實施等進行闡述和總結。[關鍵詞]：支護、方案設計、應急預案、信息化指導施工1．工程概況浙江烏沙山發(fā)電廠廠址位于浙江省東部沿海，寧波市象山縣西周鎮(zhèn)境內，這里風景秀美，人杰地靈。廠區(qū)一面靠海，三面環(huán)山，不僅避開了強臺風的直接危害，還具有得天獨厚的海運、陸運條件。電廠廠址平坦、沒有拆遷，即北臨象山港，又與寧波到象山準高速公路相連，是浙江省內優(yōu)良的海濱電廠選址。在烏沙山電廠一期工程土方工程施工中，應用過基坑放坡和疊袋式護坡、水泥土攪拌重力式擋土墻支護、拉森型鋼板樁樁加內支撐支護、拉森型鋼板樁樁加拉錨支護、土釘墻等支護方法。其中大量使用了水泥土攪拌重力式擋土墻支護方法，共累計完成了80000m3水泥土攪拌重力式擋土墻的施工，其間積累了水泥土攪拌重力式擋土墻施工經(jīng)驗，也對軟土地基土方開挖的各種支護方法進行了總結。2．地質條件2.1回填石渣層：堆載預壓回填層，平均厚度約1.5m，底部為0.5m的卵石墊層。2.2粉質粘土層：原始地表以下由黃褐色粘土組成，很濕～濕，軟塑～可塑，頂部含少量植物根系，下部局部為粘土，粘塑性好，光滑，無搖振反應，干強度、韌性高，物理力學性質一般，具中高壓縮性，厚度0.7～2.6m。2.3淤泥層：淺灰黃色或灰色，飽和，流塑，厚層狀構造，含少量有機質和貝殼，塘底部位頂部0.3m為浮泥。土質欠固結，工程地質性質極差，具極高壓縮性。該層厚度10.7～17.0m左右。地基承載力特征值fk=50kpa。 2.4粉質粘土層：黃褐色、暗綠色，稍濕，可塑-硬塑，局部為軟塑。本層厚度廠區(qū)西部較薄約1-2米，廠區(qū)東部較厚約10米左右，局部地段該層缺失。層頂埋深約20米左右?；疑?，飽和，流塑，厚層狀構造，局部夾粉細砂薄層，物理力學性質較差，具極高壓縮性，該層厚度1.6～12.3m，一般層厚在8.0～10.0m。2.5粉土層：黃褐色、青灰色，很濕，中密。本層零星分布。2.6含粘性土碎石層：雜色，中密，碎石以小粒徑為主，粒徑以2-5厘米為主，大于10厘米的少見，夾粉質粘土和砂的透鏡體，本層厚一般為40米左右。層頂埋深約30米左右。2.7凝灰?guī)r層：紫紅色、灰色，塊狀構造，凝灰結構，質地致密堅硬，中等風化-微風化，完整性好，埋深50-70米。地下含水層為細粒土，厚度一般為0.5m-1.0m，透水性差，受降水或海水滲補影響大。3.基坑支護方案的選擇選擇基坑支護型式的選擇要根據(jù)工程地土的土質情況、基坑開挖深度、平面形狀和基地面積大小以及周圍環(huán)境，并考慮其安全性、經(jīng)濟性等因素。根據(jù)軟土的特點及工程實踐經(jīng)驗，對于不同開挖深度的基坑和不同的環(huán)境條件，可考慮采用下列支護結構類型：3.1放坡結合疊袋式擋墻支護在開挖深度不超過4m，地表雜填土厚、土質較好，并要求基坑周圍有足夠空間，可考慮基坑上部采用放坡開挖，在基坑下部軟土處采用土袋堆疊成自重式擋墻作為支護方式，此方法主要是防止地基軟土上涌。這種支護方式在烏沙山電廠主廠房工程使用，由于土質太差其滲透系數(shù)小的軟土地基運用不理想，所以在使用放坡結合疊袋式擋墻支護時，需要特別的注意土質狀況及坡度的選擇。3.2支護樁加水平內支撐支護適合于開挖深度為6m及6m以上的軟土基坑。當基坑深度大于7m時，可采用單側支撐加外側拉錨。但當開挖深度超過8m，則必須采用水平內側支撐。支撐系統(tǒng)根據(jù)基坑形式由角撐、對撐與環(huán)梁組成。支護材料可采用鋼結構和鋼筋混凝土梁柱。支護樁形式有鋼筋混凝土支護樁有鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、預制樁及鋼板樁。這些支護方法支護結構安全可靠，但也有內撐給基坑開挖和施工帶來不便的缺點，且施工費用較高，經(jīng)濟性不好。3.3排樁加拉錨支護在施工現(xiàn)場允許的情況下，可在基坑周邊采用支護樁排側設置拉錨，與支護樁鉚接作為支護結構。支護樁可采用鋼板樁，這種支護型式能為基坑挖土和深基坑施工提供寬裕的空間。其缺點是由于軟土流動性大的特點，經(jīng)常發(fā)生較大的變位，導致支護樁位移，帶動軟土流動，造成樁基漂移，影響工程樁的安全。3.4復合土釘墻支護該方案采用混凝土護坡，同時在遍坡上打入木樁、鋼管、竹樁或灌入混凝土形成混凝土釘?？呻S挖土隨施工復合土釘墻支護，施工可以流水作業(yè)，因此土釘墻施工快速、可邊挖土邊施工，縮短工期的特點、且具有造價相對低，該法施工工藝成熟，已在大量的工程項目中得到應用。但本工程位于海邊，土質極軟，復合土釘墻施工土方開挖量大，且需分層開挖，在施工工要期求緊張的情況下，無法滿足施工的進度要求。3.5鋼板樁支護：鋼板樁支護是依靠自身的剛度，內撐外拉來承受荷載。其主要特點為施工周期短，且鋼板樁可回收重復使用，折舊率為30%，防水差，適合支護深度小于6m的基坑中使用、比較適合寬度較小的溝、槽類基坑使用及搶險工程中使用。缺點為對后續(xù)施工帶來很多不便，如支護周邊不能有重壓，鋼板樁單側支護的情況下，后側需加地錨拉撐，成本較高，鋼板樁內撐支護的情況下，影響施工空間，造成施工的不便。3.6水泥土重力式擋土墻支護：水泥土攪拌樁是利用特制施工機械下沉、提升，并將固化劑（水泥等）與加固區(qū)的土體充分強制攪拌均勻，使軟土固化成具有較好整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥土墻，從而提高軟土強度和減少土體變形，防止基坑開挖時基坑以外土體的側向位，達到加固遍坡目的。由于水泥土攪拌樁相互搭接形成一個隔水帷幕，增強了基坑的密閉性，防止外來水進入基坑。4.水泥土重力式擋土墻的特性和應用水泥攪拌樁重力式擋土墻依靠水泥攪拌樁自身的重力原理來承受荷載，因此稱為重力式擋土墻。如設計方案正確，有安全、穩(wěn)定、可固結土質等優(yōu)點，適合于支護深度小于6m的基坑中使用，但也存在水泥土攪拌樁施工質量控制難度大、施工工期長、養(yǎng)護齡期長等缺點。由于此方法具有良好的整體性和阻擋水的能力，基坑內無支撐，有利于機械大面積開挖。4.1在烏沙山電廠一期工程汽機基礎基坑支護、煙囪基坑支護及循環(huán)水基坑支護的工程中，采用了水泥土重力式擋土墻支護，煙囪基坑支護樁徑為2φ700mm，雙向搭接200mm。根據(jù)基坑形狀，方案確定采用了獨特的圓拱支擋結構，采用水泥土攪拌樁圓拱輔以圈內加固體。攪拌樁圓拱支擋方案能充分發(fā)揮圓形結構物空間效應優(yōu)勢，均勻受力時，截面只受壓應力，可有效控制變形，保證土體穩(wěn)定。由于煙囪開挖區(qū)域工程樁比較密集，并且全部都是打入式PHC管樁，打入式工程樁存在擠土效應，在基坑開挖過程中極易受到側向推擠而導致偏位，因此在支護方案選擇時，考慮對坑底和側壁淤泥質土進行加固處理。其中圈內加固圓拱防止基坑內土體涌起，圓拱內支墩增強了支護結構的整體穩(wěn)定性，同時考慮到采用支護樁代替基礎模板，支護樁與基礎之間預留100mm空間。圓拱支護結構剖面圖圓拱支護結構平面圖該設計方案在工程的應用中，支護結構穩(wěn)定，基坑開挖采用了機械開挖，開挖過程中支護結構無變形，開挖區(qū)域及其周圍的工程樁無偏樁、斷樁事故發(fā)生。但由于施工放線、水泥攪拌樁施工有部分偏差及基礎施工工藝的要求，沒能實現(xiàn)以樁代模的想法。出現(xiàn)了部分樁位與基礎相沖突的現(xiàn)象，但經(jīng)過剔除后在支護樁內側砌筑磚模也達到了要求。建議考慮以樁代模時，考慮基礎于支護樁預留500mm較為合適。4.2循環(huán)水管溝基坑長約400m，包括并行的循環(huán)水壓力鋼管和循環(huán)排水鋼筋混凝土溝的基坑寬度30m—20m不等，基坑為不規(guī)則的長條形屬于溝槽類基坑?；觾雀卟?、轉角較多，導致坑內有坑。針對本基坑上述特點，根據(jù)基坑形狀，本次設計采用重力式擋墻支擋結構，采用水泥土攪拌樁輔以圓拱，重力式擋墻與圓拱支擋方案能充分發(fā)揮圓形結構物空間效應優(yōu)勢，均勻受力時，截面只受壓應力控制，可有效控制變形，保證土體穩(wěn)定。循環(huán)水管溝支護樁平面布置圖5.水泥土攪拌樁施工方法5.1施工方法：采用CJB-30型雙軸深層攪拌樁機。啟動起吊設備下沉（注意導向桿垂直度）、攪拌，開通輸漿管路確認漿液從噴嘴噴出，勻速下沉、攪拌到設計樁底標高。在樁底停留30秒原地攪拌、噴漿。然后，噴漿、攪拌、勻速提升到樁頂標高。單樁工藝流程為“二噴、四攪”。為了確保達到加固目的，根據(jù)不同場地地質的特點，采取對應措施，如：切片的組成圓平面的角度及組數(shù);切片的垂直角度（一般的角度在100～150之間）使每個節(jié)點的水泥土得到更好的均勻度。主要施工參數(shù)控制為：攪拌頭提升速度約0.8m/min，攪拌頭攪拌次數(shù)約60r/min，輸漿泵壓力0.5MPa左右。5.2工藝流程：測量地位—轉機就為、調平—水泥漿配置—預攪噴漿下沉—噴漿提升—復攪復噴—清洗管道—移位5.3測量放線：根據(jù)測量控制點，用尺度法進行樁定點，并明確標志。樁位布置與設計圖誤差≤5cm。5.4水泥漿配制：水泥采用42.5級普硅水泥，進場必須有質保書，并按批次抽檢品質，不合格水泥嚴禁入庫存放。本項目水灰比（暫定）0.5~0.55:1，即重量比1.0～1.2公斤水：2公斤水泥。水泥用量嚴格計量，加水用專用定量器。漿液每次攪拌時間不得少于3min，漿液攪拌均勻，不得離析、沉淀，停置1h以上的漿液應清理。5.5攪拌樁鉆機就位：攪拌鉆機在配制漿液的同時，在指定的樁位就位，讓攪拌軸對中，用水平尺調平機座，導向架對地面的垂直偏差不超過1%，對位偏差不大于5cm，且必須保證攪拌樁相互搭接200mm。5.6預攪噴漿下沉：下沉過程中，距離設計樁頂標高0.5m發(fā)出信號通知后臺，噴漿鉆進，直至設計樁底標高。5.7噴漿提升：預攪下沉至設計深度時并保持原地攪拌，待漿液送至30S后再提升，為保證攪拌樁樁頂質量，停漿面在設計樁頂標高以上500mm。根據(jù)試成樁工藝參數(shù)確定的鉆機轉速、提升速度、注漿泵壓力、泵量等注漿，保證注漿量。在施工過程中若發(fā)生噴漿中斷，必須對該段樁上下0.5m復噴復攪，以防止斷樁。5.8復攪復噴：為了攪拌充分和提高樁身水泥土強度，復攪復噴有效樁長樁身段。5.9清洗管道：完成攪拌成樁后，向排空的集料斗中注入適量清水，并開啟灰漿泵，清洗管路（此工序如在能連續(xù)施工狀況下，可視具體情況不進行）。移位：完成一個單樁作業(yè)，移到下一個樁位，重復上述步驟。6.水泥攪拌樁施工注意事項6.1施工前應做現(xiàn)場水泥土配比試驗，以驗證設計指標及指導土方開挖；要求做3根試驗樁，以確定施工技術參數(shù)。6.2深層攪拌噴漿是在地下深處進行的，在施工記錄中，各班記錄員應及時、詳細認真，逐項填寫施工記錄表，特別要求記錄走漿時間、來漿時間、停漿時間、總噴漿時間，不得追記、漏記、弄虛作假。記錄深度誤差不得大于5cm，施工中發(fā)生的問題及處理情況均應在備注欄注明。6.3單樁未施工完畢，不得交接班，交接班時要弄清已打樁號和未打樁號，避免復打、漏打。各班班長在記錄上簽名，否測作廢。每天的施工記錄須當天交現(xiàn)場技術負責人驗收。6.4水泥應每批均有出廠合格證，每批水泥進場后應立即送檢。6.5對于下沉迅速的特軟土層加強重復攪拌，保證均勻。深層攪拌樁成樁三天后，用輕型動力觸探（N10）檢驗樁身均勻性，檢驗數(shù)量為施工總樁數(shù)的1%，且不小于三根。7.應急預案7.1水泥攪拌樁：當墻頂水平位移超標時，墻體出現(xiàn)裂縫，墻后土體位移伴隨沉降，應調查傾斜情況，如屬抗傾覆穩(wěn)定性不足，可采取墻后卸土減載，墻前加豎向斜支撐加固方案，豎向斜支撐不得影響主體工程樁安全。如屬于抗滑移穩(wěn)定性不足，除應在墻后卸土減載外，還應在墻前堆土反壓或支撐，然后設法搶鋪砼墊層，增加坑底整體水平抗力。7.2坡腳隆起的處理：采用砂袋反壓或采用水壓，穩(wěn)定后對支護系統(tǒng)加強。7.3周邊環(huán)境的處理：基坑鄰周已成有工程樁等由于基坑土體位移而發(fā)生“跑樁”，應首先穩(wěn)定基坑土體，防止繼續(xù)位移，并根據(jù)已有工程樁等的重要性采取相應措施。7.4考慮備用支護方案：在烏沙山電廠一期工程循環(huán)水溝工程中，當支護結構發(fā)生嚴重位移時，采用了一邊卸載，同時利用鋼板樁施工周期短、比較適合寬度較小的溝、槽類基坑使用及搶險工程中使用的特點，對支護結構進行加固，取得了非常好的效果。7.4特別注意：在采取以上應急措施的同時，必須積極創(chuàng)造條件，盡早鋪筑基底混凝土墊層，特別是靠近基坑邊的混凝土墊層，以提高基坑抵抗土體變形的整體能力。8.信息化施工的設想及實施8.1信息化施工監(jiān)測的必要性及目的8.1.1監(jiān)測的必要性：地基中地層總是存在一定的變異性和離散性，地質勘察數(shù)據(jù)難以準確代表土層的全面、總體情況。在支護結構設計和變形預估時，對土層和圍護結構本身所作的分析模型、參數(shù)選取等，與實際狀況相比存在一定的近似性。所以在基坑開挖過程中，支護結構及工程樁、土層的受力處于經(jīng)常性的動態(tài)變化之中，使得結構荷載作用時間和影響范圍難以預料。8.1.2信息化施工監(jiān)測目的：為基坑開挖及基礎連續(xù)施工提供反饋信息、作為施工開挖方案修改的依據(jù)、保證基坑附近的工程樁偏位控制在允許范圍之內、積累軟土地區(qū)大面積深基坑開挖的施工經(jīng)驗并提高施工水平。8.2信息化施工監(jiān)測內容8.2.1監(jiān)測內容：支護結構豎向、水平位移觀測。8.2.2支護結構監(jiān)測點布置：沿支護結構頂部每15m長均勻設置一處監(jiān)測點。8.3監(jiān)測方法8.3.1支護結構側向變形觀測：肉眼巡視，巡視基坑四周堆載的變化，坑頂坑底的截水溝排水情況及基坑四周地面裂縫。8.3.2支護結構豎向位移觀測：儀器選用水準儀一臺，選用靠近開挖區(qū)域的永久性高程控制點作為基準點，由基準點引測觀測點，觀測豎向位移。觀測期間，每對原基準點復核一次，特別是雨天加強觀測。8.3.3支護結構橫向位移觀測：儀器選用經(jīng)緯儀一臺或全站儀一臺（配靶子），根據(jù)控制點進行每日觀測。觀測精度要求：沉降觀測中誤差<0.5mm，水準測量閉合<±0.8n1/2(mm)，位移觀測中誤差<5.0mm。8.