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水泥土搅拌桩隔水帷幕在板桥泵站深基坑中的应用

水泥土搅拌桩隔水帷幕在板桥泵站深基坑中的应用

谈太和

(深圳市广水建设工程有限公司,项目总工程师、工程师)

蔡雄荣

(深圳市广水建设工程有限公司,副总经理、注册一级建造师)

李家梁

(深圳市广水建设工程有限公司,技委会名誉主任、教授级高级工程师)

【摘  要】深圳市板桥泵站土建工程地下水位高,水源丰富,基坑砂质粘性土层渗透系数较大,应用深层水泥土搅拌桩隔水帷幕施工技术后,取得了良好的隔水效果。

  【关键词】水泥土;搅拌桩;深基坑;隔水帷幕;工艺;质量;应用

1、工程概况

板桥泵站工程位于深圳市南山区南头片区学府路与港湾大道交汇口,泵站排水面积2.41km2,设计雨水流量21.3m3/S,设计污水排水流量297L/s,是本地区防汛排涝和污水综合治理的重点工程。

1.1 基坑设计

本工程基坑采取设平台放坡大开挖方式。其中泵房及前池基坑底尺寸为47.12×50.62m,坡顶尺寸为92.55×96.485m,最大开挖深度12.88m。在-2.7m高程设平台分上下两个不同坡面进行开挖,-2.7m以上边坡比11.5,采用喷锚支护,挂钢筋φ4@200200pxC20混凝土,-2.7m高程以下边坡比11.75,机械开挖,人工修整成形。

1.2  基坑地质条件

基坑地质构造分别为人工填土层、沉积淤泥层、砂质粘性土层和粘土残积土层,靠学府路与港湾大道交汇处紧靠海边,基坑边坡淤泥层较深。场地地下水位较高,埋深大约0.5~4.3m。

由于砂质粘性土层的渗透系数较大,基坑离补给源较近,补给水源丰富。砂层上部是渗透系数很低的淤泥层,这使得砂层中的地下水具有一定的承压性(即具有承压水的特点),基础开挖时将会出现大量涌水。同时由于该类土透水性强,抗冲刷能力弱,基坑极易发生管涌、流砂,造成边坡坍塌。

2、水泥土搅拌桩隔水帷幕设计指标和施工工艺参数确定

2.1 水泥土搅拌桩隔水帷幕设计指标

为了防止基坑开挖出现流沙和涌水,确保整个基坑边坡稳定,在基坑四周以外20m处设置水泥土搅拌桩隔水帷幕墙。隔水帷幕墙全长403m,仅作基坑止水,不作基坑支护使用。

水泥土搅拌桩隔水帷幕墙由双排桩搭接组成,桩与桩之间搭接不小于150mm。水泥土搅拌桩桩径为550mm,桩顶高程2.00m,桩长1214m

本工程采用强度等级42.5普通硅酸盐水泥,水灰比宜为0.5,水泥掺入量为14%

水泥土搅拌桩垂直偏差不得大于1%,桩位偏差不得大于50mm,桩径偏差不得大于4%

水泥土搅拌桩强度≥1.0MPa。防渗性能:微渗漏。

2.2  水泥土搅拌桩施工工艺参数确定

施工前根据选用的GZB-600型深层搅拌设备(叶片喷浆方式)及搅拌桩的各项设计指标进行工艺性试桩(数量2根),以此确定水泥土搅拌桩的各项施工工艺参数。

通过工艺性成桩试验,基坑隔水帷幕水泥土搅拌桩施工工艺参数确定如下:

搅拌切土下沉速度0.4~0.7m/min;

喷浆提升速度0.3~0.5m/min;

灰浆泵至喷浆口的距离40m以内;

灰浆输送量280L/min;

喷浆压力1.5MPa。

3水泥土搅拌桩隔水帷幕墙施工质量控制

3.1  材料质量控制

(1)水泥:采用强度等级42.5普通硅酸盐水泥,新鲜无结块,经强度试验和安定性试验合格后才进行使用。

(2)水:采用饮用水。

3.2  施工技术保证措施

(1)编制施工方案,向操作工人进行施工技术交底。

2水泥浆严格按设计指标控制,拌好的水泥浆保持不产生离析

3成桩过程严格控制预拌下沉和提升的速度,速度误差控制在±100mm/min范围内;严格控制用浆量、喷浆压力,喷浆做到均匀、连续、不断浆,确保桩身搅拌均匀。


(4)当水泥浆液到达出浆口后喷浆搅拌30s,在水泥浆与桩端土体充分搅拌后,再开始提升搅拌钻头。

(5)桩与桩的搭接时间不大于24h,如间歇时间过长,采取钻孔留出榫头或局部补桩、注浆等措施。

(6)施工时因故停喷灰浆时,将搅拌钻头下沉至停浆点以下0.5m,待恢复供浆时,再喷浆提升;停机时间超过3h,立即安排清洗管路。

(7)所使用的水泥都经过筛分。拌制水泥浆液的水泥用量、泵送浆液的时间搅拌钻头提升的速度和搅拌次数等应专人记录;喷浆量及搅拌深度采用经计量部门认证的监测仪器进行自动记录。

(8)当桩身强度及尺寸达不到设计要求时,采用复喷的方法进行弥补。复喷搅拌次数视具体情况采取一次喷浆或一次搅拌二次喷浆,且最后一次提升搅拌钻头采用慢速提升。

(9)当预拌下沉遇有块石等障碍物时,在排除块石等障碍物并填平土坑后重新进行预拌下沉施工。

(10)安排专人定期检查搅拌头,当检查发现搅拌头被软粘土包裹时,及时进行清除。搅拌头直径磨耗量超过10mm时,及时予以更换。

3.3  质量控制措施

(1)施工前认真检查水泥的质量、桩位、搅拌机工作性能、各种计量设备(水泥流量计及其它计量装置)完好程度。

(2)施工过程中加强质量检查,检查重点是:水泥用量、桩长、搅拌钻头提升速度、复搅次数、深度、停浆处理方法等。

(3)施工结束后检查桩体强度、桩体直径及防渗效果。根据检查出的不合格桩的位置和数量等具体情况,分别采取复喷、补桩或加强邻桩等措施。

(4)水泥土搅拌桩质量控制标准应符合《水泥土搅拌桩隔水帷幕质量检验标准》规定。水泥土搅拌桩的质量控制贯穿于施工的全过程,施工过程中做到随时检查施工记录和计量计录,并对照《水泥土搅拌桩隔水帷幕质量检验标准》的规定对每根桩进行质量评定。

4检测结论与隔水效果

4.1 检测结论

本工程水泥土搅拌桩经专业检测单位采取地质钻探、野外原位测试和室内试验等综合地质勘察方法进行检测。桩芯抽样检测试验结果为:桩体胶结良好,搅拌均匀,桩芯坚硬完整,桩芯单轴平均抗压强度达到设计要求。

钻孔注水试验,检验桩体防渗效果。本工程做钻孔注水试验8段,在桩身上半段和下半段各做了一次注水试验,12个小时内注入钻孔水位无变化,搅拌桩的防渗性良好,经搅拌处理后形成的隔水帷幕防渗体属微透水~极微透水性。

桩芯检测和注水试验结果表明,本次施工完成的水泥土搅拌桩搅拌较均匀,土层经处理后透水性极低,已形成良好的防渗体,搅拌桩整体质量达到良好。

4.2 隔水效果

在随后进行的基坑开挖及基础施工中,基坑底共设四个集水井,每个集水井一台潜水泵抽排1mis即可排干集水井中集水。尽管遇到了较长的雨季施工,基坑边坡未发生坍塌,始终处于稳定状态,保证了泵站基础工程施工的顺利进行和整体工程的按期竣工。实践证明,本工程采用深层搅拌法施工的隔水帷幕墙施工质量良好,防渗隔水效果达到了设计要求。

5、技术探讨与改进

5.1  设计桩长探讨与改进

(1)基坑底管涌形成: 板桥泵站基坑开挖至基底时,靠学府路与港湾大道交汇方向的基坑底出现了较为严重管涌。根据当时施工情况分析,设计的搅拌桩端高程略低于出现管涌基坑面高程,帷幕外地下水在基坑外边坡土体压力下,从水泥土搅拌桩端向基坑内流动卸压而形成管涌。

(2)施工处理方法:

①在基坑坡脚打木桩,然后在木桩与坡面间堆置砂包,稳定坡脚。

②在发生管涌区域抛石反压,不可随意清挖。

(3)改进建议: 水泥搅拌桩长度要根据地质结构确定,类似上述淤泥层,桩端深度应比基底面低3~5m。

5.2  施工参数探讨与改进

(1)水泥搅拌桩的强度与土层的关系

在开挖出水池基础时,其边坡处在水泥搅拌桩位置,根据挖开土层观察,不同土层的水泥搅拌桩强度相差较大,砂粘土地层强度高,砂层和淤泥层强度低。

(2)原因分析: 不同土层的水泥搅拌桩强度与其施工参数密切相关,砂层喷浆压力最小,淤泥质土压力最大。

(3)改进建议: 水泥搅拌桩全面施工之前应试桩,要根据地质构造确定并及时调整喷浆压力及提升速度等技术参数。