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劲性水泥土搅拌连续墙在天津地铁改建工程中的应用

供稿:工控网 2006/10/8 9:24:00

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劲性水泥土搅拌连续墙(SMW工法)作为排桩和板墙式围护结构的一种,以其适用性强、围护成本相对较低、施工周期短而倍受关注。SMW工法是利用专门的多轴搅拌钻机,就地钻进切削土体,同时从其钻头前端将水泥浆注入土体,经充分搅拌混合后,再将型钢或其它芯材插入搅拌体内,形成地下连续墙。SMW工法最早是在日本开发成功的,它是在充分总结了钢筋混凝土地下连续墙和水泥土深层搅拌桩各自的优缺点的基础上,将二者有机结合、取长补短发展而成的。它既克服了深层搅拌桩没有钢筋、强度不高、连续性差等缺点,也避免了钢筋混凝土地下连续墙施工复杂、有泥浆污染、造价高等问题。天津市地铁既有隧道改建工程采用了SMW工法。
1 工程概况
天津市地铁1号线工程西北角—西南角既有区间隧道改建工程,围护结构原设计采用钻孔桩+深层搅拌桩复合形式,后变更为SMW工法,采用水泥土搅拌桩内插型钢作为围护结构。搅拌桩直径为850mm,搭接250mm,桩长15.5m;型钢间隔插入,采用H70型钢,长为15m。施工设备采用ZKD85-3型三轴搅拌桩机,桩架采用履带式重型桩架。
2 施工方法
2.1 施工准备
三轴搅拌机施工前,必须先进行场地平整、清理,对地下障碍物进行调查,以便在开挖过程中妥善处理障碍物。经测量放线后,进行导沟开挖。导沟深1.0~1.5m,底宽0.85m。导沟的作用是防止搅拌机施工时涌土、浆液冒出地面。
为确保搅拌桩及型钢插入位置的准确,在垂直导沟方向放置2根长约2.5m、截面为200mm×200mm的导轨横撑;在平行导沟方向放置2根长约8~20m、截面为300mm×300mm的导轨,在导轨上按1.2m间距(SMW工法型钢设计间距)作出桩位标记,另设型钢定位卡。定位装置详见图1。



2.2 单循环SMW工法施工
本工程采用单循环SMW工法施工。单循环SMW工法系指从桩机就位开始,在钻头搅拌、下沉及提升过程中,钻头向外喷出水泥固剂与地基土体搅拌混合成桩后,在桩机移位且水泥土未结硬之前按要求插入芯材(如H型钢或钢板桩),使地基土体形成有一定强度、刚度的水泥桩体的单一施工过程连续施工则形成连续、封闭的水泥墙。
1) 桩机就
位桩机就位前应及时清除障碍物,桩机就位后认真检查定位情况,发现问题及时纠正。桩机应平稳、平正,用线锤对钻杆垂直定位进行观测以确保桩机的垂直度。桩位允许偏差值在2cm内。
2) 搅拌速度及注浆控制
三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液,搅拌下沉和提升速度要均匀,遇到障碍物要减速慢行防止设备损坏;应严格控制下沉和提升速度,下沉速度≯0.8m/min,提升速度≯1.6m/min。在桩底部分应适当持续搅拌注浆。做好每次成桩的原始记录。
水泥浆液的水灰比为1.3左右。每m3搅拌水泥土的水泥用量为370kg,注浆压力为0.3~0.8MPa,以浆液输送能力控制。
3)型钢插入
三轴水泥搅拌桩施工完成并检验合格后,吊机就位即可吊插型钢。在吊插前必须清除型钢表面的污垢及铁锈,并涂刷减摩剂。利用型钢顶端拔桩预留孔起吊型钢并放在型钢定位卡中,用线锤校核型钢垂直度,并使型钢底部中心对正桩位中心,沿定位卡徐徐垂直插入水泥土搅拌桩体内,插入4m后要快放直至设计深度。
将水准点引放到定位型钢上,根据定位型钢与插入型钢顶的高差,在定位型钢上搁置槽钢,焊Ф10mm吊筋控制插入型钢顶标高,误差控制在±5cm以内。待水泥土搅拌桩达到一定强度(200~300kPa)后,将吊筋与定位型钢撤除。
在型钢插放困难时,采取提升型钢重复下插使其达到设计标高。下插过程中始终用线锤跟踪,控制型钢的垂直度。
在围护结构浇注压顶圈梁时,埋设在圈梁中的型钢部分必须用泡沫板将其与混凝土隔开,以防影响型钢的起拔回收。
2.3 型钢的回收
待地下主体结构完成并达到设计强度后,采用专用夹具及千斤顶以圈梁为反梁,起拔回收型钢。用水灰比0.6的水泥砂浆自流充填型钢拔除后的空隙,以减少对邻近建筑物及地下管线的影响。
3 关键技术及控制要点
3.1 桩位控制
为保证墙体连续性和止水效果,相邻搅拌桩体必须保证咬合。孔位的精确放样是控制精度的最重要环节,施工中必须严格控制各桩的定位误差。
3.2 施工顺序及分段施工节点连接
1)挤压式连接
一般情况下采用单排挤压式连接方式进行施工,见图2。图2中的阴影部分为重复套钻,以保证墙体的连续性和接头的施工质量。水泥搅拌桩的搭接以及施工桩体的垂直度补正依靠重复套钻来保证,以达到止水的作用。


2) 跳槽式全套复搅式连接
对围护墙转角处或有施工间断情况下采用跳槽式全套复搅式连接(见图3)。


3) 施工冷缝处理
相邻桩施工中断超过24h会出现冷缝。采取在冷缝处围护桩外侧补搅素桩的措施,在围护桩达到一定强度后再进行补桩,以防偏钻,保证补桩效果。素桩与围护桩搭接厚度约10cm左右,详见图4。


4 结 语
1)相邻施工段的搅拌桩水泥加固土体彼此重合,具有良好的止水性及挡土性;
2)施工工艺简单、速度快,可有效缩短工期;
3)施工成本低,SMW工法的成本为地下连续墙的70%左右,若考虑型钢的回收利用,成本仅为地下连续墙的40%~50%;
4)施工震动小、无明显噪声,产生残土少,无泥浆等二次污染,对环境影响小,有利于环保。

参考文献
[1] 赵志缙,应惠清.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.
[2] 苏宏阳,郦锁林.基础工程施工手册[M].北京:中国计划出版社,2002.
[3] 周顺华.我国城市轨道交通地下工程的施工技术现状与发展.城市轨道交通研究,2004(2):34.
信息来源于:中国轨道交通网

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