软土118 m地连墙试验关键施工参数研究

2024-03-14王瑾

山西建筑 2024年6期

王瑾

(上海市基础工程集团有限公司,上海 200002)

0 引言

习近平总书记在2013年中央城镇化工作会议上首次提出建设“自然积存、自然渗透、自然净化”的海绵城市概念。国务院办公厅在2015年印发了《关于推进海绵城市建设的指导意见》(国办发〔2015〕75号),明确提出了要转变城市建设的发展方式,建设海绵城市[1]。上海市在2016年4月入选第二批全国海绵城市建设试点城市,注重顶层设计,从理念、体制机制、政策、标准等方面系统推进全市海绵城市建设[2],以提升城市基础设施建设的整体性和系统性为核心,把“人民城市人民建,人民城市为人民”重要理念贯彻落实到上海海绵城市建设发展全过程,以海绵城市建设为抓手,高标准高质量建设生态城市。

上海作为我国一线特大型城市,城市的开发建设过程中,浅层的地下空间,已被各类市政管线,房建地下室,城市轨道交通所占用,海绵城市的开发建设,只能向更深的地下去探索[3]。而上海市苏州河段深层排水调蓄管道系统,是在苏州河下建设的目前国内规模最大的雨水调蓄管道[4],该“超级调蓄管廊”(管廊直径为8 m～10 m),采用盾构技术,将大型管道放置在苏州河下,埋深在50 m～60 m处,沿线盾构工作井沿苏州河两岸布置,工作井内径20 m～50 m、开挖深度62 m～72 m,工作井基坑地墙深度达100 m。

目前,国内少有在软土地基中施工深度超过100 m特深地墙的施工经验,因此,为了将来的海绵城市开发建设积累施工经验,依托于目前在建的北横通道新建工程Ⅰ标中山公园工作井实施本次118 m特深地下连续墙试验,收集试验过程中的关键施工参数,并分析实施过程中对周边环境的影响,为后续的海绵城市开发建设提供可复制可推广的施工指导依据[5]。

1 试验依托项目概况

1.1 工程概况

拟建中山公园工作井基坑开挖31 m深,采用1 200 mm厚地墙围护形式,接头形式为套铣,设计墙深分别为58.77 m和65.27 m(见图1)。一期槽段先行施工,槽段幅宽6 500 mm,二期槽段有效宽度2 200 mm,一、二期槽段间搭接300 mm。地墙钢筋笼尺寸分上下两节,上节笼长度44 m,下节笼长分别为21.3 m,14.3 m,全笼采用同胎分节加工制作,分节吊装入槽,空中进行拼接。钢筋笼厚度为1 080 mm,一期槽段笼宽5 400 mm,二期槽段笼宽为2 700 mm。

1.2 地质水文情况

本工程位于上海市区的长宁区,沿线地形开阔平坦。根据本工程建设所处位置,结合上海地貌单元分区图,工程沿线属滨海平原地貌类型。项目前期对工程场地90 m深度范围内的土层分布情况进行了勘测,根据勘测结果,工程范围土层垂直向下可划分为九大层及若干亚层和透镜体夹层,其中①层为填土,②1层—⑤3层为全新世Q4沉积层,⑥层—⑨层为上更新世Q3沉积层。属于典型的复合软土地基,在上海各区比较有代表性。考虑到本次试验深度达118 m,因此,再次对地质和水文情况进行了补充勘测,勘测深度为150 m,地层分布及水文特征见表1,土样见图2。

表1 地层分布及水文特征

2 试验设计

2.1 试验目的

本次特深地墙试验,深度暂定为118 m,墙厚1.2 m,结合北横通道中山公园工作井原围护设计,原位实施,为后续深隧项目实施提供技术参数。

主要试验目的：

1)验证设备选型,检验选用设备的适应性及成槽能力(成槽深度、垂直度)。

2)采集相关技术参数,以便对各项技术参数进行调整：a.泥浆指标：不同土层泥浆比重、黏度、含砂率、pH值等;b.工效：记录单幅槽段所需时间及总体时间,以便后续进度控制;c.垂直度：槽壁X向及Y向垂直度、深度及坍塌情况;d.施工工艺方法：泥浆制备、成槽、钢筋笼分节对接、混凝土浇筑;e.一期槽段龄期：混凝土强度与龄期关系。

2.2 设计指标

1)垂直度要求：小于1/1 000;2)混凝土强度等级水下C35,抗渗等级P12;3)地墙纵筋保护层厚度：迎土面为70 mm,开挖面为70 mm。

3 特深地墙试验

3.1 设备选型

根据本次实验地墙深度及宽度、土质情况、设计指标要求及参考国外施工经验,选用宝峨MC96铣槽机。宝峨MC96铣槽机切挖宽度800 mm～1 800 mm,切挖长度2 800 mm,最大切挖深度120 m。

3.2 实验准备

1)试验位置选择。为了得到准确试验数据,不受外部因素影响,试验位置选择上避开盾构进出洞区域(见图3),靠近泥浆循环系统,远离重型设备频繁使用区域。原位试验位置定于工作井西南侧,地墙编号S04(一期)、S05(二期)、S06(一期)、S07(二期)、S08(一期)。

2)单元槽段成槽方式确定。为确保特深地墙试验安全进行,减小试验过程成槽风险[6],单元槽段采用1刀成槽方式,单幅槽段宽度2.8 m,套铣厚度300 mm(见图4),具体分幅尺寸见表2。

表2 单元槽段分幅尺寸

3)护壁泥浆准备。为保证本次试验槽壁稳定,通过对护壁泥浆实验分析,发现搅拌效果对泥浆的前期性能影响较大,搅拌时间应保证5 min以上,并适当增加转速,确保原料充分混合[7]。经试验研究,推荐配比见表3。

表3 原料配比表

4)槽段垂直度检测仪器准备。根据本次试验槽段深度,选用UPM150Q型超声波测壁仪,最大测深150 m。

3.3 实验过程

本次118 m特深地墙试验共5幅,其中一期槽段两幅(S04,S06,S08),二期槽段一幅(S05,S07),幅宽均为2.8 m,厚度均为1.2 m,钢筋笼分四节吊装,成槽施工采用 MC96铣槽机。施工顺序为S04→S06→S05→S08→S07。

1)工艺流程：工艺流程见图5。

2)分幅定位。采用全站仪坐标放样定位,喷涂油漆进行标记,使用气割机进行开设槽口放置导向板。

3)一期槽段铣槽深度控制。根据本次试验深度,第一铣深度至30 m,第二铣深度至70 m,第三铣深度至80 m,第四铣深度至90 m,第五铣深度至100 m,第六铣深度至118 m,每铣结束后提斗,再次下放时先修槽再掘进,以保证槽壁垂直度。

4)二期槽段铣槽控制。本次试验分幅宽度均为2 800 mm,一期槽段先行施工。一期槽段混凝土浇筑前,在接头处放置接头挡板,接头挡板卡入开设槽口内,防止移位;接头挡板插入深度至少须在导墙顶以下6 m,控制二期槽段分幅宽度。

二期槽段铣槽施工时,缓慢下沉切削两侧一期槽段,切削厚度300 mm。

在一期槽混凝土浇筑之后7 d～15 d,即混凝土强度约达到设计强度70%的时候开始二期槽成槽作业。两侧一期槽混凝土龄期相差越小越好;所切削的混凝土强度不宜超过铣齿的设计切削强度,一般而言不超过50 MPa。

5)槽段检测。根据每次铣槽深度,每次提斗后：

a.检测垂直度,指导后续修槽及纠偏,确保垂直度;b.检测泥浆指标,确保槽壁稳定。

6)槽段清基换浆。成槽深度达到试验深度要求并验收合格后,采用液压铣槽机进行清底。检测槽段内泥浆液面高度及泥浆性能指标,根据情况补充新浆改善槽段内泥浆指标。

7)地墙接头处理。槽段清扫基底和更换浆液完成后,利用铣槽机铣斗,安装钢丝刷,由上至下反复进行刷洗铣切后的墙面,直到钢丝刷上不再有泥土为止[8]。

8)地墙钢筋笼加工。钢筋笼在加工平台上分节同胎制作。一期槽钢筋笼两端每3 m～5 m绑扎一段300 mm～500 mm长PVC管作为保护层垫块,PVC管直径根据套铣厚度选用300 mm[9]。

9)混凝土浇筑。混凝土浇筑选用直径300的圆形螺旋快速接头单导管浇筑。混凝土坍落度控制在(200±20) mm,初凝时间不超过8 h,导管插入到离槽底标高300 mm～500 mm,浇筑过程中导管插入混凝土深度应保持在2 m～6 m,混凝土泛浆高度30 cm～50 cm[10]。

4 试验成果

经过3幅一期槽段和2幅二期槽段试验,最大成槽深度达118.55 m,终孔垂直度在1/1 000以上,混凝土浇筑充盈系数1.01,1.02,1.0,1.01,1.02。

4.1 成槽功效分析

经过3幅一期槽段和2幅二期槽段成槽时间统计分析,118 m深地墙采用铣槽技术,一期槽段成槽时间在40 h左右,功效为3 m/h;二期槽段成槽时间95 h左右,功效1.24 m/h。

4.2 泥浆指标

五幅试验槽段新浆指标为：泥浆比重在1.08～1.15,黏度在19.7～32,含砂率1%～2.5%;成槽过程中测得循环泥浆指标为：泥浆比重在1.2～1.35,黏度在19～24.2,含砂率2.5%～11%;清基换浆后泥浆指标为：泥浆比重在1.2～1.28,黏度在19.7～21.1,含砂率2.5%～4.5%。

4.3 垂直度结果

根据一期槽段分6次铣槽提斗检测垂直,第一铣30 m深垂直度在1/600～1/800;第二铣70 m深垂直度在1/1 400～1/3 000;第三铣80 m深垂直度在1/1 600～1/3 800;第四铣90 m深垂直度在1/910～1/4 500;第五铣100 m深垂直度在1/980～1/2 400;第六铣118 m深垂直度在1/1 000～1/1 200。

4.4 混凝土浇筑

通过对混凝土浇筑过程数据统计分析,本次槽段宽度2.8 m,成槽深度118.17 m～118.55 m,墙厚1.2 m,根据设计浇筑高度理论方量377.8 m3～391 m3,实际浇筑方量378 m3～393 m3,充盈系数在1.0～1.02,混凝土坍落度控制在200 mm～210 mm,一期槽段浇筑时间在9 h左右,二期槽段浇筑时间在7 h左右[11]。