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CMW工法在基坑支护工程的应用

2015/10/16 阅读:

随着我国城市化建设速度的加快,城市的高层建筑及市政公用基础设施(如地铁、地下隧道等)的进一步普及,工程建设者不断在探究着可以更快、更省、更节约能源、更环保的基坑工程支护方案。在传统支护体系中,深层搅拌桩与钻孔灌注桩不仅相互独立,而且两者之间有夹层,如果某个地方出现渗漏,要找到真正的漏点不容易。而新工艺SMW工法的刚度没有传统支护体系强,在对基坑变形要求较高的深基坑工程中不可使用。CMW支护结构体系解决了这一难题,而且管桩之间的泥土呈现契形更有利于防渗(图1)。同时,管桩与水泥土复合为一字墙,即使某一个地方出现渗漏,处理起来也比较简单,只需用速凝材料快速堵住漏点即可。下面介绍该工法在南京市快速内环北线二期隧道基坑支护工程中的应用实例。

1工程概况

南京市快速内环北线二期隧道基坑支护工程Z1标中局部设计采用CMW工法(单节高强薄壁管桩挡土、Φ950三轴深层搅拌桩止水,形成水泥土与预应力管桩复合挡土止水结构)。作为新型工法取代常规工艺首次用于基坑支护工程中。基坑开挖深度11m左右,宽度28m,根据基坑开挖深度不同,采用2~3层支撑系统。

1.1工程地质条件基坑开挖深度及CMW工法施工深度范围内均为砂性土。

1.2高强薄壁管桩管桩规格与技术性能桩长19m(单节),管桩间距1.2m,插入圈梁40cm。

1.3水泥搅拌桩三轴搅拌Φ950,水泥掺入比20%~22%,水灰比1.55~1.85,水泥土28d无侧限抗压强度大于1MPa,搅拌轴间距0.6m。1.4支撑体系三道支撑,其中第一道为混凝土支撑(800×600mm),第二、三道为钢管支撑(2Φ610×12),局部设一道钢管支撑。

2施工机械配备

本次施工投入1台三轴深搅机配合CMW工法施工(预应力管桩复合挡墙),一台切割机和一台挖机配合进行马路沟槽凿除和开挖工作,一台70t履带吊配合起吊插入预应力管桩工作。90kW的振动锤及配电柜一套。

3施工工艺与施工参数

3.1工程设计三轴深搅桩为套接一孔法工艺(及相邻桩需重合一根搅拌轴)根据现场土质条件如三轴深搅与管桩插入时间间隔过长,管桩则很难插入,甚至无法安置到设计桩顶标高。针对该现象,可采用跳打法施工,同时插入二根管桩。即:先沿基坑支护方向施工第一幅三轴深搅(俗称“首幅”),而后间隔一幅搅拌施工第二幅(俗称“大幅”)后,回头套接跳打施工一幅的施工间隔空位部分(俗称“小幅”),在小幅第一孔和第三孔内插入预应力管桩(图2)。

3.2管桩安置管桩主要依靠自重自沉到位,对于深部砂层较厚地段,采用水泥复合浆液(水、水泥、陶土)的悬浮与置换,一般依靠桩自重均可以自沉到位,个别较难自沉到位的管桩,采用振动锤助沉到位。

3.3施工参数(表1)(1)搅拌桩直径因管桩直径已达Φ800,而常规三轴深搅直径只有Φ850,为了方便沉桩、提高止水效果、预防钻头磨损,施工时将三轴深搅钻头加至Φ950。(2)搅拌施工参数按设计要求,水泥掺入量按照每幅三轴搅拌叶片水平投影面积计算,桩直径D=950mm,三轴间距L=600mm,每幅标准长度1200mm,设计搅拌长度H=20.5m,水泥掺入比β=22%。其他施工参数:辅助材料:粉煤灰;水灰比:W/C=1.5(一般取1.5~1.8);膨润土:用量为水泥用量的5%;下沉搅拌速度Vd=0.6m/min;上提搅拌速度Vd=1.0m/min。(3)辅助材料的作用膨润土:增加浆液稠度与悬浮性能,但应控制填加量(不大于5%水泥重量),容易折减水泥土强度。如较果不明显,可参入适量粉煤灰或有机纤维素。

4CMW工法的施工流程

(图3)(1)三轴深搅施工,按常规施工工艺控制即可。(2)管桩的现场堆放和场內运输,预应力管桩堆放、运输按采用二点支顶堆放,二个支顶点分别在距桩端0.21L处,支顶采用放置木的办法,管桩堆放不宜超过四层。(3)管桩起吊点设置,在预应力管桩起吊插孔时,可采用一点吊,吊装位置可在距桩端1m处,也可直接在桩端起吊。根据对19m长的管桩起吊验算,在1m处吊装时的吊装弯距为开裂弯距的37%,在顶端吊装时的吊装弯矩为开裂弯矩的49%。(4)三轴深层搅拌桩施工完毕后,吊机应立即就位,准备安置预应力管桩。预应力管桩起吊前,安装管桩定位控制装置,使管桩在平面可以准确就位。(5)吊机吊起管桩,移至已经搅拌好的桩位上,对好位置后,缓慢放置管桩直置设计标高,如果桩无法沉至设计标高,则采用90kW的振动锤助沉。

5施工现状及有关问题

5.1取消在支撑位置插型钢原设计要求在支撑节点位置的管桩两侧插工字钢用以加强该位置的刚度,基于在另一标段的施工经验,管桩在支撑节点部位的刚度可以满足设计要求,取消了该位置的工字钢。

5.2管桩桩头凿除对桩身预应力损失的影响CMW工法使用的管桩采用先张法有粘结工艺制作,预应力依靠混凝土与钢筋的握裹粘结力传递,桩身两端的法兰盘主要作用是在桩身砼达到设计值前为钢绞线固定提供应力支座方便均匀张拉,钢绞线张拉到设计应力后,浇注桩身砼,待砼达到设计要求强度后,张放预应力。任何一段均具备设计所要求的预应力,不因去除桩头或法兰盘而丧失预应力,只是桩顶局部混凝土应力状态有所改变,但影响不大。

5.3施工缝的处理因施工间歇产生的深层搅拌桩冷缝,时间较短的(48h内)在续接施工时采用套接施工,基本不会造成影响,但应详细记录在案,基坑开挖后密切注意此类位置的渗漏现象;时间较长的在冷缝外侧施工三管旋喷补强;因管线影响跳打施工的地段,采用三管旋喷补强施工。

6后续施工措施

6.1圈梁(1)管桩桩顶超过设计桩顶标高,但小于20cm时,按照原设计方案。(2)桩顶超过设计标高20cm时,采用增加2层(由原设计一层增加至三层)Φ16弯起筋的方法处理。

6.2下层围檩(1)管桩与下层围檩。对于部分管桩边线凸凹时,以不破坏管桩为原则,用C30细石混凝土找平,然后安装型钢围檩。(2)下层围檩的固定。在管桩上围檩位置安设膨胀螺栓固定钢托架。6.3基坑开挖要求必须遵守挖到围檩位置,设置围檩,施加预应力以后,形成围檩体系,方可挖下层土,杜绝超挖现象的发生。

7开挖后情况

对于管桩水泥土的止水机理,主要是帷幕的连续和桩间水泥土的抗渗性,以及水泥土与管桩的粘接。一般而言,挡土结构的抗弯性能是影响渗透性的关键因素,目前计算管桩挡土墙的抗弯刚度很大,变形较小,管桩之间的水泥土自开裂程度不大,主要是水泥土收缩与管桩的微裂缝造成的微渗,另外,管桩之间水泥土的斜契效应是止水的有利因素,在基坑开挖后,基本无明显渗漏点。

8CMW工法与通常支护桩加三轴深搅桩等工法相比,具有以下优点:

(1)施工成本方面:施工成本较常规的基坑支护施工省去了钻孔灌注桩的机械、水、电及泥浆排污等费用,减少了约50%的支护桩混凝土和40%的钢筋。(2)施工进度方面:省去了钻孔灌注桩的全部施工过程。支护施工工期比常规施工方法缩短将近2/3。(3)施工安全方面:同等规模的基坑支护投入的机械设备比常规施工投入的少,减少了风险源,其他安全控制均与常规施工一样,均能满足施工安全要求。(4)施工环保方面:因无钻孔灌注桩的施工,减少了对周围环境和施工场地的污染,且此类搅拌桩不存在挤土作用,对周围建筑和管线的安全极为有利,对施工操作面要求也很低。(5)节能降耗方面:节省了工期,减少了材料用量。(6)施工空间:传统的支护桩加三轴深搅桩支护工艺的墙体总厚度约2.2m,施工期间需占用较多的社会空间,而CMW工法墙体总厚度只有0.85~1.0m,减少了约60%的空间。

9结语

CMW工法在本工程的试验性施工,充分表现出比其他工法更快、更省、更节约能源、更环保的优异性能。证明预应力管桩复合挡墙挡土兼止水(CMW)工法的性能优于其他工法。今后可将单节管桩改进为双节或多节桩施工,则可进一步降低运输及施工成本和施工风险。CMW施工工法对在城市中需采用深基坑支护体系的建(构)筑物具有推广价值。

作者:郑晓军 单位:江苏华东建设基础工程有限公司

CMW工法在基坑支护工程的应用

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