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摘要:城市发展水平的加快,使我国社会发展对于轨道交通的建设需求越来越大,地铁也成为了人们出行的重要交通工具之一,但是,针对复杂的地质条件,建设部门急需采取相应有效措施来解决相关问题。而对于地铁车站基坑围护结构的支护来说,可以采用地下连续墙、咬合桩、钻孔灌注桩加止水帷幕等多种方法,其中地下连续墙这种方法的使用,是较为广泛的,这种方法本身具备变形小、刚度大、止水效果好等优势,因而被建设部门所青睐。本文将基于复杂地层地下,连续墙施工的质量控制要点进行分析与研究。
关键词:复杂地层;地下连续墙;施工质量控制要点
针对一些较为复杂的地层来说,在进行施工的过程中,如果没有严格的控制建设质量,加强过程管理,轨道交通的墙缝级极易出现渗漏,该问题的出现就会加大地铁运行环境的风险。而随着相关项目工程的不断增多,建设单位所面临的复杂地层也越来越多,“克服地质问题,迅速完成工程建设”成为了各个建设单位需要关注的重点问题。那么,为了更好地把控施工质量,相关施工企业就要及时引进创新技术,使用先进工艺,以保证工程的顺利完工。
1.地下连续墙施工的概述
1.1地下连续墙施工的发展
地下连续墙施工技术是根据石油钻井、打井,采用水下浇筑混凝土、泥浆的方法发展而来,意大利米兰在1950年,第一次采用了护壁泥浆地下连续墙施工的方法,20世纪50年代开始,地下连续墙施工技术在西方国家得到迅速推广,并广泛应用在了深基础施工以及地下施工之中。
1.2地下连续墙施工的操作流程
该施工技术是在地面上采用挖槽机械,沿深开挖工程周边轴线,在泥浆护壁下,开挖狭长的深槽,而在清槽完毕后,需要在内侧吊放钢筋笼,并使用导管法,灌注水下混凝土,使其成为一个单元槽段,重复以上步骤,不断进行操作,在地下筑成连续的钢筋混凝土墙壁。
1.3地下连续墙施工的适用范围
这种方法在实际应用的过程中,具备墙体钢度大、实操速度快、震动小、节省材料的优势,在密集建筑群的深基坑支护与逆作法施工中常用,适合各种地质条件,包括在粒径50mm以下的砂砾土层中作业。对于建筑物地下商场、油库、挡土墙等的建造也十分适用[1]。
图1 地下连续墙施工现场
2.基于复杂地层地下连续墙施工的实际工程
2.1工程概况
某城市轨道交通站位于交叉路口的西北处,车站沿枫林路呈一字型布置,车站采用明挖法施工,长258m,是2号线最长的车站。其围护结构采用地下连续墙+钢支撑。地下连续墙厚1m,接头使用工字钢,连续墙每个标准槽段长6m,特殊槽段长3.10~7.70m,墙高约27m[2]。
2.2地质情况
车站地层分布不均,地质条件复杂。场地及其附近存在4条断层,沿车站纵向分布2条断裂带,横向有1个古河床。地层的分布表现为表层为粉质黏土,下伏基岩为中风化、微风化灰岩,局部见元古界板溪泥(砂)质板岩、溶蚀孔洞等。地下水主要是孔隙潜水、基岩裂隙水,稳定埋深水位为2.50到10.00米。特殊岩土主要是软硬不均匀、破碎的“泥质断层角砾岩”,且在部分地带断层角砾岩下为微风化灰岩,溶蚀发育强烈,岩质较硬,且有溶洞。
3.地下连续墙施工的质量控制要点
3.1灰岩段质量控制
在车站东侧,下伏岩层基本上均为微风化、中风化灰岩段,岩层节理裂隙较发育,岩质坚硬,溶洞和岩溶裂隙发育,存在溶洞、孤石等特殊地质。通过研究,在槽段开挖过程中,所挖出的灰岩孤石,能够观察到其外观上有溶蚀面,呈蜂窝状,岩层强度最高可达85MPa,硬度极高,在连续墙施工中对槽段引孔的垂直度有很大的影响,极易出现扩孔、偏孔现象[3]。溶洞的存在也对连续墙的施工质量造成很大影响,施工中易出现塌孔现象。要消除灰岩段孤石及溶洞对连续墙施工质量的影响,需从以下几个方面进行控制。
3.1.1确定适用的成槽工艺
一般连续墙施工工法有:①成槽机直接成槽,适宜槽壁自稳性较强地层;②钻机间隔冲孔,成槽机修槽,两者相互配合进行施工,此工法适宜于岩层坚硬地段。但在该工程中,以上工法经现场试验,均不适用,无法解决孤石卡锤等问题。施工中,考虑到该工程的地质条件复杂,采用冲击钻密排引孔、方锤修槽、成槽机清槽,“三步一体”相互配合进行施工。根据现场地质情况,采用冲击钻机进行施工,一般每个标准槽段要开4个先导孔(1、2、3、4),然后钻副孔(5、6、7),达到标高后,最后使用方锤(8、9、10)扫壁,成槽机清渣直至最终成槽。其中方锤施工顺序可以根据现场情况调整,具备条件即可进行清槽。成槽遇到滑动的孤石时,可采用旋挖钻机(或方锤)进行处理。
3.1.2合理选择成槽机械
成槽机械的选择,需要根据工程的地质状况、水文条件、设备能力及地连墙的结构质量要求等判断。一般情况下,软质地基地下连续墙深度在40m以内,宜选用抓斗式挖槽机械与旋挖式钻机相互配合,以保证工艺效果;而在老黏土层、风化岩等较坚硬土层成槽,则需要选择水平回转铣槽设备与冲击式挖槽机械相互配合。该工程岩层较硬,存在孤石,成孔机械可选用铣槽机或冲击钻,因铣槽机成本相对较高,故使用冲击钻进行冲孔,清槽设备采用液压抓斗成槽机。
3.1.3成槽机械施工注意事项
冲击钻在通过坚硬密实卵石层等土层时,适宜采用高冲程3到5m,在任何情况下,最大冲程不宜超过6m。如通过软硬不均的岩层时,则需要向孔内投入坚硬片石,低锤快打,造成平台,然后采取较高冲程。为防止冲击振动影响邻孔已浇筑混凝土的凝固,该操作需要等待,在邻孔混凝土浇筑完毕以后,抗压强度达到2.5MPa,方可开钻。钻孔这项操作,必须连续进行,当需停钻时,提出钻头,补足孔内泥浆,保持孔内规定的水位以及泥浆的相对密度。硬化成槽机作业平台的地面,铺筑20cm厚的混凝土,履带停放于混凝土地面上,以分散对地面的集中荷载,保持地层稳定。成槽施工作业时,抓斗掘进一定要按照“慢提慢放、严禁满抓”的原则开展作业。成槽采用“三抓法”施工,即:对于直线槽段,采用“先两边,后中间”的施工原则;对于异形段(如L、Z型),要根据现场情况调整工序。成槽过程中,液压抓斗需要与导墙中心线垂直,并向下持续掘进,运用成槽机上自动测斜仪随时测量,并用液压纠偏装置,随时纠偏,保证施工的顺利完成。
3.1.4偏孔、扩孔及塌孔处理
在孤石及溶洞地段,经常会出现偏孔、扩孔、塌孔等现象,可在回填高强度片石后,用冲击钻重新冲孔,保证引孔及槽段的垂直度。遇到溶洞,采用C15混凝土对溶洞进行回填的方法进行处理。
3.2软硬不均地层施工控制要点
在进行导墙开槽时,地面以下1米左右,便发现孤石存在,在孤石周边的岩层为强风化板岩,中间夹有泥质断层角砾岩,岩石破碎,岩质极软,遇水易软化,难形成稳定护壁,所以在连续墙成槽过程中容易发生槽段坍塌现象;同时这类地层因软硬不均,使用钻机成孔施工时特别容易发生偏孔现象。针对这种地质特点从以下几个方面进行施工质量控制。
3.2.1泥浆控制
泥浆是整个施工中,深槽槽壁稳定的关键,在施工中起到了护壁、携渣及润滑的作用。性能好的泥浆,能防止槽壁塌方,同时,在混凝土浇灌时,也直接影响混凝土的浇灌质量。新配置的泥浆需放置在贮浆池,一般静止24h以上,最少不低于3h,各项指标经测试合格方可循环使用。对于施工过程中回收的泥浆,经过除砂器除砂及沉淀净化处理后,对其各项性能指标进行测试,并重新调整搅拌,达到标准后使用。泥浆的性能主要体现在黏度、含砂率、pH值等方面。新配置的泥浆要达到下列要求:密度1.1~1.2g/cm3,黏度25~30s,含砂率<4%,pH值8~9。
在施工过程中,可根据地质情况适当调整密度,该工程岩层为强风化、中风化断层角砾岩,地质软硬不均,地下水丰富,极易出现塌孔现象,因此,泥浆密度调整至1.30~1.40g/cm3,使泥浆与地下水之间的压力差被增大,以提高槽壁稳定性,达到泥浆护壁的目的。在采用液压抓斗和冲击钻成槽时,泥浆的黏度和密度偏大,并不妨碍成槽,对槽壁稳定也是有利的;同时,充分利用本该废弃的黏度、密度偏大泥浆,节约泥浆[4]。只要在清孔时,把黏度和密度偏大泥浆,置换成合格泥浆,对施工质量而言,并无任何影响。
3.2.2导墙回填质量控制
在导墙开挖的深度范围内,均为回填土,容易出现塌方现象,造成导墙后背空洞,影响成槽效果。因此,在导墙开挖中,尽量采用小型挖机进行开挖,减少回填土方量。在导墙回填中,注意回填素土或黏土,不使用杂填土。如果出现塌方现象,采用回填素混凝土或放钢筋网片回填混凝土进行处理,增加导墙后背强度。
4.结论
综上所述,地下连续墙已逐渐成为我国轨道交通的围护结构,同时也是地下水利工程的防渗墙,起到的作用是显而易见的,在实际应用时,对于该技术的质量要求也越来越高。在施工中,必须加强对于质量过程的控制,提升工艺水平,才能最大限度地降低工程造价,保证施工质量。
参考文献
[1]张国珍.复杂地层中超深地下连续墙的质量控制研究[J].福建建筑,2021(11):105-110.
[2]李学聪.复杂地层地下连续墙施工关键技术[J].施工技术(中英文),2021,50(16):38-41.
[3]汪结春.复杂地层超深基坑开挖施工的质量安全风险监督管理[J].建筑施工,2020,42(8):1583-1585.
[4]李剑锋.绳索取芯钻探在复杂地层矿区施工技术措施[J].冶金管理,2020(15):10-11.