悬臂式双排型钢水泥土搅拌桩在基坑围护中的应用

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悬臂式双排型钢水泥土搅拌桩在基坑围护中的应用

刘天宇

四川省川建勘察设计院,四川成都, 610017

摘要:型钢水泥土搅拌桩作为一种经济、快速、止水效果良好的围护桩形式,在基坑开挖过程中得到了广泛应用,同时也积累了大量的经验,但是悬臂式双排SMW工法桩的相关工程实践较少。本文结合某基坑场区的地质条件及周边环境,介绍了悬臂式SMW工法桩的施工工艺和流程,结果表明:(1)选择悬臂式双排SMW工法桩为基坑的围护结构,既可提高了支护结构的抗弯和抗剪能力,又降低了土体的沉降变形。(2)成功实施的双排SMW工法桩支护结构,保证了基坑的顺利开挖,监测结果表明,沉降控制满足要求,对周边环境的影响较小,验证了悬臂式双排SMW工法桩的可行性与实用性。

关键词 基坑施工,深基坑,地下连续墙,施工技术

0 引言

型钢水泥土搅拌桩(简称SMW工法桩)在基坑工程中是一种应用广泛的围护形式,积累了丰富的设计和施工经验,通过采用水泥土搅拌桩加固土体,并阻隔地下水,在水泥土搅拌桩内插入型钢,作为挡土构件,提供结构抗弯和抗剪功能。由于该结构形式简单,施工方面,基坑完成后型钢可拔出回收重复利用,因此大大地减少了工程造价,在黏土及粉细砂砂土层中应用,工程价值显著。国内外大量的文献记载了型钢水泥土搅拌桩的应用,张璞介绍了型钢水泥土连续墙(SMW工法)在外力情况下的内力和变形,揭示了其受力机理,并将此工法应用于实践[1-2]。胡静型钢水泥土连续墙在天津软弱土的应用,取得了较好的效果[3]。吴大庆等人针对设计理论不完善,且落后于工程实的问题,依托相关工程,建立一套完整的设计计算理论,对型钢水泥土搅拌桩的物理力学性能和设计参数进行了探讨[4]

由此可知,目前的基坑SMW工法桩主要采取单排受力的结构形式,对于双排或者多排SMW工法桩的实际应用和研究较少。双排SMW工法桩在形式上为一种门架式结构,在抵抗土压力时,两排工字钢协同作用,加强了围护结构的侧向刚度,降低了周围土体的变形,因此,增强的侧向刚度为悬臂式SMW工法桩创造了可能,也为基坑施工提供了更为有利的空间。本文介绍了悬臂式SMW工法桩在实际工程中的施工工艺,结合现场的监测记录,验证了悬臂式SMW工法桩在实际应用中的可行性和实用性。

1 工程概况

拟建成都地铁中医大省医院站为 5 号线与 2、4 号线的交叉换乘站。车站主体结构位于清江东路与一环路西二段的交叉处。本站为明挖两层分离侧式车站。本站有效站台中心里程处覆土 3.36m,轨面埋深-10.05m,车站主体右线总长 190m,宽 22.66m。地铁 2、4 号线车站土建已完成,其中 2、4 号线已运营,既有车站前期已预留部份接口条件,但根据 5 号线初设建筑方案已预留条件无法满足最新方案,需对既有车站部分侧墙结构进行改造形成新的接口条件。基坑长 344.85m,宽6.7~17.7m,基坑深 10.25~13.62m。 因此,经过工法选型及经济比较,选择悬臂式双排SMW工法桩施工

2 工程地质与水文地质

拟建车站场厚度、性质变化较大,主要为①-1杂填土,黄褐、灰褐色土。由沥青、混凝土、部分碎石及少量黏性土构成;①-2素填土,黄褐色、灰褐色,稍湿。主要为夹杂有少量卵石、碎石的粘性土。②-2粉质黏土,主要呈灰色褐、黄褐色,具有可塑性,含有少量粉粒,以黏粒为主,场地内都有分布;②-3-1黏质粉土,主要有灰黄色、土黄色等,土体较密实,场地内均有分布;②-4细砂:呈灰黄色和青灰色,较潮湿,长石和石英为主要成分,其次是云母,局部地区夹杂有少量卵石。②-9卵石:卵石地层呈浅灰色和灰褐色,卵石的主要成分为岩浆岩和变质岩。⑤-2强风化泥岩:暗红色、紫红色。水平节理较发育。岩芯大多呈碎块状,少量呈短柱状。

本站地处岷江水系冲积平原,车站地下水主要有上层滞水、第四系沙卵石层间的孔隙潜水,其中第四系孔隙潜水对工程的影响较大。

(1)上层滞水

上层滞水主要分布在地表,位于黏性土层上面的填土层当中,其主要的补给源为大气的降水和周边居民的生活用水。上层滞水的水量变化较大,且不稳定。

(2)第四系孔隙水

场地间的卵石成层状分布,其间含有大量的孔隙潜水,且水位高、含水量大,其主要的补给源为区域地表水以及大气降水。

通常情况下,地下水补给的主要来源为大气降水和地下水。影响降水渗补的因素很多,主要包括地层厚度、地形地貌和岩体特征。通常情况下,地形、水系等因素会影响地下水的径流和排泄。第四系孔隙潜水主要向低洼处或附近的河谷排泄。

3 悬臂式双排SMW工法桩支护结构布置及施工工艺

3.1 悬臂式双排SMW工法桩支护结构布置

根据前期工法选型及基坑条悬臂式双排SMW 工法桩采用850@600mm三轴搅拌桩,桩长L=27m,前后排桩中心间距为3m,顶部采用800mm厚混凝土板连接,内插规格为H700×300×13×24的H 型钢,前排桩隔一插一,后排桩采用隔一插二。基坑内侧桩表面喷100mm厚C20混凝土钢筋网片。

3.2 悬臂式双排SMW工法桩施工工艺

悬臂式双排SMW工法桩具体施工工艺流程如图1所示:

悬臂式双排型钢水泥土搅拌桩在基坑围护中的应用

图1 悬臂式双排SMW工法桩施工工艺流程图

施工前,应场地平整并施工放样,根据基坑围护内边控制线,采用挖机开挖导槽,并清除地下障碍物,导槽尺寸要求中心线两侧宽各0.6m,0.5m深。垂直导槽方向放置两根定位型钢,规格为200×200mm,长约2500mm,按型钢尺寸做出型钢定位卡,防止型钢插入时不正。在平行导槽方向放置两根定位型钢规格为300×300mm,长约10-20m。三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均注入水泥浆液,同时严格控制下沉和提升速度。防止出现夹心层和断浆情况。根据设计要求和有关技术资料规定,下沉速度不大于0.8m/min,提升速度不大于1.6m/min。按照图1工法桩的施工工艺,三轴搅拌机下钻时注浆的水泥用量约占总数的70%-80%,而提升时为20%-30%。水泥浆液的水灰比为1.3,每立方搅拌水泥土用量为350kg,拌浆及注浆量以每钻的加固土体方量换算,注浆压力为0.3-0.8MPa,以浆液输送能力控制。三轴水泥搅拌桩施工完毕后,吊机立即就位,插入H型钢至设计标高为止。

4 结论

(1)通过介绍拟建基坑工程的周边环境状况,结合场区地质条件与水文地质条件,选择悬臂式双排SMW工法桩为基坑的围护结构,既可提高了支护结构的抗弯和抗剪能力,又降低了土体的沉降变形。

(2)介绍了双排SMW工法桩的施工工艺及施工相关参数,成功实施的基坑支护结构,保证了基坑的顺利开挖,对周边环境的影响较小,验证了悬臂式双排SMW工法桩的可行性与实用性。

(3)监测结果表明,双排SMW工法桩的施工效果良好,沉降控制满足要求,进一步验证了双排SMW工法桩的刚度在一定程度上获得了提高。

参 考 文 献(References):.

[1]张璞,柳荣.SMW工法在深基坑工程中的应用[J].岩石力学与工程学报,2 016,38(4):599-612.

[2]李明智,刘岩.SMW工法桩在长江漫滩地区复杂地质条件下技术应用[J].铁道勘测与设计. 2014(06).

[3]胡静,孙延胜,张晶晶.SMW工法在软弱土地区深基坑支护中的组合应用[J].岩土工程技术. 2018(06).

[4]吴大庆.SMW工法围护结构设计计算方法及应用研究[D].西安科技大学,2006.

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