型鋼水泥土攪拌墻在池涇節(jié)制閘外移工程中的應(yīng)用

【摘要】通過型鋼水泥土攪拌墻工法在池涇節(jié)制閘外移工程中的應(yīng)用，介紹了其特點(diǎn)、施工工藝及注意事項(xiàng)、對周邊環(huán)境的影響、監(jiān)測等內(nèi)容，該成功的運(yùn)用證明了其有廣泛的前景。

【關(guān)鍵詞】水泥土；基坑；應(yīng)用

型鋼水泥土攪拌墻也叫柱列式土壤水泥墻工法，即利用多軸型長螺旋鉆孔機(jī)在土壤中鉆孔，達(dá)到預(yù)定深度后邊提鉆邊從鉆頭端部注入適合不同工程連續(xù)墻的水泥漿，將其與原土壤進(jìn)行攪拌，在原位置上建成一段土壤水泥墻。然后再進(jìn)行第二段墻施工，使相鄰的土壤水泥墻彼此有重合段，連續(xù)重疊搭接施工即可做成地下連續(xù)墻。同時在水泥土混合體未結(jié)硬前插入H型鋼或鋼板作為其應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材，至水泥結(jié)硬，便形成一道具有一定強(qiáng)度和剛度的、連續(xù)完整的、無接縫的地下墻體，再在水泥墻上布置鋼管內(nèi)支撐以減少樁頂水平位移及基坑外側(cè)地面沉降量。

一、項(xiàng)目簡述

老池涇套閘離掘石港1.0km左右，是金山區(qū)半低地防汛、排澇骨干工程之一，通過安全鑒定評定為四類閘，本次拆除后將閘址外移。該工程是金山區(qū)防洪除澇及區(qū)域水資源調(diào)度綜合工程的一個組成部分，為浦南東片與浦南西片的分界水閘。本工程等別應(yīng)為Ⅱ等，主要水工建筑物級別為2級。

二、地質(zhì)條件

勘察資料顯示擬建場地在勘察深度（最大深度為35.45m）范圍內(nèi)揭露的地基土均屬第四紀(jì)沉積物，主要由粘性土及粉性土組成。根據(jù)地基土的成因、時代、結(jié)構(gòu)特征及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等綜合分析，劃分為6個工程地質(zhì)層及分屬不同工程地質(zhì)層的亞層。各地層分布如下：①1素填土、②1灰黃色粉質(zhì)粘土、②3灰色粘質(zhì)粉土、④灰色淤泥質(zhì)粘土、⑤1灰色粘土、⑤2灰色砂質(zhì)粉土、⑦1灰色砂質(zhì)粉土。

擬建場地的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，所屬的設(shè)計(jì)地震分組為第一組，地基液化等級為輕微。

三、設(shè)計(jì)方案

本工程建設(shè)內(nèi)容為新建水閘一座，范圍為內(nèi)河防沖槽至外河防沖槽。基坑場地位于池涇河上，場地內(nèi)現(xiàn)為河道及兩側(cè)護(hù)岸，兩岸岸后為工廠的圍墻、廠房、電力管線、排水口等構(gòu)筑物，基坑距廠房約9m；場地東西側(cè)為現(xiàn)狀河道。

因工程工期要求十分緊張，考慮這一要求，力求做到經(jīng)濟(jì)合理，方便施工，進(jìn)行了方案比較。綜合考慮安全、施工周期、經(jīng)濟(jì)等因素，本次選用施工時基本無噪音，對周圍環(huán)境影響小，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠，適合于以粘土和粉細(xì)砂為主的松軟地層；擋水防滲性能好，不必另設(shè)擋水帷幕，可以配合多道支撐應(yīng)用于較深的基坑；結(jié)構(gòu)尺寸較小，施工占地小，投資較省的型鋼水泥土攪拌墻結(jié)構(gòu)。

圖1 基坑開挖分區(qū)示意圖

具體基坑圍護(hù)形式如下：

1、①區(qū)為閘室及內(nèi)外河消力池段，基坑開挖深度為6.70m。采用單排三軸水泥土攪拌樁，樁徑850mm，間距600mm，深13m。樁頂部設(shè)C30鋼筋砼冠梁，寬1.20m，厚0.80m，頂高程為2.50m。內(nèi)插H700×300型鋼，插二挑一布置，型鋼頂部高出冠梁頂面0.50m。水平向采用Φ609×16鋼對撐，間距5m。距冠梁0.45m處設(shè)截水溝。

2、②③區(qū)為內(nèi)外河翼墻段，基坑開挖深度為1.00～5.90m。在南、北兩岸采用放坡+型鋼水泥土攪拌墻的支護(hù)形式：第一級放坡坡度為1：2.5，高度為1.50m，第一級放坡開挖結(jié)束后留1.0m的平臺，放坡后剩余基坑深度為5.2m，采用型鋼水泥土攪拌墻支護(hù)，布置形式同①區(qū)，因左右岸翼墻相距約28m，鋼對撐距離較長，故在鋼對撐中間位置布置一330×330mm的角鋼格構(gòu)柱，格構(gòu)柱下設(shè)置Φ600鋼筋砼灌注樁，長11m。在東、西兩側(cè)采用放坡+帽型鋼板樁支護(hù)形式，具體為：第一級放坡坡度為1：2.5，高度為1.5m，第一級放坡開挖結(jié)束后留2m的平臺，剩余基坑深度為1.0～4.4m，采用密排帽型鋼板樁+鋼支撐；帽型鋼板樁頂部采用H700×300型鋼圍檁，鋼板樁和水泥攪拌樁中間采用φ609鋼管對撐。

3、④區(qū)為內(nèi)外河海漫段，兩側(cè)邊坡為1：2.50至擋墻。基坑兩側(cè)為現(xiàn)狀擋墻，對擋墻進(jìn)行加固，均在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上直接開挖，開挖深度均為1.0m左右，不考慮采取支護(hù)措施。

4、⑤區(qū)為擋墻新建及加固段。該段北側(cè)擋墻進(jìn)行拆除重建，南側(cè)采用灌注樁+帽型鋼板樁+導(dǎo)梁的型式在現(xiàn)狀擋墻前進(jìn)行加固。

5、坑內(nèi)加固

對①②③區(qū)坑內(nèi)土體進(jìn)行加固，采用水泥摻量不小于360kg/m3的水泥土攪拌，深3m。

計(jì)算時考慮了基坑邊緣20kPa的均布荷載，土體抗剪指標(biāo)采用直剪固快指標(biāo)。計(jì)算結(jié)果見下表，各項(xiàng)有關(guān)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

四、周邊環(huán)境的影響

采用平面有限元計(jì)算程序?qū)拥氖┕み^程進(jìn)行了模擬分析，對周邊環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測。采用了Hardening-soil模型，Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)側(cè)，該模型假設(shè)三軸排水試驗(yàn)的剪應(yīng)力q與軸向應(yīng)變成雙曲線性關(guān)系，同時采用彈塑性來表達(dá)這種關(guān)系，此外模型考慮了土體的剪脹和中性加載，構(gòu)造HS模型的基本思想是三軸加載下豎向應(yīng)變和偏應(yīng)力之間為雙曲線關(guān)系。

主要計(jì)算不同挖深區(qū)域基坑開挖時圍護(hù)結(jié)構(gòu)及坑邊土體位移。理論計(jì)算結(jié)果表明：最大基坑開挖深度6.7m引起臨近建筑最大水平位移為8.48mm，最大豎向位移約為4.61mm，滿足規(guī)范要求。

五、施工

5.1 施工順序

河道圍堰→基坑排水→地下障礙物探查、清障→土方回填→打設(shè)降水井、坑內(nèi)降水→底板灌注樁施工、型鋼水泥土攪拌墻施工、帽型鋼板樁施工→閘室段①、②、③區(qū)開挖→人工修土，澆筑墊層、底板、閘墩等下部結(jié)構(gòu)→拆除支撐→坑壁回填→型鋼回收、帽型鋼板樁拔出→內(nèi)外河翼墻及內(nèi)河北岸擋墻段④、⑤區(qū)開挖→海漫、擋墻結(jié)構(gòu)施工→拆除圍堰。

5.2 施工方法及質(zhì)量保證措施

1、水泥土攪拌樁的攪拌下沉速度建議控制在0.5～0.8m/min，提升速度宜小于1.0m/min，具體數(shù)值宜根據(jù)現(xiàn)場試成樁情況確定。

2、樁體垂直偏差不大于1/200，樁位偏差不大于50mm。

3、水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.5，墻體抗?jié)B系數(shù)10e-7～10e-6cm/sec。水泥摻量20%，土體容重取18kN/m3。

4、水泥土攪拌樁28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu>0.5MPa。攪拌樁圍護(hù)28d后方可開挖。

5、基坑開挖前應(yīng)檢驗(yàn)樁身強(qiáng)度，宜采用漿液試塊強(qiáng)度試驗(yàn)的方法確定。每臺班應(yīng)抽查2根樁，

每根樁不少于2個取樣點(diǎn)，應(yīng)在基坑坑底以上1m范圍內(nèi)和坑底以上最軟弱土層處的攪拌樁內(nèi)設(shè)置取樣點(diǎn)，每個取樣點(diǎn)制作70.7mm×70.7mm×70.7mm的水泥土試塊1組（3塊）。采用水中養(yǎng)護(hù)測定28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，試塊未達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度時，應(yīng)進(jìn)行取芯檢驗(yàn)。取芯檢驗(yàn)宜采用Φ110鉆頭，鉆取28d齡期的芯樣并應(yīng)密封且及時進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。取芯數(shù)量不宜小于總樁數(shù)的2%，且不應(yīng)少于3根。每根樁的取芯數(shù)量為在連續(xù)鉆取的全樁范圍內(nèi)不同深度和不同土層樁芯上取不應(yīng)少于5點(diǎn)，且在基坑坑底附近設(shè)取樣點(diǎn)，每點(diǎn)3件試塊。鉆取樁芯得到的試塊強(qiáng)度宜乘以1.2～1.3的系數(shù)。

6、現(xiàn)場施工第一批樁不少于3根，始終在監(jiān)理人員檢查下施工。檢查內(nèi)容：水泥投放量、漿液水灰比及泵送時間、攪拌下沉及提升時間、樁長及垂直度控制方法。

7、攪拌樁必須確保水泥摻量，做到攪拌均勻、連續(xù)，不得出現(xiàn)24h施工冷縫。如因特殊原因出現(xiàn)施工冷縫則需補(bǔ)強(qiáng)，超過48h須在接頭旁加樁或進(jìn)行壓密注漿補(bǔ)強(qiáng)。

8、圍護(hù)結(jié)構(gòu)與墻后土體之間出現(xiàn)的裂隙應(yīng)及時灌注水泥漿。

9、攪拌樁施工完畢后，吊機(jī)應(yīng)立即就位，準(zhǔn)備吊放H型鋼。型鋼插入時間宜控制在水泥土結(jié)硬以前，一般以30min為宜。

10、H型鋼在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后全部拔出回收，在使用前必須涂刷減摩劑，以利拔出。

六、基坑支護(hù)監(jiān)測

基坑圍護(hù)施工和開挖過程中，應(yīng)做好監(jiān)測工作，用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，實(shí)現(xiàn)信息化施工，具體的監(jiān)測內(nèi)容包括：基坑頂部水平位移和沉降觀測；圍護(hù)墻水平、垂直位移的量測；圍護(hù)墻體測斜；支撐內(nèi)力的測試；周邊建筑、道路、河岸地表沉降和水平位移觀測；基坑內(nèi)外地下水位觀測。

結(jié)語：

型鋼水泥土攪拌墻結(jié)構(gòu)在池涇節(jié)制閘外移工程中基坑圍護(hù)的實(shí)踐應(yīng)用證明是成功的，其施工工藝較其他工藝對周圍環(huán)境影響小，結(jié)構(gòu)尺寸較小，施工占地小，投資較省，值得廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]《金山區(qū)池涇節(jié)制閘外移工程初步設(shè)計(jì)報告》（上海宏波工程咨詢管理有限公司，2015年）.

[2]DGTJ08-61-2010基坑工程技術(shù)規(guī)范.