SMC等厚度水泥土攪拌墻在鄰近地鐵超大深基坑中的應(yīng)用

隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,建筑行業(yè)的施工技術(shù)得到了長(zhǎng)足進(jìn)步,深基坑工程越發(fā)普遍，深基坑施工的安全和質(zhì)量問(wèn)題受到了人們的廣泛關(guān)注；因此，有必要對(duì)該領(lǐng)域施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和研究。水泥土攪拌法通過(guò)固化劑和軟土之間產(chǎn)生一系列的物理-化學(xué)反應(yīng)，改變?cè)瓲钔两Y(jié)構(gòu)[1]，將分散的土粒凝聚成整體性、水穩(wěn)定性和具有一定強(qiáng)度的復(fù)合土[2]，在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中得到了普遍應(yīng)用。水泥土攪拌墻截?cái)嗷虿糠纸財(cái)嗌畈砍袎核畬优c深基坑的水力聯(lián)系，控制由于基坑降水而引起的地面沉降，確保深基坑和周邊環(huán)境的安全[3]。本文通過(guò)對(duì)某深基坑工程實(shí)例中SMC等厚度水泥土攪拌墻技術(shù)的應(yīng)用，分析其安全性及適用性并指導(dǎo)實(shí)際工程施工。

1 工程概況

天津市某工程地上建筑面積約57 470.87 m2，地下建筑面積約為42 338.56 m2，框剪、剪力墻結(jié)構(gòu)。整體地下3層，上置5棟14、32、41層高層住宅樓，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+筏板。

地下室平面近似矩形，基坑周長(zhǎng)約530 m，面積約1.57萬(wàn)m2，開(kāi)挖深度17.093 m（電梯井加深0.95～3.45 m），屬于一級(jí)深基坑?；幽蟼?cè)50 m為河道，西側(cè)50 m為已運(yùn)營(yíng)地鐵站體及隧道，東側(cè)20 m為已建成某高層住宅小區(qū)。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)為1 100 mm大直徑密排灌注樁＋1 000 mm厚地下連續(xù)墻+2道鋼筋混凝土內(nèi)支撐。止水帷幕采用800 mm厚SMC等厚度水泥土攪拌墻，（局部鄰近變壓器區(qū)域采用?1 000 mmMJS水泥攪拌樁），設(shè)計(jì)深度達(dá)34 m，隔斷第一承壓水層，坑內(nèi)采用377 mm×4 mm鋼管井降水，坑外設(shè)潛水、第一、第二承壓水觀測(cè)井。SMC等厚度水泥土攪拌墻防滲軸線(xiàn)長(zhǎng)約393.273 m，墻厚為0.8 m，頂部標(biāo)高為大沽標(biāo)高2.8 m，有效深度34 m，底標(biāo)高為大沽標(biāo)高-31.2 m。見(jiàn)圖1。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和止水帷幕

2 地質(zhì)與水文條件

場(chǎng)地自上而下地質(zhì)條件見(jiàn)表1。

表1 工程地質(zhì)條件

續(xù)表1

根據(jù)勘察資料及地基土的巖性分層、室內(nèi)滲透試驗(yàn)結(jié)果及區(qū)域水文地質(zhì)資料，場(chǎng)地埋深50.00 m以上可劃分為3個(gè)含水段。從上而下分別是：上層滯水含水段、潛水含水段、微承壓含水段。見(jiàn)圖2。

圖2 支護(hù)樁+水泥土攪拌墻地質(zhì)剖面

3 關(guān)鍵施工工藝

3.1 開(kāi)槽及鋼板鋪設(shè)

地表以下2 130 mm為雜填土，頂部1 m范圍內(nèi)含磚塊、碎石等雜物。為確保SMC液壓銑削攪拌機(jī)施工不受影響，施工前用挖掘機(jī)沿防滲墻中心線(xiàn)開(kāi)挖工作溝槽，溝槽寬度約1.0 m，溝槽深度約0.8～1.0 m，開(kāi)挖溝槽后于一側(cè)壓實(shí)基層，上部鋪設(shè)30 mm厚鋼板。

3.2 后臺(tái)制漿

選用袋裝膨潤(rùn)土，膨潤(rùn)土摻量、水膨潤(rùn)土液配比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行修正，一般為70～100 kg/m3；SMC液壓銑削攪拌機(jī)提升注漿時(shí)依據(jù)水灰比1.2攪制水泥漿液，采用80 t和90 t散裝水泥罐，水泥摻量25%。

3.3 SMC液壓銑削攪拌機(jī)就位

基坑北、東南側(cè)均采用SMC水泥土攪拌墻作為止水帷幕且需在完成攪拌墻施工后方能進(jìn)行支護(hù)樁施工；受變壓器影響28.5延米的抗?jié)B軸線(xiàn)無(wú)法采用SMC水泥土攪拌墻，局部樓座區(qū)域距離變壓器較近，為確保盡早插入正負(fù)零樓板施工，率先施工變壓器南側(cè)區(qū)域攪拌墻。攪拌機(jī)應(yīng)平穩(wěn)、平正，確保放線(xiàn)、定位準(zhǔn)確，整個(gè)移機(jī)過(guò)程主機(jī)須在鋪設(shè)好的厚度30 mm鋼板上。

3.4 銑輪下沉切銑原位土體至設(shè)計(jì)深度

SMC等厚度水泥土攪拌墻每幅寬2.8 m，依據(jù)設(shè)計(jì)深度及現(xiàn)場(chǎng)地面標(biāo)高，選用合適高度的SMC液壓銑削攪拌機(jī)，在機(jī)械設(shè)備上做好標(biāo)識(shí)，確保銑輪至設(shè)計(jì)深度并記錄下鉆開(kāi)始及結(jié)束時(shí)間，控制銑削下沉平穩(wěn)，檢查并調(diào)整垂直度，銑削下沉平均速度為0.345 m/min。配備1臺(tái)挖掘機(jī)將置換土及時(shí)清運(yùn)至“濕土晾曬區(qū)”，曬干后于夜間進(jìn)行清運(yùn)至場(chǎng)外卸土地。

3.5 銑輪勻速提升注水泥漿同步攪拌成墻

當(dāng)SMC液壓銑削攪拌機(jī)雙輪銑鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度時(shí)提鉆，隨銑削提升噴射水泥漿液，與土體進(jìn)行充分?jǐn)嚢璩蓧?，在提升過(guò)程中控制提升速度，確保成墻質(zhì)量，銑削提升平均速度為0.383 m/min。

3.6 SMC液壓銑削攪拌機(jī)移位

用高壓水槍將雙輪銑銑頭清洗干凈，將SMC液壓銑削攪拌機(jī)移動(dòng)至下一槽段位置，重復(fù)之前步驟。銑削頭離開(kāi)土層時(shí)確保勻速，降低對(duì)周邊土體的擾動(dòng)，同時(shí)每幅攪拌墻施工完畢后對(duì)雙輪銑銑頭進(jìn)行檢查，結(jié)合下沉切銑速度、完整度或鋒利程度，有問(wèn)題時(shí)及時(shí)返廠(chǎng)進(jìn)行更換。

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銑削攪拌采用往復(fù)式套打，搭接長(zhǎng)度0.3 m，確保墻體的連續(xù)性和接頭的施工質(zhì)量。見(jiàn)圖3。

圖3 往復(fù)式全套打攪拌搭接形式

4 施工過(guò)程中遇到的難題及解決措施

1）基坑?xùn)|側(cè)受變壓器影響28.5延米的抗?jié)B軸線(xiàn)無(wú)法采用SMC水泥土攪拌墻，搭載變壓器的電線(xiàn)桿高度10 m，埋深2 m，頂部高壓線(xiàn)距離地面9 m，施工過(guò)程中需做好變壓器的保護(hù)工作且該部位止水帷幕調(diào)整為MJS工法樁，施工高度較低，施工過(guò)程中變壓器斷電并提前準(zhǔn)備好發(fā)電機(jī)等應(yīng)急設(shè)施。

2）止水帷幕涉及地下連續(xù)墻、SMC水泥土攪拌墻及MJS工法樁三種，地下連續(xù)墻與SMC水泥土攪拌墻施工完畢后，接茬處新增MJS工法樁進(jìn)行封堵；SMC水泥土攪拌墻與MJS工法樁接茬處，需先完成該部位攪拌墻施工，后施工MJS工法樁確保止水效果，若受施工部署影響導(dǎo)致接茬處攪拌墻施工滯后，攪拌墻施工后完畢需在接茬處額外新增MJS工法樁進(jìn)行封堵。

3）基坑南側(cè)SMC水泥土攪拌墻施工時(shí)，遇到110延米長(zhǎng)地下障礙物，嚴(yán)重影響銑削下沉速度，為原面粉廠(chǎng)混凝土及磚基礎(chǔ)，采用挖掘機(jī)及破碎炮進(jìn)行破除，開(kāi)挖深度4.5 m，后回填置換土，壓實(shí)后進(jìn)行攪拌墻施工。

5 施工注意事項(xiàng)

1）SMC液壓銑削攪拌機(jī)拼裝完成后及移位后，使用經(jīng)緯儀分別從正面、側(cè)面校正樁機(jī)立柱導(dǎo)向的架垂直度。施工過(guò)程中通過(guò)安裝在銑削頭內(nèi)部的測(cè)斜儀，嚴(yán)格控制墻體的垂直。

2）嚴(yán)格控制水泥摻入量，精確控制水泥漿液水灰比，摻加定量水泥外加劑制成合格的水泥漿液。

3）施工冷縫處重新施工一個(gè)槽段，確保非正常停機(jī)、故障檢修及多個(gè)起始位置成墻搭接區(qū)域的墻體強(qiáng)度和止水效果。

5）深度21.53 m以下為10 m左右厚度粉砂層，SMC等厚度水泥土攪拌墻受地質(zhì)條件影響較大，施工過(guò)程中控制膨潤(rùn)土摻量，減緩提升注漿時(shí)的阻力，同時(shí)降低提升注漿速率，確保成墻密實(shí)度。

6 總結(jié)和分析

1）應(yīng)用SMC等厚度水泥土攪拌墻作為止水帷幕，支護(hù)樁間無(wú)滲漏現(xiàn)象，止水性能優(yōu)良。

2）掘進(jìn)過(guò)程中SMC液壓銑削攪拌機(jī)銑頭驅(qū)動(dòng)裝置切削在地面以下，噪音和振動(dòng)大幅度降低，未影響周邊居民生活休息，環(huán)保效益好。

3）SMC工法將液壓雙輪銑槽機(jī)和傳統(tǒng)深層攪拌技術(shù)相結(jié)合[4]，水泥土攪拌均勻。設(shè)備自帶監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)整裝置，可實(shí)現(xiàn)施工的全過(guò)程監(jiān)控，垂直度和質(zhì)量可控、連續(xù)性好、止水效果好且能施工至較深位置。

4）不適用于鄰近變壓器、高壓線(xiàn)等空中障礙區(qū)域。SMC液壓銑削攪拌機(jī)鉆桿高度可達(dá)60 m，屬于超高機(jī)械設(shè)備，空中障礙物會(huì)對(duì)攪拌機(jī)造成嚴(yán)重影響。

5）在遇到粉砂、細(xì)砂、砂礫層較厚的地層時(shí)，下鉆過(guò)程需嚴(yán)格控制膨潤(rùn)土摻量，確保攪拌過(guò)程中不塌孔；同時(shí)對(duì)粉砂、細(xì)砂、砂礫地層的空隙進(jìn)行填充，確保攪拌墻的密實(shí)度，在上述地層作業(yè)時(shí)需控制水泥漿注漿速率，不能過(guò)快。