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徐州地铁学院东路站复杂地质条件下多机械组合地连墙施工技术

出处:论文网
时间:2017-08-20

徐州地铁学院东路站复杂地质条件下多机械组合地连墙施工技术

  1.工程概况

  徐州地铁1号线一期工程学院东路站处于徐州市云龙区和平大道与学院路交叉口西侧绿地内,沿和平大道与三八河之间绿化带东西向布置,为地下两层(下穿三道中河处一层)岛式车站,站台宽度11m,车站有效站台中心里程:DK17+728.800。车站主体结构外包尺寸为:长262.2m,宽26.5m(站台中心处);车站顶板覆土约2.1m,车站标准段基坑深度约为15.7~16.4m,西端头井基坑深度约为17.9m,东端头井基坑深度约为18.4m。

  根据工程地质和水文情况,结合学院东路站周边环境,经过经济技术比选,地下连续墙墙底入岩3~5m,基坑分段及地下连续墙设计参数详见下表:

  该车站主体围护结构采用800厚地下连续墙+钢筋混凝土支撑、钢支撑围护体系,明挖顺作法,共101幅墙,分A(17幅)、B(52幅)、C(18幅)、D(3幅)、E(11幅)型四种墙。地下连续墙接头形式采用H型钢刚性接头,地下墙混凝土设计强度等级为C35(水下),主筋保护层厚度70mm;钢筋采用HRB400。图1为学院东路站平面布置图。

  2.工程地质及水文情况

  学院东路站主要地质为老黏土与石灰岩。据现场实际勘探情况,0-3米为杂填土,3-6米为粉质粘土,6-9米为可塑状态老黏土,9-15米为硬塑状态老黏土,15-24米为中风化石灰岩;地下水位埋深1.4--3.2m,主要为潜水和承压水,受外界和三八河水补给。图2为本车站地质剖面图。

  3.特殊地质

  根据勘探数据显示大部分岩层有溶洞、暗流间隙,尤其车站西北侧溶洞夹泥表现较明显,为确保后期成槽质量及施工机械安全,采用注浆加固措施。由详勘报告中得知,岩石最大饱和抗压强度为51.83Mpa,现场实地岩溶勘查三道中河以东饱和抗压强度平均值为82MPa,最大达到105Mpa,三道中河以西岩石抗压强度最大为53Mpa。图3为溶洞布置示意图及检测报告。

  4.成槽的不利因素

  4.1 杂填土

  该层强度低,压缩性高,结构松散,物理力学性质差,渗透性大,自稳性差,对基坑开挖、支护及止水影响较大。如果采用冲孔桩机施工,易发生偏孔现象;若采用成槽机成槽,则开挖时可能会发生地面沉降、导墙变形,导墙下部塌槽,甚至可能卡斗、成槽偏位等严重质量事故,且成孔工效极为缓慢,在工期较短的情况下,进度无法得到保障。

  4.2 中风化石灰岩层

  该岩层局部饱和抗压强度较高,平均值为82MPa,最大达到105Mpa。在该岩层中成槽施工,常规成槽机机械成槽速度缓慢,无法保证地下连续墙施工进度要求;又因该岩层裂隙较发育,局部有溶洞,其中有粘性土、碎石等填充,在地下连续墙施工过程中会引起槽段内泥浆液面急剧下降,极易造成槽段内上部土层塌方,导致成槽失败、和平大道右车道路面大面积开裂、成槽机械倾斜、抓斗被埋等事故,极为不利于地连墙成槽。

  5.岩溶勘察及其注浆处理情况

  5.1 岩溶勘察情况

  学院东路站地下连续墙岩溶勘察钻孔187孔,其中181孔存在溶洞、裂隙现象,见孔率为98.4%,钻孔过程中存在漏水、漏浆甚至掉钻情况。图4为岩溶勘察及相关记录情况。

  5.2 注浆情况统计及地连墙施工效果

  岩溶勘察过程中181孔存在溶洞、裂隙,采用注水泥浆加固处理,个别特殊孔采用水泥水玻璃双液浆进行处理。187孔总注浆量为1419m3,单孔最大注浆量为26.1m3,单孔注浆次数最大为5次。注浆后地下连续墙施工过程中未出现漏浆现象,注浆效果达到设计要求,保证了地下连续墙施工顺利推进。图5为注浆过程。

  6.成槽机械的分析

  现阶段国内应用于地下连续墙成槽的施工机械大多为冲击钻、液压抓斗成槽机、双轮铣槽机、旋挖机等,以下结合学院东路站常规成槽机械的单一施工情况对这些机械的施工性能进行分析。

  6.1 单一成槽机械的应用及工效分析

  (1)冲击钻桩机应用情况

  (2)旋挖机应用情况

  (3)液压抓斗成槽机应用情况

  (4)双轮铣槽机应用情况

  6.2 多种机械组合施工工艺及工效分析

  由于前期冲击钻机成槽效率不理想,工期滞后。经工期、成本综合考虑,后采用上海金泰SG46液压抓斗成槽机+冲击钻机和SG46液压抓斗成槽机+XTC80双轮铣槽机配合施工,多种机械组合施工的成槽方式,形成流水施工作业面,高峰期上冲击钻机达20台,最终按期完成本站地下连续墙的施工。

  6.2.1 多种机械组合施工成槽工艺

  (1)组合成槽施工

  a、液压抓斗成槽机先抓土层,快到岩层时(预留1-2米粘土有利于冲击钻纠偏),更换两台冲击钻机同时冲击岩层成槽。以冲击钻机为主,成槽机为辅,同时用于不同槽段冲击岩层,使之形成流水施工作业面。

  b、液压抓斗成槽机直接抓到岩层,立即更换XTC80双轮铣槽机铣削岩层。

  (2)成槽机开挖软土层

  成槽机施工时,通过抓斗对强度相对较弱的土层抓土,每一单元槽分三抓成槽,采用跳挖的形式,按先两侧后中间的顺序,直至槽段内岩层上 1-2m 处停止抓槽。成槽示意图如下:   (3)铣槽机铣削岩层

  在上层软土层用液压抓斗成槽机抓至岩层后,再使用双轮铣槽机铣削下部岩层。双轮铣槽机参数如下表所示:

  根据铣槽机参数,每一单元槽分三铣成槽,采用跳挖的形式,按先两侧后中间的顺序,直至槽段整体达到设计深度。铣槽过程中示意图如下:

  铣槽机施工过程中,机身的垂直度应与槽段轴线一致,并由两个独立的测斜仪监测,其数据由驾驶室内的电脑处理并显示在液晶屏上,从而驾驶员可随时监控并通过改变铣槽机的转速来实现对铣槽机垂直度的调整。

  6.2.2 多种机械组合施工工效分析

  采用多种机械组合施工使用的情况下,一幅墙的成槽速率为:使用成槽机施工,平均抓土量约 48m3,约须 1.62 个工时,工效 237.11m3/台班;使用铣槽机施工,平均挖岩量约 20m3,约需 4个工时,工效=40 m3/台班;使用冲孔桩机施工,平均冲岩量15m3,约需工时16个工时,工效7.5m3/台班。则单幅墙成槽时间为46.12 个工时,工效为 31.2m3/台班。通过多幅地下连续墙的流水施工作业,最快可实现单幅墙成槽仅需 28 个小时的高效率施工。

  6.2.3 多种机械组合施工注意事项

  多种机械组合成槽技术主要用于地质条件复杂的地下连续墙施工,为真正做到各种机械优势互补、提高工效等方面的优势,还须注意以下几点:

  (1)现场施工人员应充分考虑各种机械施工效率,周密部署、组织协调、及时调度,以确保流水作业的可持续性,避免窝工、停滞造成人材机等费用的损失;

  (2)须提前全盘考虑到各种机械对作业面的要求,做好前期准备工作,避免“一机一平整”,将时间浪费在作业面的准备上;

  (3)须提前考虑到机械维修的问题,做好前期准备工作,尤其是双轮铣槽机此类国际先进的机械,须提前考虑到其零部件的维修和更换,做到随坏随换。

  7.地下连续墙施工技术控制要点

  7.1 地下连续墙施工工艺

  7.2 泥浆制备与管理

  7.2.1 泥浆制备指标

  7.2.2 泥浆的循环和分离净化

  (1)泥浆循环:现场东西两端各修筑一个泥浆池,两个泥浆池利用泥浆管构成循环回路,供给槽段泥浆由西段泥浆池出,槽段内浆液回抽至东侧泥浆池,经沉淀池沉淀,符合要求的泥浆泵送至西段泥浆池循环池内供使用,不符合要求的泥浆则排入废浆池,统一外弃。

  (2)分离净化:泥浆分离采用泥砂分离器在槽段口处利用空压机进行反循环处理,避免了高浓度泥浆(含岩屑等)回路长所造成的堵管事故。槽内泥浆通过泥砂分离筛、旋流处渣器、双层震动筛等多级分离净化,去除岩屑等杂质。

  (3)槽段泥浆置换:经泥砂分离后,槽段内浆液一般泥浆比重较大,需从西侧循环池抽浆至槽内,通过反循环将比重较大的泥浆抽排至东侧沉淀池内。

  7.2.3泥浆质量管理控制要点

  (1)新拌制的泥浆应存放24h以上,并不断用泵搅拌,使粘土或膨润土充分水化后方可使用;

  (2)施工过程中抽检泥浆指标,如果泥浆指标不符合要求,需对泥浆进行处理或直接排至废浆池,进行外弃;

  (3)对严重污染及超比重的泥浆作废浆处理,按徐州地方要求用全封闭运浆车运到指定地点排放,保证城市环境清洁。

  下图为对泥浆性能指标进行检测时的情况:

  7.3 成槽质量控制

  多种机械组合施工的成槽质量,成槽完成后须通过超声波的手段对槽段深度、槽壁垂直度和接头垂直度等进行检测,符合要求后方可进行后续工序施工。从检测结果来看,凡是用冲击钻成槽的槽段出现大大小小不同程度的“大肚子”现象,给后期施工带来影响;用双轮铣槽机成槽的槽段,其垂直度都比较好,满足设计及规范要求,下图为超声波检测情况:

  7.4 先行幅接头刷壁

  H型钢接头槽壁采用特制附着式组合型刷壁器(钢刷和毛刷)进行刷洗,先用钢刷把H型钢接头上的泥土刮刷干净,然后再用钢丝毛刷刮刷钢刷未到的部位。为提高接头处的抗渗及抗剪性能,对地连墙接头处反复刷动至少20次,直到刷壁器上无泥为止,保证砼浇筑后密实不渗漏。下图为附着式刷壁器刷壁情况:

  7.5 清底换浆

  成槽至设计标高且经验收合格后,采用底部抽吸、顶部补浆的方法(气举反循环)进行置换和清底。确保地连墙墙底沉渣厚度不大于100mm,清孔后槽内泥浆性能指标符合规范及设计要求。下图为清底换浆时情况:

  7.6 钢筋笼制作及其吊装控制

  7.6.1 钢筋笼制作

  施工流程:

  搭建制作平台→工字钢焊接→铺设下层水平筋→铺设下层主筋→放置横向和竖向桁架筋→铺设上层水平筋→铺设上层主筋→放置拉结筋→放置预埋件及定位垫块

  注意事项:

  (1)必须按照设计要求配筋,保证钢筋长度和钢筋型号的正确。

  (2)钢筋采用机械连接,套筒和加工丝扣应符合规范要求,主筋与水平筋相交处,需点焊。

  (3)钢筋笼中应预埋压顶梁钢筋接驳器,接驳器应质量可靠,丝扣涂油后加盖密封。

  7.6.2 钢筋笼验收

  钢筋笼验收分6步验收:a、钢筋成品;b、下排钢筋;c、桁架钢筋;d、上排钢筋;e、预埋插筋;f、钢筋笼整体。严格按照设计及规范要求验收,上图为钢筋笼验收情况:

  7.6.3 钢筋笼吊装

  (1)吊装前必须检查钢筋笼编号和尺寸是否与槽段对应,检查预埋管件是否安装到位;

  (2)槽段通过验收后,签发吊装令进行起吊;

  (3)吊装过程必须有监理和施工管理人员旁站;

  (4)吊放钢筋笼必须垂直对准槽中心,吊放速度要慢,不得强行压入槽内,发现受阻,应及时吊起,经处理后重新吊放。   下图为钢筋笼吊装过程情况:

  7.7 混凝土浇筑质量控制

  7.7.1 浇筑前备

  (1)钢筋笼下放完成后,工字钢外侧下部填筑砂袋,保证填沙袋密实,上部安装锁口箱;

  (2)安装浇筑混凝土架及导管。

  7.7.2 混凝土浇筑

  (1)检查泥浆指标以及导管离槽底的距离是否符合规范要求;

  (2)浇筑混凝土前先放置球塞于导管口,球塞封闭导管,避免混凝土与泥浆结合,随混凝土从导管底部返出,并浮至槽顶;现场混凝土罐车必须达到6车以上方可开始浇筑,首灌砼必须连续浇筑,保证混凝土导管埋深,且两个导管必须同时浇筑混凝土,使得两个导管混凝土面标高差不超过50cm,以确保混凝土浇筑质量;

  (3)混凝土塌落度控制在200±20mm,并及时留置混凝土试件;

  (4)在混凝土灌注过程中,每浇筑一定量的混凝土要及时测量一次混凝土面标高,计算导管埋深,浇筑混凝土过程中要确保导管埋深2-6m,严禁将导管底端提出混凝土面;填写好混凝土灌注记录;

  (5)控制最后一次混凝土的灌注量,保证混凝土浇筑至要求标高以上。

  7.8 施工过程中出现的问题及应对措施

  (1) 工字钢翼板(10mm)和腹板(8mm)太薄,焊接分布筋过程中工字钢发生变形。

  原因分析:是焊接时H型钢受热集中产生变形,加上腹板较薄。应对措施:采用跳焊,分层焊,避免H型钢集中受热产生变形。

  (2) 导管通道处拉钩筋无法安装

  应对措施:与设计沟通,设计答复可以不安装。

  (3) 预埋件处钢筋与导管通道重合

  应对措施:与设计沟通,钢筋弯锚,打拐焊接。

  (4) 焊接方式问题

  应对措施:召开专题会议讨论,会议决定分布筋及行架筋等采用二保焊,其余吊点及受力部位采用电弧焊。

  (5) 为加强上层分布筋与工字钢焊接质量,上层分布筋布置于工字钢外侧,腹板降低2cm。

  (6) 压顶梁预埋钢筋与导管通道重合部分打拐预埋。

  8.结束语

  从学院东路站的地下连续墙施工情况可以看出,在复杂地质条件下(岩溶裂隙较发育、分布不均匀、局部岩层较硬等)施工地下连续墙,做好施工前的地质处理以及施工过程中成槽机械设备的优化组合是一种最佳选择。多种机械组合地下连续墙施工技术降低了地质条件对机械的施工影响,通过组织协调,合理安排施工计划,规避了单一机械施工对地质的适应性要求,在地下连续墙成槽的整体施工中做到了优劣互补,成槽工效得到了明显提高,效果显著。

  对于岩溶裂隙较发育的地层,施工前须对其进行详勘摸清具体位置和大小,并及时作注浆处理(根据实际情况注浆浆液配比可以调整,增加或减少浆液品种)。实践证明注浆效果良好,施工过程中未发现漏浆现象,保证了地下连续墙的顺利推进。

  目前随着现代化建设的脚步加快,城市地下地质情况将进一步复杂化,地下连续墙施工越来越广泛地应用于深基坑开挖支护工程中,传统施工工艺施工难度越来越大。而采用多种机械组合成槽施工技术,则可以降低施工难度,充分发挥各种机械的施工优势,在过程中形成优劣互补,提高施工工效,加快施工进度。

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