雜填土地層地下連續(xù)墻槽壁加固施工技術(shù)研究

文/張玉欣

1 工程概況

1.1 工程背景

某地鐵車站長316.5 m、寬21.1 m，明挖法施工；基坑采用地下連續(xù)墻與內(nèi)支撐相結(jié)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻厚0.8 m；標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約21.55 m，盾構(gòu)井基坑深約23.25 m；覆土厚度約為2.28～2.91 m，中心里程處覆土厚度為2.5 m。主體為地下三層三跨箱形結(jié)構(gòu)，地下一層為綜合管廊使用空間，地下二、三層為地鐵使用空間；附屬結(jié)構(gòu)共設(shè)6個(gè)出入口、1個(gè)安全出入口、2組風(fēng)道。

1.2 工程地質(zhì)及水文條件

1.2.1 地質(zhì)條件

根據(jù)地勘資料，車站主體及附屬結(jié)構(gòu)等位置穿越土層主要為人工堆積的雜填土①層，黏質(zhì)粉土填土、砂質(zhì)粉土填土①1層及卵石填土①2層；第四紀(jì)沉積的黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土②層，粉質(zhì)黏土②1層；粉質(zhì)黏土③層，黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土③1層；細(xì)砂、粉砂④層，粉質(zhì)黏土④1層，黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土④2層；黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土⑤層，粉質(zhì)黏土⑤1層，⑤2有機(jī)質(zhì)黏土；黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土⑥2層，粉質(zhì)黏土⑥3層，黏土⑥4層。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，擬建車站場地及附近原為一水塘，后經(jīng)人工回填至現(xiàn)狀地面，擬建車站處人工填土層厚度約為2.40～4.50 m，填土坑內(nèi)人工填土厚度一般為5.10～13.30 m。

1.2.2 水文條件

量測河水水面標(biāo)高為26.20～26.50 m 且車站的支護(hù)結(jié)構(gòu)插入隔水層，地下連續(xù)墻底位于粉質(zhì)黏土層中。見表1。

表1 地下水水位量測情況 m

2 施工中存在的問題

人工填土層成分雜亂、結(jié)構(gòu)疏松，變異性大，工程性差。在地下連續(xù)墻施工過程中，填土層中存在建筑、生活垃圾以及卵石層，其中3～10 m為磚頭、鋼筋混凝土塊，基本未見土，10～14 m 為大粒徑碎石，粒徑一般在15～20 cm，未見土。

針對雜填土地層性質(zhì)，調(diào)整泥漿配比及密度，增加黏土球、重晶石粉、鋸末、纖維素等，循環(huán)泥漿密度控制在≮1.1 g/cm3并反復(fù)試驗(yàn)，還是存在塌孔的現(xiàn)象且跑漿、滲漿情況嚴(yán)重，無法形成有效的泥漿護(hù)壁，造成混凝土超方，也增加了地下連續(xù)墻成槽耗費(fèi)時(shí)間。

為確保施工安全、順利進(jìn)行，解決以上問題，保證槽壁穩(wěn)定性，本文對地下連續(xù)墻槽壁加固技術(shù)進(jìn)行了研究。

3 地下連續(xù)墻槽壁加固技術(shù)

地下連續(xù)墻施工中須重點(diǎn)關(guān)注成槽槽壁的穩(wěn)定性問題[1]，為解決施工過程中出現(xiàn)的塌孔、跑漿以及成槽時(shí)間較長等問題，保證安全和進(jìn)度，對水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、高壓擺噴樁以及雙液注漿等地下連續(xù)墻槽壁加固技術(shù)進(jìn)行分析比選。

3.1 水泥攪拌樁加固技術(shù)

水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑[2]，通過攪拌機(jī)將水泥噴在土層里攪拌，使軟土硬化形成整體；成為有一定強(qiáng)度的擋土、防滲墻。此加固技術(shù)適用的土質(zhì)范圍廣泛，包括粉土、砂土、淤泥土等飽和軟黏土；但由于本工程挖出的土體含有大量建筑垃圾，包括磚塊、灰渣、混凝土塊等，會對機(jī)械在土層中的攪拌產(chǎn)生障礙；因此，對本工程地下連續(xù)墻槽壁加固不適用。

3.2 高壓旋噴樁加固技術(shù)

自20 世紀(jì)70年代末期從國外引進(jìn)后，高壓旋噴樁施工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于堤壩、房屋地基、鐵路基礎(chǔ)、市政基礎(chǔ)加固施工[3]。高壓旋噴樁加固技術(shù)是利用鉆機(jī)把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后，將水泥漿液通過鉆桿下端的噴射裝置，向四周以高速水平噴入土體，借助流體的沖擊力切削土層；適用于砂土、粉土、素填土、碎石土以及淤泥等具有流塑性的土體。

高壓旋噴樁加固技術(shù)對地基的加固強(qiáng)度效果優(yōu)于水泥攪拌樁加固技術(shù)，綜合考慮本工程施工場地的雜填土厚度較大、成分雜亂且粒徑較大的實(shí)際情況，初步判定高壓旋噴樁加固技術(shù)對于本工程地下連續(xù)墻槽壁加固較為適用。

3.3 高壓擺噴樁加固技術(shù)

高壓擺噴加固樁技術(shù)和高壓旋噴樁加固技術(shù)類似，區(qū)別在于噴射角度和噴射面的形狀不同。高壓旋噴面為螺旋圓盤狀，而擺噴面為扇形。此加固技術(shù)適用于砂土、粉土、素填土、碎石土以及淤泥等具有流塑性的土體。

高壓擺噴加固技術(shù)（180°擺噴）與高壓旋噴加固技術(shù)相比，不僅可以有效地減少侵入地下連續(xù)墻槽壁內(nèi)的混凝土，而且可以避免成槽機(jī)開挖困難。但擺噴技術(shù)要求較高，需要精準(zhǔn)確定擺噴角度，控制噴嘴的擴(kuò)散角，施工難度較大，不考慮用于本工程地下連續(xù)墻槽壁加固。

3.4 雙液注漿加固技術(shù)

雙液注漿加固技術(shù)是將水泥漿和水玻璃進(jìn)行混合，通過雙液注漿機(jī)將其均勻地注入到土體當(dāng)中，以填充土體間的空隙，形成具有一定強(qiáng)度且抗?jié)B的墻體；除平衡土、水壓力外，還給槽壁一個(gè)向外的作用力，相當(dāng)于一種液體支撐，可以防止槽壁倒塌和剝落[4]。雙液注漿加固技術(shù)能夠適用各種土層，在地下工程、隧道應(yīng)用廣泛；主要作用是增加施工周圍土體的強(qiáng)度，在深基坑工程中用作止水帷幕，改良建筑物地基和控制沉降等。

雙液注漿加固技術(shù)中注漿機(jī)輕便、靈活，操作方便，能夠?qū)崿F(xiàn)定向、定量、定壓注漿，人工填土層成分雜亂、結(jié)構(gòu)疏松，容易造成塌孔、漏漿，而在水泥漿中摻入水玻璃，能夠縮短養(yǎng)護(hù)期，加快初凝速度并適應(yīng)狹窄的施工環(huán)境和復(fù)雜多變的不良地質(zhì)，較適用于本工程下連續(xù)墻槽壁加固。

綜上所述，高壓旋噴樁加固技術(shù)和雙液注漿技術(shù)對本工程槽壁加固較為適用，需進(jìn)一步現(xiàn)場試驗(yàn)，調(diào)整施工工藝參數(shù)，確定其適用性。

4 施工技術(shù)比選

分別采用高壓旋噴樁加固技術(shù)和雙液注漿技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，通過對比地下連續(xù)墻槽壁加固效果，結(jié)合其他制約因素，選擇最佳加固方案。

4.1 雙液注漿加固技術(shù)

4.1.1 施工工藝

1）注漿孔位置。注漿孔選擇在地下連續(xù)墻兩側(cè)，形成雙排梅花型，間距0.8 m，加固寬度為每側(cè)1.6 m，西側(cè)注漿孔的深度在5～14 m，東側(cè)注漿孔的深度在5～10 m。按照預(yù)先設(shè)計(jì)的位置進(jìn)行鉆孔并做好標(biāo)記。見圖1。

圖1 注漿孔布置

2）注漿壓力。初期壓力控制在0.5 MPa 以下；根據(jù)現(xiàn)場注漿情況，以地基隆起變形作為調(diào)整注漿壓力的依據(jù)，以達(dá)到良好的效果。

3）注漿液配合比。注漿材料為水泥和水玻璃雙漿液，配合比1∶0.5～1∶1之間，具體需根據(jù)現(xiàn)場施工滲透系數(shù)和固化情況適當(dāng)調(diào)整，以保證注漿順利進(jìn)行。

4）開挖時(shí)間。在注漿完成15～20 d 后，進(jìn)行地下連續(xù)墻的成槽施工。

4.1.2 施工效果

觀察施工效果，槽壁的均勻性和自立性均滿足施工要求，但因土質(zhì)不均勻，空隙較大，注漿量難以確定，施工費(fèi)用較高。

4.2 高壓旋噴樁加固技術(shù)

4.2.1 施工工藝

1）測量放樣。旋噴樁樁徑800 mm，布置在地下連續(xù)墻的兩側(cè)，單排注漿，樁間距0.6 m，樁距離施工導(dǎo)墻200 mm。見圖2。

圖2 旋噴樁鉆孔布置

2）引孔。按照預(yù)先標(biāo)記的鉆孔位置，架設(shè)鉆頭直徑為65 mm的工程鉆機(jī)進(jìn)行引孔。

3）鉆孔。引孔完成之后，利用旋噴機(jī)進(jìn)行鉆孔，檢查旋噴機(jī)的樁基是否平穩(wěn)，保證鉆孔垂直度偏差＜1%。

4）高壓旋噴注漿。采用二重管施工技術(shù)，鉆孔的同時(shí)進(jìn)行漿液噴射。在噴管進(jìn)入鉆孔之前，檢查噴嘴的工作狀態(tài)，檢測漿液能否順利噴出。進(jìn)入鉆孔時(shí)，噴管必須精確垂直對準(zhǔn)孔徑中心，當(dāng)噴管達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，開始進(jìn)行水泥漿的攪拌，時(shí)間控制在30 s左右，開啟空氣壓縮設(shè)備，待水泥漿從孔口冒出后，按照設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)速度和提升速度進(jìn)行注漿。見表2。

表2 高壓旋噴施工技術(shù)參數(shù)

續(xù)表2

4.2.2 施工效果

高壓旋噴加固技術(shù)形成的土體強(qiáng)度大，效果明顯改善，槽壁無坍塌，有漿脈，侵入地下連續(xù)墻槽段內(nèi)泥漿較少，便于開挖。

4.3 方案選定

雙液注漿和高壓旋噴樁方案加固效果都滿足施工要求，但雙液注漿費(fèi)用較高，綜合考慮施工成本和施工效果，高壓旋噴樁加固技術(shù)更適用于本工程的地下連續(xù)墻槽壁加固。

5 結(jié)語

槽壁塌方的根本原因在于槽壁土層抗剪強(qiáng)度不夠[5]，成槽前對土層進(jìn)行土體加固，避免出現(xiàn)塌孔等現(xiàn)象。本文提出并分析了水泥攪拌樁、雙液注漿、高壓旋噴樁以及高壓擺噴樁加固技術(shù)，根據(jù)其適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本場地雜填土的特點(diǎn)，對適用的加固技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，對比成槽效果。高壓旋噴樁技術(shù)作為本工程的地下連續(xù)墻槽壁加固技術(shù)能保證加固效果且較為經(jīng)濟(jì)，試驗(yàn)所確定的參數(shù)在施工中應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)整，以保證注漿順利進(jìn)行。