薄壁地下连续墙支护技术

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薄壁地下连续墙支护技术

山东茂隆新材料 2020-11-16 2210


  1 前言

  钢筋混凝土构筑的地下连续墙,墙体刚度大,不但能承受作用于墙面上的侧压力,还具有挡水防渗能力,且变形小,可以作为主体结构的地下室外墙或其一部分。地下墙施工的成槽机械主要有抓斗式和利用泥浆循环的掘削式设备,施工对周围土体和邻近建(构)筑物影响小,对于基坑开挖工程量大,工期长,或利用地下墙作为主体地下室外墙的工程,具有较好的综合经济效益。但对于一般基坑,由于施工技术复杂,造价较高,现有设备施工的地下墙墙体厚度较大(一般厚800mm左右),故混凝土用量较大。因而,在一定程度上限制了它的推广应用。

  采用射水法建造的薄壁地下连续墙,成槽设备较简单,它利用高压射源破坏地层结构,水土混合使泥砂溢出地面,并通过成型器(长方形350mm×1500mm)上下反复冲击运动,其下刀具进一步破坏土层,修整槽壁,槽孔中泥浆护壁,形成规格尺寸的槽段,经灌注水下混凝土建成单块槽段,单块槽段墙厚380mm,墙段宽1560mm左右,采用间隔跳打,当施工两槽段之间的槽板时,开启侧向射源,将邻近两槽板侧向泥土冲刷干净,这样,使单块槽板相互紧密衔接,形成一道完整的地下墙体,保持了传统地下连续墙的优点,减少砼用量,且这种地下墙单位体积综合价与(冲)钻孔灌注桩接近,从而大大降低了造价。

  射水法建造地下连续墙适用于淤泥、粘性土、砂土、砂砾等土层。该法原用于土坝坝体防渗的防渗墙,近年来,该法应用于基坑支护,取得良好的效果,特别在砂土等透水性好的地层中,因其自身良好的止水防渗功能,可节省止水或降水费用,有利于保护环境,社会经济效益显著。

  这种地下连续墙壁厚较小,故墙体在开挖深度上的跨度不宜过大,一般一层地下室要设一层支撑,但其整体好,矩形断面有利于抵抗弯矩,在实际应用中发现其变形并不大,完全可以满足支护要求。

  2 薄壁地下连续墙的设计计算

  地处福建漳州市闹市区的某工程,高20层,框架剪力墙结构,地下室两层,开挖深度8.5m(承台深度9.5m),基坑占地面积45×37㎡,场地西、北约4.0—5.0m外均为居民住宅楼,高1—4层,浅基,砖混结构,场地东侧6m外为某银行,高5层,天然地基,框架结构,场地南侧为街道,街道边埋设有地下管线,环境条件对基坑开挖要求高。场地土层及主要物理力学性质及其它有关设计计算指标见表1。

表1 场地土层主要物理力学性质指标

薄壁地下连续墙支护技术  第1张

  支护结构采用薄壁地下连续墙加设两道钢筋砼角撑,4根立柱,连续墙厚380mm、长度12.5m,槽段宽1560mm,共有106块槽段,如图1所示。这种支护型式在漳州地区属首次应用,设计计算如下:

薄壁地下连续墙支护技术  第2张

图1 薄壁地下连续墙支护设计图

  2.1 土压力计算采用朗肯公式计算土压力,土的强度取固结快剪指标,被动侧粘性土取快剪指标〔1〕。

  2.2 墙体嵌入深度计算与稳定性验算场地顶部为杂填土、粉质粘土,利用其可自立深度,将第一道支撑降低至地面以下1.7m,支撑以上基坑外的土重、邻近建筑、施工荷载作为地面超载取P0=50Pa,则计算开挖深度为7.8m.根据静力平衡法原理,计算连续墙嵌入深度〔1〕,第二层开挖力矩平衡所需的嵌入深度Ht=4.2m,设计嵌入深度Hd=1.1×Ht=4.7m,连续墙板块长度12.5m.将上述方法确定的嵌入深度进行基坑抗隆起稳定性验算〔1〕,可得安全系数Kr=2.17>1.3,满足要求;并进行整体稳定性验算〔2〕,安全系数Kt=1.59>1.25,亦满足要求。

  2.3 地下连续墙内力计算地下连续墙内力取一个槽段计算,b=1560mm,h=380mm,保护层α=30mm,采用考虑支撑设置滞后面的m法〔3〕按四种工况计算:表2为各工况弯矩、剪力、支撑力、位移计算结果,取各工况弯矩包络线计算配筋。

表2 薄壁地下连续墙计算结果

薄壁地下连续墙支护技术  第3张

  2.4 降水设计计算本工程场地有两层承压含水层,上部含水层被连续墙止水,可不予考虑,下部承压水水位埋深1.4m,开挖后为防止坑底突涌,必须降低第二含水层的水头压力,满足:

h<ΣrI.hI/rw/1.2 (1)

  式中:h—含水层水头高度;rI—坑底土重度;hI-坑底土厚度;rw—水重度。

  将已知值代入上式,得h<2.7m,即应将第二层地下水位降低6.1m以上,取降至基坑底,S=8.1m.根据/大井公式计算基坑涌水量:

Q=2.73K.M.S/〔lg(1+R0/r0)〕(2)

  式中:Q—基坑涌水量;K—含水层渗透系数;M—含水层厚度;S—水位降深;R—影响半径,,R0=R+r0;r0—基坑等效半径;r0=0.29(a+b),a、b基坑长、宽。

  将有关参数代入式(2),得:Q=634.8m3/d,单井设计出水能力q=108m3/d,降水井井数n=1,1Q/q≈7(口井)。

  2.5 基坑开挖监测布置为了确保支护结构和周边安全,需进行监测,在连续墙中共布6个测斜管(与连续墙深度相同),监测不同深度连续墙水平位移;布一个墙身钢筋应力测试断面,8只钢筋应力计;周边建筑每幢布4—8个沉降观测点监测建筑变形。

  本工程基坑支护原设计采用(冲)钻孔灌注桩排桩加设一道圆拱形钢筋混凝土内支撑,圈梁与圆拱断面均为1500×800,8根立柱,排桩桩径900mm,桩长19.6m,桩中心距1240mm,桩后打两排500mm、长14m粉喷桩止水,场地内注浆加固被动土(从基坑底向下3m,桩向外宽4m)。

  与原设计相比,薄壁地下连续墙一种工艺就可达到原设计排桩、粉喷桩、注浆三种工艺的效果,可节省造价约182.5万元,新设计虽然采用两层支撑,但支撑造价仍比原设计节省5.5万元,两种支护形式经济指标对比见表3。

表3 两种支护设计经济指标对比

薄壁地下连续墙支护技术  第4张

3 支护结构施工与基坑开挖及基坑降水

  3.1 地下连续墙施工:施工前,将场地标高降低1.4mm,夯实连续墙走向附近地面,水平安放轨道,使造墙机在同一电动轨道上行走,确保各槽段垂直度小于1/300,防止连续墙板块之间接触错位,影响止水效果。

  每个槽段成槽时间约2—3小时,钢筋笼下笼,接头焊接及混凝土水下灌注共3—4小时,每日可施工3—4个槽段,本工程连续墙施工共43天。

  3.2 基坑开挖:采用机械自北向南退挖,分两层进行,第一层开挖至深度5.1m(南侧中段土预留,以便停放挖掘机),第二层开挖至深度8.3m,配合少量人工开挖。支撑系统施工与基坑开挖共55天,总计98天,比原设计工期提前38天。

  3.3 基坑排水、降水:开挖第一层时,基坑内只有少量集水,采用明排,开挖第二层时,场地勘察孔冒水,随着开挖深度增大,基坑底部涌水量增大,于是在基坑内打7个降水井抽水,抽取含泥砾粗砂含水层中的地下水,将场地水位下降至基坑底以下。

  施工期间,漳州受台风袭击,正在开挖的其它基坑都进水,唯独本工程基坑未进水。

  3.4 存在问题及解决或改进办法:

  (1)没有专门的清渣设

沥青麻絮是将麻絮和有本公司的技术人员研发的一款具有防腐性沥青为主要材料的添加剂里面的一款产品。沥青及添加剂加热溶解后与麻絮混合拌和均匀,作为道路结构物沉降缝、伸缩缝的填缝材料。主要用于作道路结构物沉降缝、伸缩缝的填缝材料等工程的建设。本产品施工非常方便,替代了原有的麻烦施工方法。我们一般是桶装的,只需要采购后,取出来就可以使用。主要起防水、防杂物进入沉降缝内的作用,在填塞过程中,应填塞密实、牢固,在材料选用上,要选用优质合格的材料,麻絮为新的未变质的麻絮。

备,故沉渣厚度不能有效控制,本次施工采用加深造孔深度0.3—0.5m作为预留沉渣空间,同时采用隔水栓进行混凝土灌注,加大混凝土初灌的冲击力,减少沉渣。

  (2)由于连续墙较薄,灌注水下砼的导管口径较小,稍有不慎,就可能使管内存在空气,出现堵管现象,本次施工,采用的措施是在导管接头加垫密封圈,选用粒径较小的碎石或卵石(粒径小于10-30mm)。

  (3)各连续墙板块之间大部分连接效果较好,但有少量粘性土部位连接不够理想,有夹泥现象,说明侧向喷嘴对粘性土不能有效清洗,应将槽段宽度改为1540mm,增加在粘土层的清洗时间,或侧向喷嘴由目前并排3个改为5个呈梅花形布置,加大侧向喷射强度;另外,成形器两端应改成弧形,使板块之间能更有效咬合。

  4 应用效果验证

  4.1 地下连续墙变形图2为测斜点平均位移——深度平均曲线,连续墙最大位移在基坑开挖面附近,最大值4.6—17.4mm,计算变形稍偏小,主要是由于计算无法考虑时间效应,实际土体在开挖期间存在蠕变。

薄壁地下连续墙支护技术  第5张

  4.2 地下连续墙弯矩实测深度6.9m(圈梁顶之下5.2m)连续墙钢筋最大拉应力114.9MPa,最大压应力40.6MPa。根据矩形断面钢筋砼受力平衡条件,可计算出薄壁地下连续墙实际弯矩(如图3所示),与计算弯矩对比(测试时基坑周边没有堆载,故作为对比的理论计算不考虑施工超载20KPa),从图中可以看出:各工况弯矩变化规律基本相同,但计算值一般偏大,偏于安全。

薄壁地下连续墙支护技术  第6张

  4.3 邻近建筑沉降邻近建筑沉降一般为3—5mm,未见任何开裂破坏痕迹。

  5 结论

  (1)本工程采用薄壁地下连续墙,变形较小,墙身钢筋应力仍有较大安全储备,止水防渗效果好,对周边影响甚微,说明这种支护安全可靠。

  (2)薄壁地下连续墙厚度小,混凝土用量小,兼具挡土防渗功能,造价较低。本工程与原设计的排桩支护结构相比,节省造价53.7%;如果利用薄壁地下连续墙作为地下室外墙的一部分,经济效益更加显著。

  (3)射水法建造地下连续墙,施工方法简单,施工速度快,对周边影响小。

  (4)应对成形器进行适当改进,形成不同厚度规格的成形器,以适用于不同条件的基坑支护,两端呈园弧形,以增强板块之间的咬合。


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