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ＳＭＷ工法在頂管工程中的應用

0112建筑材料2021-07-18 12:03:39

摘要:采用了ＳＭＷ工法作頂管工作(接收)井同常規鋼筋混凝土沉井比較,工期可以縮短1/3。由于四周可不作防護,型鋼可回收,造價低。施工中無泥漿排放,對環境無污染。對需采用深基支護的建(構)筑物亦有參改借鑒作用。ＳＭＷ工法是指水泥土深層攪拌樁墻體中,按一定型式插入Ｈ型鋼,成為一種勁性復合圍護結構,國外亦稱之為ＴＳＰ工法。這種結構抗滲性好,剛度大,構造簡單,施工簡便,工期短,無環境污染。由于作為臨時支護,型鋼可回收重復使用,成本較低。在杭州某頂管工程施工中,嘗試用此法作工作井(接收井),效果良好。

1　工程概況

某工程頂管工作井基坑采用ＳＭＷ工法作為圍護結構,共有工作井11座、接收井7座,平面尺寸接收井為3ｍ×4.5ｍ、井深7.34ｍ,工作井為8ｍ×3.5ｍ。采用垂直井壁方向雙聯 700水泥土攪拌樁墻,間隔1000ｍｍ插入Ｈ型鋼作為支護結構,為加強井壁的整體作用,攪拌樁頂設500ｍｍ×750ｍｍ圈梁一道。逆作法開挖至設計標高(挖深多為6～7ｍ,局部井挖深達9ｍ),澆注底板,歷時40ｄ。(圖1所示)土層主要力學性質為:高壓縮性土,力學性質差,壓縮系數1.06,摩阻比僅為2.5,含水量高達46.3%。土層地質及主要物理力學性質指標如表1。表1　土層地質及主要物理力學性質

層序層厚/ｍ土層名稱ｒ/(ｋＮ.ｍ-3)凝聚力/ｋＰａ摩擦/度質量比孔隙比1-10～0.8雜填土 1-20.8～1.3素填土(灰褐色-灰黑色,富有機質) 2-11.3～3.5粉質粘土(黃褐色-灰褐色,軟塑)19.214.2132.720.822-33.5～4.2粉　土19.125.3 2.710.854-14.2～7.2淤泥質粘土(灰色,流塑,含腐植質和植物碎屑)17.810.86.62.731.175-16.5～7.2粉質粘土(褐色-灰褐色,軟-可塑,含有較多鐵質)18.934.515.52.720.9185-27.2～8.8粘土(青灰色黃褐色,可塑-軟塑)19.514.122.52.740.825-38.8～9.8粉質粘土夾粉土19.1 2.710.881

2　支護結構

參數2.1 墻體入土深度的確定當基坑底以下為透水性較大的砂性土層時,水泥攪拌樁必須深入到不透水層,防止管涌發生。ｉ<ｉｃ,式中ｉｃ=Ｇｓ-11+ｅ,ｉｃ為極限動水坡度,Ｇｓ為土顆粒質量比,ｅ為土的孔隙比。ｉ=ｈｗ/Ｌ　ｉ為動水坡度,其中ｈｗ為墻體內外水頭差,Ｌ為產生水頭損失的最短流線長度。本工程實例土質為粘性土,故無需驗算管涌。2.2 型鋼插入深度的確定Ｈ鋼插入攪拌樁深度由基坑抗隆起穩定及擋墻內力變形來確定,同時以型鋼拔出為主要條件。(1)抗隆起安全系數Ｋｓ=(ｒＤｃＮｑ+ＣＮｃ)/ｒ(Ｈ2+ＤＣ)ｑ≥1.1～1.2式中,Ｈ2-基坑開挖深度,ｍ;Ｃ-坑底土體內聚力,ｋＮ/ｍ2;ｑ-地面超載,ｋＮ/ｍ2;Ｄｃ-入土深度,ｍ;Ｎｑ、ＮＣ-地基承載力系數;Ｎｑ=ｔｇ2(45°+Ф/2)ｅπｔｇфＮｃ=(Ｎｑ-1)/ｔｇф經驗算Ｄｃ取2ｍ,型鋼長度取12ｍ。(2)為使型鋼完整拔起,應控制上拔力小于70%型鋼抗拔力。2.3 擋墻內力及變形可按圖解法或等代梁法進行計算(略)

3　工藝流程及主要施工機具

3.1 工藝流程

3.2 施工主要設備表2　施工主要設備

序號　　型號名稱　用　　途　數　　量1ＳＪＢＩ/ＩＩ型深層攪拌機深層攪拌用≥1臺數,2ＤＺ-30振動錘Ｈ型鋼插入 3ＹＪ-3Ｒ拌漿機 4ＳＹＢ-50/50-Ⅱ注漿泵制漿輸漿注漿由工程量配臺數5ＨＢ6-3壓漿泵 6Ｈ型鋼運輸車運輸Ｈ型鋼≥1輛7經緯儀測量移位垂直Ｈ型鋼1臺8水準儀 1臺9拔樁架起拔Ｈ型鋼1臺

4 關鍵技術的處理Ｈ型鋼水泥土攪拌樁支護結構的施工關鍵在于攪拌樁制作,以及Ｈ型鋼的制作和打拔。

4.1 攪拌樁制作同常規攪拌樁比較,要特別注重樁的間距和垂直度。施工中垂直度應小于1%,以保證型鋼插打起拔順利,保證墻體的防滲性能。注漿配比除滿足抗滲和強度要求外,尚應滿足型鋼插入順利等要求。本工程注漿配比:水泥摻量、膨潤土、緩凝劑、水灰比分別為13%、0.22%、0.8%、0.5。經樁內垂直取樣水泥土強度可達1.25ＭＰａ

4.2保證樁體垂直度措施(1)在鋪設道軌枕木處要整平整實,使道軌枕木在同一水平線上;(2)在開孔之前用水平尺對機械架進行校對,以確保樁體的垂直度達到要求;(3)用兩臺經緯儀對攪拌軸縱橫向同時校正,確保攪拌軸垂直,從而達到對樁體垂直度的控制;(4)施工過程中隨機對機座四周標高進行復測,確保機械處于水平狀態施工,同時用經緯儀經常對攪拌軸進行垂直度復測,通過對機械的控制達到對樁體垂直度控制。

4.3　保證加固體強度均勻措施(1)壓漿階段時不允許發生斷漿和輸漿管道堵塞現象。若發生斷樁,則在向下鉆進50ｃｍ后再噴漿提升;(2)采用“二噴二攪”施工工藝,第一次噴漿量控制在60%,第二次噴漿量控制在40%,且二次噴漿提升速度控制在0.5ｍ/ｍｉｎ;嚴禁樁頂漏噴現象發生,確保樁頂水泥土的強度;(3)攪拌頭下沉到設計標高后,開啟灰漿泵,將已拌制好的水泥漿壓入地基土中,并邊噴漿邊攪拌約1～2ｍｉｎ;(4)控制重復攪拌提升速度在0.8～1.0ｍ/ｍｉｎ以內,以保證加固范圍內每一深度均得到充分攪拌;(5)相鄰樁的施工間隔時間不能超過24ｈ,否則噴漿時要適當多噴一些水泥漿,以保證樁間搭接強度;(6)預攪時,軟土應完全攪拌切碎,以利于與水泥漿的均勻攪拌。

4.4　型鋼的制作與插入起拔施工中采用工字鋼,對接采用內菱形接樁法。為保證型鋼表面平整光滑,其表面平整度控制1‰以內,并應在菱形四角留Φ10小孔。型鋼拔出,減摩劑至關重要。因此,型鋼表面應進行除銹,并在干燥條件下涂抹減摩劑,搬運使用應防止碰撞和強力擦擠。且攪拌樁頂制作圍檁前,事先用牛皮紙將型鋼包裹好進行隔離,以利拔樁。型鋼應在水泥土初凝前插入。插入前應校正位置,設立導向裝置,以保證垂直度小于1%,插入過程中,必須吊直型鋼,盡量靠樁錘自重壓沉。若壓沉無法到位,再開啟振動下沉至標高。型鋼回收,采用2臺液壓千斤頂組成的起拔器夾持型鋼頂升,使其松動,然后采用振動錘利用振動方式或采用卷揚機強力起拔,將Ｈ型鋼拔出。采用邊拔型鋼邊進行注漿充填空隙的方法進行施工。

5 結束語

采用ＳＭＷ工法作工作井(接收井),可以貼近建筑或管線施工,而不會引起明顯的沉降破壞,這在城市建筑密集的舊城改造中由于有效保護原有建筑安全,并將對交通影響減至最小,意義很大。采用ＳＭＷ工法作工作(接收)井同常規鋼筋混凝土沉井比較,工期可以縮短1/3。由于四周可不作防護,型鋼又可回收,造價明顯降低。施工中無泥漿排放,對環境無污染。筆者認為采用ＳＭＷ工法不但可以在頂管工作(接收)井中應用,對凡需采用深基支護的建(構)筑物都具有推廣價值。

型鋼土層粘土