“CSM+TRD”技術(shù)在全鑫園工程基坑支護(hù)中的應(yīng)用

姜樹震

(中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 北京 100039)

1 引言

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程加快，建設(shè)工程深基坑項(xiàng)目日漸增多，特別是高水位地區(qū)對(duì)基坑支護(hù)工程的止水、抗?jié)B要求越來越高。傳統(tǒng)工藝對(duì)止水效果、垂直度和質(zhì)量較難控制，堅(jiān)硬復(fù)雜地質(zhì)條件下更加存在施工效率低的弊端。采用“CSM+TRD”地下連續(xù)墻技術(shù)能夠較好地解決高水位地質(zhì)條件下止水、抗?jié)B和深基坑大粒徑卵石層基坑支護(hù)連續(xù)成墻的難題。

2 工程概況

豐臺(tái)區(qū)全鑫園住宅小區(qū)工程總建筑面積91 343.9 m2。基坑面積 26 350 m2，周長(zhǎng) 1 158 m，形狀近似“L”形。西側(cè)基坑長(zhǎng)335 m、寬54 m，開挖深度6.91～8.46 m，支護(hù)深度15.5 m。基坑開挖范圍內(nèi)共2層地下水，最高地下水位埋深僅為1.6 m。

基坑?xùn)|側(cè)為已建珠光御景住宅小區(qū)，基坑北側(cè)的地下車庫西北角與陜京燃?xì)夤艿老噜彛艿乐行妮S線距地庫開槽邊線最近約10.57 m。管理單位要求管道5 m范圍內(nèi)不得進(jìn)行任何施工作業(yè)并做重點(diǎn)保護(hù)，在此范圍內(nèi)可供基坑支護(hù)施工的作業(yè)面極其有限。工程基坑周邊環(huán)境見圖1。

圖1 全鑫園住宅小區(qū)基坑周邊環(huán)境平面

根據(jù)地勘報(bào)告，擬開挖場(chǎng)區(qū)地層存在2.8～3.9 m深度的大粒徑卵石(卵石粒徑達(dá)40～50 cm)地質(zhì)層，因此止水帷幕需進(jìn)入到卵石層以下的礫巖層才能保證良好的止水效果[1]。

綜合考慮地質(zhì)條件、基坑止水及周邊環(huán)境因素，最終采用“CSM+TRD”地下連續(xù)墻技術(shù)進(jìn)行本工程的基坑支護(hù)施工。該技術(shù)先采用雙輪銑深層攪拌技術(shù)(CSM)進(jìn)行土層切削，切削至大粒徑卵石層后，采用抓斗成槽機(jī)將大粒徑卵石抓出至設(shè)計(jì)高度，然后采用TRD技術(shù)進(jìn)行水泥土連續(xù)墻的注漿和攪拌工作，最后插入大截面H700型鋼，形成800 mm寬型鋼水泥土地下連續(xù)墻[2]。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)地勘報(bào)告，需要進(jìn)行不同土層施工段、不同支護(hù)剖面的深化設(shè)計(jì)，確定每一支護(hù)層的施工深度，結(jié)合工程地質(zhì)條件及周邊條件確定止水帷幕深度、H型鋼插入深度、型鋼間距布置與高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨桿位置、長(zhǎng)度、角度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及特殊支護(hù)剖面設(shè)計(jì)等。由此，將本工程的基坑支護(hù)共劃分為多個(gè)剖面[3]，典型設(shè)計(jì)[4]剖面見圖2～圖3。

圖2 西側(cè)基坑典型剖面(緊鄰住宅樓一側(cè))支護(hù)設(shè)計(jì)(單位：mm)

圖3 北側(cè)基坑典型剖面(陜京燃?xì)夤芫€一側(cè))支護(hù)設(shè)計(jì)(單位：mm)

東側(cè)基坑緊鄰已建小區(qū)住宅樓，需調(diào)整錨桿的角度，避開既有住宅樓基礎(chǔ)；北側(cè)基坑緊鄰陜京燃?xì)夤芫€，需調(diào)整錨桿位置。

4 施工技術(shù)及控制要點(diǎn)

4.1 定位測(cè)量放線

根據(jù)測(cè)繪公司提供的坐標(biāo)及高程控制點(diǎn)，繪制基坑支護(hù)放線圖，由專業(yè)測(cè)量員確定地下連續(xù)墻的中心線及內(nèi)外邊線，同時(shí)在基坑外側(cè)定位一條施工控制線，作為基坑支護(hù)施工總體控制線。

4.2 導(dǎo)槽開挖

采用PC200反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行導(dǎo)槽開挖。導(dǎo)槽開挖寬度0.8 m、深度1 m，沿墻體布置，用作CSM攪拌泥漿與水置換的導(dǎo)槽。

4.3 雙輪銑切削施工

(1)將雙輪銑設(shè)備的銑輪對(duì)準(zhǔn)地下連續(xù)墻邊線，并對(duì)位置進(jìn)行復(fù)核。

(2)雙輪銑設(shè)備銑頭持續(xù)深入地下，雙輪攪拌的同時(shí)注入水及高壓空氣并對(duì)土體進(jìn)行切削，形成矩形槽段的水泥土漿，保證泥漿比重不大于1.3 g/cm3。

(3)依據(jù)雙輪銑機(jī)械顯示面板的回傳數(shù)據(jù)，雙輪銑切削至卵石層后停止。

(4)銑輪平面偏差不大于±30 mm，桅桿垂直度偏差不大于1/300，下沉切削速率不大于1.2 m/min，提升速率[5-6]不大于1.8 m/min。提升時(shí)，孔內(nèi)不能有負(fù)壓力以免對(duì)周圍土體產(chǎn)生過大擾動(dòng)，銑輪旋轉(zhuǎn)速度和提升速度相互匹配，保證對(duì)土體充分切削與拌和。

(5)雙輪銑掘削施工過程中，應(yīng)注意觀察顯示面板顯示的齒輪油壓力、液壓油壓力、齒輪箱溫度等的變化，并結(jié)合勘查報(bào)告中的地質(zhì)剖面，對(duì)銑輪的旋轉(zhuǎn)速度、掘削下沉速度及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。針對(duì)不同土層，銑輪的旋轉(zhuǎn)速度可參照以下數(shù)據(jù)：黏土為20～30 rpm；粉質(zhì)黏土、標(biāo)貫擊數(shù)不大于50擊的粉土及砂土為20～26 rpm；標(biāo)貫擊數(shù)大于50擊的粉土及粉砂為14～20 rpm。

(6)雙輪銑在切削掘進(jìn)施工過程中，為避免黏性土附著在銑頭上，在注入高壓空氣的同時(shí)，可來回提升鉆桿竄動(dòng)銑頭，并適當(dāng)降低銑頭掘削下沉速度、提高銑輪旋轉(zhuǎn)速度。

4.4 抓斗成槽機(jī)清理卵石

同一槽段雙輪銑施工完畢后，采用GB46型液壓抓斗成槽機(jī)下抓，將卵石層清理干凈，抓斗抓至設(shè)計(jì)高度(見圖4)。在抓斗成槽機(jī)清理卵石過程中，嚴(yán)格控制抓斗的下沉位置偏差，避免抓斗成槽機(jī)對(duì)周邊土體的破壞，減少后續(xù)連續(xù)墻成墻出現(xiàn)鼓肚現(xiàn)象[7]。

圖4 抓斗成槽機(jī)清理卵石

4.5 回填素土

卵石清理完成后回填素土，將成墻槽填滿。回填素土的壓實(shí)系數(shù)根據(jù)水泥摻入量來確定，水泥摻入量為25%時(shí)，則回填土量需達(dá)到槽內(nèi)體積總量的75%以上，回填素土量宜多不宜少。

4.6 TRD前行切削

素土回填完成后進(jìn)行TRD設(shè)備安裝就位，對(duì)回填素土進(jìn)行切削至設(shè)計(jì)深度[8]。設(shè)備行進(jìn)速度控制在3～5 cm/min，可保證素土切削充分(見圖5)。

圖5 TRD前行切削示意

4.7 TRD回程攪拌

TRD設(shè)備前行切削完畢后進(jìn)行回程攪拌，將素土與水泥土漿重新進(jìn)行拌和，確保素土與水泥土漿充分接觸。回程行進(jìn)速度控制在8 cm/min以內(nèi)，確保素土充分與水泥土漿融合。

4.8 TRD攪拌、注漿成墻

TRD回程攪拌[9]完畢后進(jìn)行水泥注漿攪拌成墻。注漿攪拌時(shí)的行進(jìn)速度根據(jù)注漿量[10]確定，水泥摻入量在25%時(shí)，計(jì)算單位時(shí)間的注漿量與單位行程時(shí)間對(duì)應(yīng)的槽段體積，確定行進(jìn)速度。

本工程地下連續(xù)墻深度為15.5 m，寬度為0.8 m，原狀土土體容重為1 950 kg/m3，水泥摻入量為25%，則1 m長(zhǎng)度的水泥用量：15.5 m×0.8 m×1 950 kg/m3×25%=6 045 kg/m，即1 m長(zhǎng)度需要注入6.045 t水泥。后臺(tái)注漿機(jī)工作效率為300 kg/min，計(jì)算每米注漿需用時(shí)間t=6 045/300=20.15 min。因此行進(jìn)速度應(yīng)≥20.15 min/m。

注漿水泥宜采用強(qiáng)度等級(jí)不低于P.O42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥。在填土、淤泥等特別軟弱的土中以及在較硬的砂性土、砂礫土中，因掘進(jìn)速度較慢，水泥用量應(yīng)適當(dāng)提高。具體水泥用量按表1確定。

表1 水泥用量

4.9 H型鋼打入施工

型鋼在地下連續(xù)墻施工結(jié)束后30 min內(nèi)依靠自重打入，打入前應(yīng)檢查其平整度及接頭焊接質(zhì)量。

H型鋼下口使用定位卡控制，上部采用2臺(tái)經(jīng)緯儀，在X方向和Y方向分別控制垂直度，以確保型鋼的整體垂直度(見圖6)。

圖6 型鋼垂直度控制示意

型鋼要預(yù)先均勻涂刷減摩劑，厚度不小于1 mm。當(dāng)型鋼打入困難時(shí)可采用液壓振動(dòng)錘輔助錘擊下沉，不得采用多次起吊型鋼并松鉤下落的插入方法。

4.10 冠梁施工

冠梁采用鋼筋混凝土澆筑，其質(zhì)量要求需依據(jù)國(guó)家規(guī)范[11]，在此不進(jìn)行贅述。在冠梁澆筑之前，對(duì)冠梁高度范圍內(nèi)的型鋼表面需包設(shè)10 mm厚硬紙殼，避免型鋼與冠梁混凝土直接接觸，以方便后期起拔工作。

4.11 地連墻成墻

冠梁施工完畢達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即可分步開挖。水泥土連續(xù)墻施工過程中穿插施作基坑的疏干井和觀測(cè)井并加強(qiáng)對(duì)井的保護(hù)，同時(shí)按要求進(jìn)行深基坑相關(guān)的變形監(jiān)測(cè)和周圍建筑物的沉降觀測(cè)(見圖7)。

圖7 型鋼水泥土連續(xù)墻成墻

4.12 型鋼回收

地下連續(xù)墻與主體結(jié)構(gòu)地下室外墻之間的空隙必須按要求回填，回填完成后才能進(jìn)行型鋼的拔除回收。起拔采用專用液壓起拔機(jī)，機(jī)器型號(hào)依據(jù)型鋼插入深度、規(guī)格及施工情況選擇。型鋼拔除后的空隙，采用細(xì)砂和水泥漿液及時(shí)回填。

5 結(jié)束語

通過“CSM+TRD”地下連續(xù)墻綜合施工技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，成功解決了豐臺(tái)區(qū)全鑫園住宅小區(qū)工程基坑支護(hù)面臨的緊鄰既有建筑物、高地下水位、大粒徑卵石層的難題，大大減少了較傳統(tǒng)支護(hù)施工鋼筋、混凝土等作業(yè)過程，最大限度避免了對(duì)周邊既有建筑物及各類管線的擾動(dòng)和不利影響。應(yīng)用本技術(shù)形成的地下連續(xù)墻無冷縫，止水效果非常明顯。并且CSM和TRD設(shè)備占地面積小，移動(dòng)靈活，CSM銑頭和TRD鏈刀在設(shè)備前部，橫向移動(dòng)行進(jìn)，可施工部位距離障礙物接近0 m[12]，成功解決了本工程基坑西側(cè)及北側(cè)緊鄰管線的基坑支護(hù)問題。將原狀土注入水泥攪拌后插入大截面H型鋼，大大減少了傳統(tǒng)工藝旋挖鉆孔、鋼筋籠加工、混凝土澆筑等時(shí)間，工期比傳統(tǒng)工藝節(jié)約20 d以上。“CSM+TRD”地下連續(xù)墻綜合施工技術(shù)可為同類地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)施工提供借鑒。