軟土118 m地連墻試驗(yàn)關(guān)鍵施工參數(shù)研究

王 瑾

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司,上海 200002)

0 引言

習(xí)近平總書(shū)記在2013年中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議上首次提出建設(shè)“自然積存、自然滲透、自然凈化”的海綿城市概念。國(guó)務(wù)院辦公廳在2015年印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)〔2015〕75號(hào)),明確提出了要轉(zhuǎn)變城市建設(shè)的發(fā)展方式,建設(shè)海綿城市[1]。上海市在2016年4月入選第二批全國(guó)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市,注重頂層設(shè)計(jì),從理念、體制機(jī)制、政策、標(biāo)準(zhǔn)等方面系統(tǒng)推進(jìn)全市海綿城市建設(shè)[2],以提升城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的整體性和系統(tǒng)性為核心,把“人民城市人民建,人民城市為人民”重要理念貫徹落實(shí)到上海海綿城市建設(shè)發(fā)展全過(guò)程,以海綿城市建設(shè)為抓手,高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量建設(shè)生態(tài)城市。

上海作為我國(guó)一線特大型城市,城市的開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中,淺層的地下空間,已被各類(lèi)市政管線,房建地下室,城市軌道交通所占用,海綿城市的開(kāi)發(fā)建設(shè),只能向更深的地下去探索[3]。而上海市蘇州河段深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng),是在蘇州河下建設(shè)的目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的雨水調(diào)蓄管道[4],該“超級(jí)調(diào)蓄管廊”(管廊直徑為8 m～10 m),采用盾構(gòu)技術(shù),將大型管道放置在蘇州河下,埋深在50 m～60 m處,沿線盾構(gòu)工作井沿蘇州河兩岸布置,工作井內(nèi)徑20 m～50 m、開(kāi)挖深度62 m～72 m,工作井基坑地墻深度達(dá)100 m。

目前,國(guó)內(nèi)少有在軟土地基中施工深度超過(guò)100 m特深地墻的施工經(jīng)驗(yàn),因此,為了將來(lái)的海綿城市開(kāi)發(fā)建設(shè)積累施工經(jīng)驗(yàn),依托于目前在建的北橫通道新建工程Ⅰ標(biāo)中山公園工作井實(shí)施本次118 m特深地下連續(xù)墻試驗(yàn),收集試驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵施工參數(shù),并分析實(shí)施過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的影響,為后續(xù)的海綿城市開(kāi)發(fā)建設(shè)提供可復(fù)制可推廣的施工指導(dǎo)依據(jù)[5]。

1 試驗(yàn)依托項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

擬建中山公園工作井基坑開(kāi)挖31 m深,采用1 200 mm厚地墻圍護(hù)形式,接頭形式為套銑,設(shè)計(jì)墻深分別為58.77 m和65.27 m(見(jiàn)圖1)。一期槽段先行施工,槽段幅寬6 500 mm,二期槽段有效寬度2 200 mm,一、二期槽段間搭接300 mm。地墻鋼筋籠尺寸分上下兩節(jié),上節(jié)籠長(zhǎng)度44 m,下節(jié)籠長(zhǎng)分別為21.3 m,14.3 m,全籠采用同胎分節(jié)加工制作,分節(jié)吊裝入槽,空中進(jìn)行拼接。鋼筋籠厚度為1 080 mm,一期槽段籠寬5 400 mm,二期槽段籠寬為2 700 mm。

1.2 地質(zhì)水文情況

本工程位于上海市區(qū)的長(zhǎng)寧區(qū),沿線地形開(kāi)闊平坦。根據(jù)本工程建設(shè)所處位置,結(jié)合上海地貌單元分區(qū)圖,工程沿線屬濱海平原地貌類(lèi)型。項(xiàng)目前期對(duì)工程場(chǎng)地90 m深度范圍內(nèi)的土層分布情況進(jìn)行了勘測(cè),根據(jù)勘測(cè)結(jié)果,工程范圍土層垂直向下可劃分為九大層及若干亞層和透鏡體夾層,其中①層為填土,②1層—⑤3層為全新世Q4沉積層,⑥層—⑨層為上更新世Q3沉積層。屬于典型的復(fù)合軟土地基,在上海各區(qū)比較有代表性。考慮到本次試驗(yàn)深度達(dá)118 m,因此,再次對(duì)地質(zhì)和水文情況進(jìn)行了補(bǔ)充勘測(cè),勘測(cè)深度為150 m,地層分布及水文特征見(jiàn)表1,土樣見(jiàn)圖2。

表1 地層分布及水文特征

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本次特深地墻試驗(yàn),深度暫定為118 m,墻厚1.2 m,結(jié)合北橫通道中山公園工作井原圍護(hù)設(shè)計(jì),原位實(shí)施,為后續(xù)深隧項(xiàng)目實(shí)施提供技術(shù)參數(shù)。

主要試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1)驗(yàn)證設(shè)備選型,檢驗(yàn)選用設(shè)備的適應(yīng)性及成槽能力(成槽深度、垂直度)。

2)采集相關(guān)技術(shù)參數(shù),以便對(duì)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：a.泥漿指標(biāo)：不同土層泥漿比重、黏度、含砂率、pH值等;b.工效：記錄單幅槽段所需時(shí)間及總體時(shí)間,以便后續(xù)進(jìn)度控制;c.垂直度：槽壁X向及Y向垂直度、深度及坍塌情況;d.施工工藝方法：泥漿制備、成槽、鋼筋籠分節(jié)對(duì)接、混凝土澆筑;e.一期槽段齡期：混凝土強(qiáng)度與齡期關(guān)系。

2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

1)垂直度要求：小于1/1 000;2)混凝土強(qiáng)度等級(jí)水下C35,抗?jié)B等級(jí)P12;3)地墻縱筋保護(hù)層厚度：迎土面為70 mm,開(kāi)挖面為70 mm。

3 特深地墻試驗(yàn)

3.1 設(shè)備選型

根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)地墻深度及寬度、土質(zhì)情況、設(shè)計(jì)指標(biāo)要求及參考國(guó)外施工經(jīng)驗(yàn),選用寶峨MC96銑槽機(jī)。寶峨MC96銑槽機(jī)切挖寬度800 mm～1 800 mm,切挖長(zhǎng)度2 800 mm,最大切挖深度120 m。

3.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1)試驗(yàn)位置選擇。為了得到準(zhǔn)確試驗(yàn)數(shù)據(jù),不受外部因素影響,試驗(yàn)位置選擇上避開(kāi)盾構(gòu)進(jìn)出洞區(qū)域(見(jiàn)圖3),靠近泥漿循環(huán)系統(tǒng),遠(yuǎn)離重型設(shè)備頻繁使用區(qū)域。原位試驗(yàn)位置定于工作井西南側(cè),地墻編號(hào)S04(一期)、S05(二期)、S06(一期)、S07(二期)、S08(一期)。

2)單元槽段成槽方式確定。為確保特深地墻試驗(yàn)安全進(jìn)行,減小試驗(yàn)過(guò)程成槽風(fēng)險(xiǎn)[6],單元槽段采用1刀成槽方式,單幅槽段寬度2.8 m,套銑厚度300 mm(見(jiàn)圖4),具體分幅尺寸見(jiàn)表2。

表2 單元槽段分幅尺寸

3)護(hù)壁泥漿準(zhǔn)備。為保證本次試驗(yàn)槽壁穩(wěn)定,通過(guò)對(duì)護(hù)壁泥漿實(shí)驗(yàn)分析,發(fā)現(xiàn)攪拌效果對(duì)泥漿的前期性能影響較大,攪拌時(shí)間應(yīng)保證5 min以上,并適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速,確保原料充分混合[7]。經(jīng)試驗(yàn)研究,推薦配比見(jiàn)表3。

表3 原料配比表

4)槽段垂直度檢測(cè)儀器準(zhǔn)備。根據(jù)本次試驗(yàn)槽段深度,選用UPM150Q型超聲波測(cè)壁儀,最大測(cè)深150 m。

3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本次118 m特深地墻試驗(yàn)共5幅,其中一期槽段兩幅(S04,S06,S08),二期槽段一幅(S05,S07),幅寬均為2.8 m,厚度均為1.2 m,鋼筋籠分四節(jié)吊裝,成槽施工采用 MC96銑槽機(jī)。施工順序?yàn)镾04→S06→S05→S08→S07。

1)工藝流程：工藝流程見(jiàn)圖5。

2)分幅定位。采用全站儀坐標(biāo)放樣定位,噴涂油漆進(jìn)行標(biāo)記,使用氣割機(jī)進(jìn)行開(kāi)設(shè)槽口放置導(dǎo)向板。

3)一期槽段銑槽深度控制。根據(jù)本次試驗(yàn)深度,第一銑深度至30 m,第二銑深度至70 m,第三銑深度至80 m,第四銑深度至90 m,第五銑深度至100 m,第六銑深度至118 m,每銑結(jié)束后提斗,再次下放時(shí)先修槽再掘進(jìn),以保證槽壁垂直度。

4)二期槽段銑槽控制。本次試驗(yàn)分幅寬度均為2 800 mm,一期槽段先行施工。一期槽段混凝土澆筑前,在接頭處放置接頭擋板,接頭擋板卡入開(kāi)設(shè)槽口內(nèi),防止移位;接頭擋板插入深度至少須在導(dǎo)墻頂以下6 m,控制二期槽段分幅寬度。

二期槽段銑槽施工時(shí),緩慢下沉切削兩側(cè)一期槽段,切削厚度300 mm。

在一期槽混凝土澆筑之后7 d～15 d,即混凝土強(qiáng)度約達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%的時(shí)候開(kāi)始二期槽成槽作業(yè)。兩側(cè)一期槽混凝土齡期相差越小越好;所切削的混凝土強(qiáng)度不宜超過(guò)銑齒的設(shè)計(jì)切削強(qiáng)度,一般而言不超過(guò)50 MPa。

5)槽段檢測(cè)。根據(jù)每次銑槽深度,每次提斗后：

a.檢測(cè)垂直度,指導(dǎo)后續(xù)修槽及糾偏,確保垂直度;b.檢測(cè)泥漿指標(biāo),確保槽壁穩(wěn)定。

6)槽段清基換漿。成槽深度達(dá)到試驗(yàn)深度要求并驗(yàn)收合格后,采用液壓銑槽機(jī)進(jìn)行清底。檢測(cè)槽段內(nèi)泥漿液面高度及泥漿性能指標(biāo),根據(jù)情況補(bǔ)充新漿改善槽段內(nèi)泥漿指標(biāo)。

7)地墻接頭處理。槽段清掃基底和更換漿液完成后,利用銑槽機(jī)銑斗,安裝鋼絲刷,由上至下反復(fù)進(jìn)行刷洗銑切后的墻面,直到鋼絲刷上不再有泥土為止[8]。

8)地墻鋼筋籠加工。鋼筋籠在加工平臺(tái)上分節(jié)同胎制作。一期槽鋼筋籠兩端每3 m～5 m綁扎一段300 mm～500 mm長(zhǎng)PVC管作為保護(hù)層墊塊,PVC管直徑根據(jù)套銑厚度選用300 mm[9]。

9)混凝土澆筑。混凝土澆筑選用直徑300的圓形螺旋快速接頭單導(dǎo)管澆筑。混凝土坍落度控制在(200±20) mm,初凝時(shí)間不超過(guò)8 h,導(dǎo)管插入到離槽底標(biāo)高300 mm～500 mm,澆筑過(guò)程中導(dǎo)管插入混凝土深度應(yīng)保持在2 m～6 m,混凝土泛漿高度30 cm～50 cm[10]。

4 試驗(yàn)成果

經(jīng)過(guò)3幅一期槽段和2幅二期槽段試驗(yàn),最大成槽深度達(dá)118.55 m,終孔垂直度在1/1 000以上,混凝土澆筑充盈系數(shù)1.01,1.02,1.0,1.01,1.02。

4.1 成槽功效分析

經(jīng)過(guò)3幅一期槽段和2幅二期槽段成槽時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析,118 m深地墻采用銑槽技術(shù),一期槽段成槽時(shí)間在40 h左右,功效為3 m/h;二期槽段成槽時(shí)間95 h左右,功效1.24 m/h。

4.2 泥漿指標(biāo)

五幅試驗(yàn)槽段新漿指標(biāo)為：泥漿比重在1.08～1.15,黏度在19.7～32,含砂率1%～2.5%;成槽過(guò)程中測(cè)得循環(huán)泥漿指標(biāo)為：泥漿比重在1.2～1.35,黏度在19～24.2,含砂率2.5%～11%;清基換漿后泥漿指標(biāo)為：泥漿比重在1.2～1.28,黏度在19.7～21.1,含砂率2.5%～4.5%。

4.3 垂直度結(jié)果

根據(jù)一期槽段分6次銑槽提斗檢測(cè)垂直,第一銑30 m深垂直度在1/600～1/800;第二銑70 m深垂直度在1/1 400～1/3 000;第三銑80 m深垂直度在1/1 600～1/3 800;第四銑90 m深垂直度在1/910～1/4 500;第五銑100 m深垂直度在1/980～1/2 400;第六銑118 m深垂直度在1/1 000～1/1 200。

4.4 混凝土澆筑

通過(guò)對(duì)混凝土澆筑過(guò)程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,本次槽段寬度2.8 m,成槽深度118.17 m～118.55 m,墻厚1.2 m,根據(jù)設(shè)計(jì)澆筑高度理論方量377.8 m3～391 m3,實(shí)際澆筑方量378 m3～393 m3,充盈系數(shù)在1.0～1.02,混凝土坍落度控制在200 mm～210 mm,一期槽段澆筑時(shí)間在9 h左右,二期槽段澆筑時(shí)間在7 h左右[11]。

5 結(jié)論

本次依托于北橫通道新建工程Ⅰ標(biāo)中山公園工作井實(shí)施118 m特深地下連續(xù)墻試驗(yàn),收集試驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵施工參數(shù),為后續(xù)的海綿城市開(kāi)發(fā)建設(shè)提供可復(fù)制可推廣的施工指導(dǎo)依據(jù)。

通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中關(guān)鍵施工參數(shù)數(shù)據(jù)收集分析,可以得到以下結(jié)論：

1)MC96成槽機(jī)可以完成復(fù)合軟土地基118 m成槽,垂直度在1/1 000以上。

2)特深地墻護(hù)壁泥漿指標(biāo)(見(jiàn)表4)。

表4 特深地墻護(hù)壁泥漿指標(biāo)

3)特深地墻銑槽工效。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),一期槽段成槽118 m至澆筑完成,需2.65 d～2.76 d;二期槽段銑槽118 m至澆筑完成,需5.24 d。

4)混凝土強(qiáng)度與齡期關(guān)系。一期槽段混凝土強(qiáng)度在達(dá)到20 MPa～30 MPa時(shí)進(jìn)行二期槽段施工;2個(gè)一期槽段混凝土強(qiáng)度差值控制在10 MPa以內(nèi)。