地下连续墙穿越超厚富水砂层的泥浆护壁成槽技术

2022-09-11

1 工程概况

地铁广佛线施工某标段地下连续墙工程, 地质十分复杂, 从上到下主要有:人工填土层;淤泥质土;淤泥质粉细砂、粉细砂层;中砂层;粉质粘土、粉土层;可塑、稍密状残积土层;硬塑、中密状残积土层;全风化岩带;强风化岩带;中风化岩带;微风化岩带。其中粉砂层、中砂层厚平均8m~12m, 最大处16m。工程场地地下水丰富, 稳定水位埋深0.20m~2.10m, 地下水类型主要是第四系砂层潜水及基岩风化层中的裂隙水, 第四系砂层富水性、透水性好。在本类复杂地层中施工, 存在较多不稳定因素, 表现在以下几个方面。

(1) 目前对饱和含水砂层的施工是土木工程界的一大难题, 极易发生涌水、涌砂等工程灾害。当地下潜流较大时, 不仅会稀释泥浆, 而且也容易引起槽壁坍塌。

(2) 在松散、破碎、胶结性差的砂层、软弱冲积层等不良地质体进行大断面地下连续墙施工, 很容易坍塌。

(3) 采用抓斗抓进成槽施工时, 由于抓斗作业时上下提斗易对槽壁产生激动压力, 且施工形成的槽段断面较大, 从力学角度就是不稳定的。

(4) 由于地下水位高, 稳定水位埋深浅, 泥浆对槽壁的支撑压力较小, 槽壁的稳定性不高。

(5) 在富水砂层中进行泥浆循环成槽施工, 由于地下水、砂粒混入泥浆中, 引起泥浆性能恶化, 对槽壁的稳定增加了不安定因素。

所以, 对于无粘性砂土等不良地质土体, 采用清水自然造浆成槽施工, 无法满足施工的稳定性要求。要解决不稳定性因素问题, 必须配制高分散泥浆, 提高循环泥浆的粘度和重度, 增加胶结性能和对槽壁的支撑作用, 并采取保证施工稳定性措施技术, 从而满足工程的质量和工期要求。

地下连续墙护壁泥浆挖槽法是在充满水和膨润土以及羧甲基纤维素等其他外加剂的混合液的情况下进行地下连续墙挖槽的施工方法。通过配制及控制泥浆的相关参数, 使泥浆的静水压力防止槽壁坍塌或剥落, 并维持挖成的形状不变;成槽之后, 浇灌混凝土把泥浆置换出来, 在地下筑成一道混凝土单元墙段。

2 富水砂层泥浆护壁施工技术

2.1 泥浆配制材料的选择

(1) 水的选定。主要使用自来水, 其钙离子浓度小于等于100ppm、钠离子浓度小于等于500ppm、p H值为7~9。

(2) 优质粘土和膨润土粉的选定。由于单独使用膨润土粉造浆成本过高, 而优质粘土, 其塑性指数Ip>20, 含砂率<5%, 若加适量的膨润土粉改善泥浆的性能指示, 可配制出高质量护壁泥浆, 因此, 选用优质粘土加膨润土粉造浆, 膨润土粉主要选用以含蒙脱石为主的钠膨润土粉。

(3) CMC (羧甲基纤维素) 的选定。CMC是提高护壁泥浆粘性的最重要掺加剂, 它能提高泥浆的渗透率和携碴能力, 增加砂粒间的胶结能力, 使槽壁形成稳固的泥皮。所以, 采用粘度较高的Na-CMC (钠羧甲基纤维素) 。

(4) 分散剂的选定。分散剂能使泥浆在沉淀槽内容易产生泥水分离, 形成良好的泥皮。但使用分散剂会由于泥浆粘度容易减小, 在透水性高的地层内, 如果对已经变质的、滤失水量增多的泥浆再使用不适当的分散剂, 就会进一步增大槽壁坍塌的危险性, 所以选择泥浆变质也不会增加滤失水量的碳酸钠 (Na2CO3) 做分散剂。

2.2 泥浆配合比的确定

为保证各地层施工稳定性, 泥浆使用前进行配合比试验, 最终各地层的泥浆配合比如表1。

2.3 泥浆的制备

用优质粘土和膨润土粉造浆, 粘土块先行打碎, 放入泥浆搅拌机内与水充分搅拌。随后根据泥浆参数加入膨润土、CMC等外加剂, 使搅拌出来的泥浆性能指标符合各地层施工使用要求。新配制泥浆性能指标按表2控制。

2.4 泥浆的再生处理

泥浆在循环过程中由于砂土、风化物的混入, 其性质比新鲜泥浆的性质显著恶化, 考虑到制备泥浆的费用较高, 恶化的循环泥浆需进行再生处理。循环泥浆进入沉淀池后把较大粒径的固相物质过滤掉, 然后进入泥浆净化机, 在泥浆净化机里经过筛分、离心、沉淀三种净化方法, 把小粒径的固相物质和其他对泥浆不利的物质处理掉, 然后才可以进入泥浆制作池继续使用。可回收利用的泥浆应进行分离净化处理, 符合标准后方可使用。

循环泥浆经过沉淀池沉淀后, 把粒径大的岩土颗粒过滤, 经过过滤的泥浆再送入泥浆制作池, 按设计配合比制作;其余的泥浆均需外排存放或进行处置, 这些泥浆, 若不能及时外排出去, 不仅增加泥浆池的负担, 而且影响周边环境。

新鲜泥浆拌制→新鲜泥浆储备→施工槽段护壁→粗筛去土渣→泥浆沉淀池→泥浆净化处理→泥浆调整和储备。

2.5 泥浆各施工阶段的使用及质量控制

泥浆质量的控制就是要制备适合地基条件和施工条件的泥浆, 而且通过控制, 使泥浆在施工过程中保持它的性质。在适当的时间用适当位置的泥浆试样检验泥浆的质量, 根据试验结果采取对泥浆的舍弃、再生和修正配合比等适当的措施, 以提高施工精度、安全性和经济性。不同施工阶段泥浆指标按表3控制。

3 富水砂层成槽施工保障措施技术

3.1 冲抓结合成槽施工

针对地质特点, 用冲抓结合的方式成槽施工, 即冲桩机成导向孔, 液压抓斗入土成槽。施工中根据槽段宽度采用三冲两抓或四冲三抓。

入土成槽采用液压抓斗成槽机械抓土成槽, 成槽时按划分槽段的油漆标志, 按顺序进行。冲桩机成槽, 采用冲击锤的自重将岩石击碎, 泥浆将岩石碎块置换出来。传统的冲击式钻机冲钻成孔先用圆锤成孔, 再用方锤修孔、扫孔, 将一连串圆形钻孔修成条形的连续墙槽孔, 如图1所示。

成槽时, 应及时补浆, 加强观测, 若槽壁发生较严重的坍塌, 应及时分析原因, 妥善处理。本场地地下水丰富, 对槽壁的稳定性尤其要密切注意, 保持槽内泥浆液面高于地下水位1.25m以上。

3.2 正反循环结合法清槽

泥浆正循环法是将皮管栓在冲锤上通向孔底并泵进新浆, 使泥渣上浮;空气吸泥法反循环是通过4″皮管压下6kg/cm 2~8kg/cm2压缩空气至槽底的吸泥装置, 将泥砂吸上, 同时槽孔上部补充新鲜泥浆, 保持所要求的泥浆液面高度。泥浆正循环法在冲动锤体进虽然能使槽底的沉碴上浮, 但由于砂的沉淀速度快, 砂碴还没上浮到槽孔上部又会形成新的沉淀;而空气吸泥法反循环虽然快速吸走悬浮于泥浆泥碴, 但泥碴一旦沉底, 该法将难于吸走。采用正、反循环相结合的方法进行清槽, 采用泥浆正循环法将槽底的泥碴搅动上浮后, 用空气吸泥反循环法将上浮的泥碴快速吸走。如此正、反法结合, 既克服了各自的缺点, 又达到快速清槽的效果。

3.3 防止渗漏的接头处理

地下连续墙采用工字钢接头。工字钢接头处由于容易夹泥, 影响混凝土的质量, 是渗漏的薄弱环节, 当地下承压水水压过大, 将会通过工字钢接头的缝隙渗入到基坑中。所以在地下连续墙施工中, 如果接头处清刷不干净, 将会使水下混凝土无法与接头钢板绞合, 产生施工缝隙, 基坑开挖后很容易产生渗水, 严重的还可能产生管渗、流沙现象。经技术分析论证, 决定在工字钢接头处预埋注浆钢管, 当基坑开挖后发现接头渗水时进行二次注浆防水堵漏。

工字钢接头预埋注浆管采用φ40mm无缝钢管, 钢管沿管芯方向每30cm开一排 (3个) 渗浆孔, 梅花开孔, 形式与预应力锚索施工的二次注浆管相似, 预埋注浆管安放时用胶布封住渗浆孔, 防止地下连续墙水下混凝土灌注过程中参入到注浆管内。当地下连续墙二期槽的钢筋网安放完毕后可以安放预埋注浆管, 其位置位于工字钢挡土侧的腹板与翼板夹角处。下放时, 应注意预埋注浆管与工字钢靠紧贴牢。

基坑土方开挖后, 当发现工字钢接头处有渗水现象时, 应对该工字钢接头进行二次注浆。浆液采用水灰比为0.5的纯水泥浆, 注浆压力为2.0MPa~3.0MPa, 施工中也可依具体情况调整注浆压力。