欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

SMW工法桩在砂性土中的施工难点和技术措施

315 2020-11-13 13:04:37
微信公众号“东南岩土”

摘 要文章结合郑州下穿中州大道隧道工作井基坑围护结构施工,分析了SMW工法桩在我区砂性土中施工国中原地的难点,详细介绍了设备改进、施工参数控制等技术,成功实现了在超深砂性土地层中大直径三轴搅拌桩插入H型钢的先例,为今后SMW工法桩的广泛应用积累了经验。

关键词:基坑围护 砂性土 大直径SMW工法桩 施工技术

1 工程概况

  郑州市纬四路-商务西三街中州大道下穿隧道工程位于郑州中心城区中东部,工程起于纬四路金水河桥,终点为黑庄路商务西五街交叉口。工程全长909m,其中隧道段全长775m,采用顶管机掘进。

  商务西三街工作井为顶管始发井,基坑平面外包尺寸为50.05m×16m(长×宽),开挖深度为14.853m;纬四路工作井为顶管接收井,基坑平面外包尺寸为50.5m×14m(长×宽),开挖深度为14.443m。围护结构均采用SMW工法桩,水泥土搅拌桩为f1000@750,桩长28.5m,搅拌桩内密插800×300H型钢,桩底进入⑨细砂层。

图1纬四路工作井围护结构平面示意图

2 工程地质

  根据钻探、标准贯入试验结果,结合室内土工试验资料,对地基土按岩性及力学特征分层后,从上到下分层依次为:①杂填土、②粉土、③粉土、④粉土、⑤粉质黏土、⑤1粉土、⑥粉土、⑦粉质黏土、⑦1层:粉土、⑧粉砂、⑨细砂、⑩粉质黏土,具体描述见表1。

  根据详勘报告所揭示的地质情况,纬四路工作井坑底位于⑤层粉土,商务西三街坑底位于⑥层粉土。砂层微承压水主要埋藏于第⑧、⑨层细砂层中,平均水位埋深15.0m,水位标高约75.0m。

3 工程施工难点

  1)SMW工法桩的施工深度进入⑧粉砂层和⑨细砂层,其地基承载力标准值均接近200kPa,砂层含水时凝聚力大,具有很大的吸附作用,而失水时的土质坚如磐石,硬度高。

  2)在这种高承载力值的砂土中施工大直径(f1000)三轴搅拌桩并插入H型钢,在国内还未见报道,没有经验可借鉴。

  3)现场电力供应不稳定,搅拌桩机钻进时容易因电流突增而造成施工中断,存在卡钻隐患。

4 主要施工技术措施

4.1 施工设备改进

  1)原有施工机械设备见表2。

表2   施工机械设备一览表

  2)为使搅拌钻头容易切入砂土层,更换了搅拌钻头,并在更换后的搅拌钻头最下面叶片上加焊了合金刀具,增加了搅拌翼和先行搅拌翼,成为耙式钻头,并且使两侧的钻头长于中间的钻头,以便于3个钻头的定位(见图2)。

图2更换前后钻头示意图


  3)将原2组90kW的动力头更换为3组75kW的,大大提高了搅拌机的扭矩,可以更加充分搅拌⑧粉砂层和⑨细砂层。

4.2 施工参数控制

  1)为使砂性土具有可塑性与流动性,防止出现三轴搅拌机下沉搅拌后水泥土中的砂沉积,发生钻杆埋钻现象,施工分2步进行:

  ⑴先行搅拌土体,搭接25cm,减少第一次喷浆浆液中的水泥掺量(所减少的水泥量加在第二次喷浆的浆液中),加入一定比例(由试验确定)的膨润土,并适当加大水灰比;

  ⑵在水泥浆初凝前,套打搅拌,增加水泥用量,使⑧号粉砂层和⑨号细砂层的砂粒与水泥充分混合,反浆到地表并减少土体对钻杆与H型钢的贯入阻力,便于水泥搅拌桩施工中的翻砂和H型钢插入。

  2)控制水泥土深层搅拌桩下沉和提升速度,若喷浆搅拌钻进速度过快,则会对周围的土体产生挤压作用,造成周围土体隆起;若钻杆提升速度过快,则会使钻头周围的土体压力减小,使桩周围的土体向成桩区域挤压移动,造成桩周围土体的沉降。因此,在地面下0~20m段,下沉钻进速度为0.5m/min,提升速度为1m/min;地面20m以下,下沉钻进速度为0.2m/min,提升速度为0.5m/min。在⑧粉砂层和⑨细砂层中,要进行复搅,保证H型钢能够顺利插入[1]

  3)因施工场地不做硬地坪,施工设备的自重又大于40t,为了使三轴深层搅拌桩机能够方便移动与准确就位,在搅拌桩墙体施工两侧各放置1根H型钢,并定出桩位与H型钢插入的位置记号。

  4)为防止电网不稳定,钻进时熔断保险丝,造成钻杆埋钻,特配置专用发电机。

4.3 施工结果

  1)通过调整施工工艺、搅拌钻头的进一步改进与制定严格的设备操作规程,克服了在⑧粉砂层和⑨细砂层中进行SMW工法桩施工时易于埋钻、钻杆下沉速度慢和H型钢难以插入等困难;使每组搅拌桩的施工时间控制在3h左右;型钢插入可以靠自重到达设计标高。

  2)由于三轴搅拌机施工时低噪声、震动小,对周边高层住宅楼和军队光缆没有造成影响;避免了“扰民”现象。

  3)由于施工前开挖了沟槽,避免SMW工法桩施工时置换出的一部分泥浆溢出。

5 结语

  1)对于在承载力高的砂性土特殊地层中进行SMW工法施工,需配备大扭矩、自重大和稳定性好的三轴深层搅拌桩机。

  2)对承载力高的砂性土特殊地层进行土体改良,主要通过提前搅拌土体,同时加入膨润土,是SMW工法在该地层得以正常实施的关键性技术之一。

  3)SMW工法桩具有承载力和防渗双重功能,施工工序较钻孔灌注桩和地下连续墙等简单,施工工期缩短,也不需要钢筋加工场地。

  4)在工程主体结构施工完毕后,型钢可以回收重复利用,减少了工程造价,与钻孔灌注桩和钢筋混凝土地下连续墙施工方法相比,可降低造价约30%。

  5)施工中所采取的技术措施,可为以后在类似的地层中进行SMW工法桩围护施工作参考。


参考文献

  [1]JGJ/T199-2010型钢水泥土搅拌墙技术规程[S].中国建筑工业出版社.