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承壓水砂層地基通道下抗浮樁拔樁施工技術

作者:來源:日期:2019-12-23 9:45:06人氣:1072
      1工程概況

      無錫市軌道交通3號線新區站臨近新區城際立交,3號線區間沿珠江路方向下穿該立交,規劃軌道4號線沿新華路方向下穿3號線。該立交采用箱體結構,箱體段長48m,采用2x凈12. 45m框架結構,頂板厚0.75m,底板厚1.2m,側壁厚0.8m。箱體段抗浮采用鉆孔灌注樁抗拔樁,基坑圍護采用鉆孔灌注排樁+水泥土攪拌樁及旋噴樁止水帷幕。土層性狀和通道樁基布置具體如圖1所示。


      地鐵3號和4號線分別從2個方向在地下穿越該立交,線路與箱體原基坑圍護樁和基底抗拔樁發生沖突,需要對其進行拔除。其中,抗拔樁直徑800mm,樁長20m,本次拔除10根;圍護樁直徑1000mm,樁長13m,本次拔除32根。


      場區內的地層主要分布有粉質黏土、粉土和粉砂,具體分層如圖1所示。場地35. 40m深度范圍內含水層有3層,分別為:①填土,地下水類型屬上層滯水、潛水,該層地下水的補給來源主要為大氣降水和溝渠、河道滲流,與地表水聯系較密切;含水層為③粉土、④粉砂、⑤粉土,地下水類型屬微承壓水,該層地下水主要是接受橫向補給,與地表水聯.系相對較少,排泄主要是側向徑流排出區外,地下水位變化較小。


      拔樁區域內的樁體主要分布在2個區間,其中原基坑圍護樁處于粉質黏土和粉土層,樁端部分處在粉砂層;通道底板下的抗浮樁則完全位于粉砂層,同時粉砂層為承壓水含水層,對施工降水和拔樁作業的施工影響較大,主要施工難點為在不破壞原有通道結構和中斷城市交通的條件下實施承壓水降水、通道內低凈空拔樁工藝和通道底板修復工藝等,是本工程的重點研究內容,隨著城市地鐵工程的發展,拔除地鐵線路上建筑物的樁基礎普遍存在,本工程的施工工藝將為后續工程的施工積累經驗。

      2通道砂層 地基承壓水降水施工

      根據已有的拔樁工程經驗,拔樁區的降水深度宜保證對斷樁情況的特殊處理要求,降水深度宜在樁端以下。但考慮到本場地主要為承壓水且含水層為粉砂層,為防止大量降水引起地基中的砂層流失,導致較大沉降和通道、路面產生開裂,降水深度控制以保證通道底板拔樁作業干地施工的條件,將降水深度控制在底板以下1.0~2. 0m范圍。

      2.1帷幕情況下的降水施工

      2.1.1總出水量計算

      在場地原通道基坑范圍基坑長度為75. 5m,寬度為27.5m)內布置井點降水,利用承壓均質含水層水量計算方法,計算出需降低水頭的總出水量,然后按單井出水能力布置井的數量。涌水量可根據承壓非完整井按式(1)計算:


      式中:Q為基坑總涌水量6m'/d);K 為承壓含水層水平滲透系數6n/d),取平均水平滲透系數1. 47m/d;M為承壓含水層厚度6m),取33. 0m;S。為水位設計降深值6n),取7. 2m;ro為基坑等效半徑,其中rg=0.29 G +6),a,b分別為基坑的長、短邊,a=75.5m,b= 27.5m;R。為抽水影響半徑m),其中Rg=10S。K;l為濾管長度6n),取 17m.

      計算可得通道拔樁總涌水量約為1 412m'/d.2.1.2抽水井設計

      根據長時間抽水時的群井干擾效應及地層情況等因素,按式2)確定單井出水量:


      降深幅度7.2m。承壓含水層厚度取為25m,為保證地基的穩定性和防止通道的不均勻沉降,考慮在通道兩側同時設置降水井進行降水,則單個斷面.兩口井的總流量為:


      共布置3排共6口降水井。根據承壓水和粉砂層的層深,井深度定為30m,濾管為17m.

      2.1.3降水井布置方案

      降水設計將充分利用原止水帷幕的有利因素。采用原止水帷幕內降水可減小降水對基坑外路面的影響。場地降水橫斷面布置如圖2所示。由于原通道兩側設有止水帷幕,故在止水帷幕和通道外壁之間設置降水井,以減小降水對周圍建筑物和地面的影響,并在帷幕外布置觀測井,同時兼做回灌井,監測地下水位的變化情況,為預警提供依據。


      按圖2所示方案預抽水發現,在抽水過程中涌現大量細砂,同時打開底板進行拔樁作業時承壓水噴涌嚴重,說明降水效果較差,表明止水帷幕止水效果存在失效問題。進而采用在止水帷幕以外打設降水井的方案。因此,對于此類工程的降水應根據止水帷幕的止水情況合理布置降水井。

      拔樁斷面位置精準降水,減小影響。結合試抽水時的涌砂現象,采用基坑全區域降水,將對通道結構產生不利影響,因此根據拔樁工序,實施降水時僅對正在進行拔樁作業的位置進行降水,即以單排雙井降水為主,以對地基的影響最小。降水布置具體如圖3所示。


      依據圖3為獲得最佳降水效果,在計算的基礎上共設置了3種不同的降水井流量,即15~17.5,18. 5~20.21 ~23m'/h,通過現場比較,當開啟兩個降水井流量18.5~20m’/h時,含泥量為1/20 000,水位降至箱涵底板下2m左右,地表隆起可控制在2cm內。觀測井遠)讀數為2m左右,觀測井近)讀數為6~ 8m。最終選擇的抽水流量為18.5 ~ 20m' /h.

      因此,針對有帷幕情況下的降水施工,應判斷帷幕在現有條件下的有效性,同時只要選擇合理的抽水流量和布置降水井,采用單排雙井降水的方案可滿足拔樁施工要求,做到少涌砂、減沉降和利于施工。

      2.2降水效果評價

      為對施工過程中降水和拔樁引起的地表與通道沉降做評價,,按圖4所示位置進行了變形監測。不同位置沉降變化過程如圖5,6所示。


      由圖5,6可知,在抽水初期,隨著抽水流量的增加,地表沉降逐漸增大,增量與距離降水井的位置和降水深度有關,降水穩定后趨于平穩,靠近井點的位置最大,分別為25mm和28mm。沉降處于可控范圍。在通道外側36m范圍內地表均有沉降。因此,在粉砂層地基進行潛水降水作業,應注重降水影響區城內的地基變形情況。通遒橫斷面最大沉      降為18mm,橫斷面沒有發生較大不均勻沉降,結構以整體下沉為主。


      現場檢查表明,抽水過程中通道、兩側路面未產生裂縫,只要控制好抽水流量和合理布置降水的位置,采用單排雙井降水方案可滿足拔樁對降水的要求。

      3通道底板抗浮樁拔樁施工技術

      3.1拔樁施工方案

      對原通道底板的抗拔樁依據地鐵線路的施工時間和隧洞位置采取分階段多次拔樁的施工方案,漸進性地保證通道結構的穩定性。從保護結構抗浮穩定性出發,前期主要拔除通道范圍內部樁體,保留通道兩端部的抗拔樁,后期待拔樁穩定后結合地鐵隧道施工再進行4號線范圍樁基的拔除作業。具體布置如圖7所示。原抗拔樁共有37根,本次通道底板共拔除10根抗拔樁,盡量減小一次拔除大量樁體后對通道穩定性的影響。

      3.2 拔樁后通道結構抗浮加固工藝

      通道底板原抗浮樁拔除后,受承壓水的影響,通道的抗浮穩定性將無法滿足要求,需對其進行加固。具體措施可在結構側壁靠近頂板角隅處增設牛腿及5m長、35cm厚搭板,在搭板上部進行相交道路路面鋪筑,利用與通道相鄰的城市道路路面的壓力荷載和未拔樁體保證通道抗浮穩定。


      3.3拔樁施工工藝

      3.3.1拔樁方法選擇

      本拔樁工程的關鍵技術是如何減小樁側摩阻力、在不破壞通道結構的條件下實現通道低凈空下的拔樁作業和有效控制拔樁后砂層的穩定問題。

      減小樁側摩阻力通??刹捎锰坠芊ɑ劂@式和振動式功).樁側取土法、樁側旋噴法0”。由于本項目待拔樁體處于完全粉砂層位置,拔樁過程中嚴格控制拔樁后樁孔成型、防止砂層流失造成通道結構失穩成為關鍵問題,同時結合樁徑大、抗拔力大的特點,采用回鉆式套管法進行拔樁作業,通過套管可防止樁孔坍塌,拔樁后待樁孔回填完成后再進行套管的拔出作業,可保證地基和結構穩定。

      本項目底板抗浮樁的拔樁施工作業位于通道內部,其最大凈空高度為5m,采用常規吊樁設備無法滿足凈空要求,結合本項目設計了可在通道低凈空條件下進行拔樁作業的靜力頂升式拔樁設備,設備由支架和千斤頂組成。拔樁力由千斤頂提供見圖8),根據千斤頂行程,分段依次拔出、截除樁段,直至拔出全部樁體。

      3.3.2抗拔力和千斤頂組數計算

      千斤頂的組數根據千斤頂的頂升力980kN)和樁體的重力與側壁阻力計算確定,并驗算其反力和通道底板的極限承載力,防止底板被壓壞。


      抗拔力可按式(3)計算:


      式中f為第i層土的極限摩阻標準值kPa);G 為樁體重力kN) ;D為樁體直徑6n);l;為第i層土厚度6n);F為頂拔力kN).

      計算可知頂拔力為3 250kN。同時,在考慮千斤頂組數時必須保證千斤頂底座的反力小于底板混凝土的極限承載力,進而設計套管的材料尺寸.C35混凝土強度fs = 16.7MPa),以4組千斤頂進行驗算:


      因此,采用4組千斤頂可滿足本項目拔樁對抗拔力和底板極限承載力的要求。

      3.3.3低凈空拔樁工藝

      抗拔樁低凈空拔除工藝如下:①確定鉆孔灌注樁位置;②風鎬鑿除箱體底板,暴露鉆孔灌注樁樁.頭;③小型回轉鉆機在鉆孔灌注樁φl 200 一圈鉆孔探明障礙物;④安裝靜力壓樁支架、鋼底板(厚6em),焊接和切割要求滿足GB50205- -2001 《鋼結構工程施工質量驗收規范》,確保質量和安全;⑤安裝油壓千斤頂,壓鐵。壓鐵根據壓入鋼套管過程中受到的阻力進行選擇,套管內側土體液化,考慮的阻力主要是管外側摩阻力;考慮輕型機架壓樁力不能過大,采用注漿減摩方式,估算壓鐵配重100t,利用鋼管及支架、千斤頂自重壓重;⑥壓鋼套管,并采用高壓水液化管內泥土,以減小拔樁摩阻力,套管深度宜在樁底以下2m左右,具體如圖8所示;⑦限位截樁,頂升高度達到要求后割斷樁體,吊離;⑧拔樁驗收,將每段頂升截斷的樁長相加,確保滿足設.計樁長,并檢查孔內是否有斷樁存在,檢查樁端頭鋼筋,確??拱螛度堪纬?⑨樁孔回填土施工;①拔除護筒。

      3.4底板修復技術

      3.4.1底板開孔方 案

      在開孔之前準確獲得樁的位置是關鍵,可利用原設計圖紙或采用物探方法判明樁位的確切位置。但由于底板鋼筋較多,對物探回波的準確性造成較大影響,試驗表明其無法獲得準確樁位。因此,在水位達到施工水位時,可采用試鉆結合圖紙和物探相結合的方法進行。開孔的大小應充分考慮后期底板修復工程的需要,樁體直徑為800mm,考慮拔樁套管的安裝工藝,本項目開3mx3m方孔,現場實踐表明,可滿足拔樁的施工作業和結構底板及防水修復要求。結構底板受力主筋和分布鋼筋按同等直徑相接原則進行焊接連接,并留有足夠的搭接長度,孔洞范圍內澆筑微膨脹防水混凝土。3.4.2底板修復施工工藝

      開孔后的底板及修復工序如圖9,10所示。


      本工程為既有城市地道的改建工程,原抗拔樁與結構底板相連,拔樁作業開鑿底板后修復,原有防水體系受到影響,根據“防、排、截、堵相結合,剛柔相濟,因地制宜,綜合治理”的防水設計原則,重點對結構底板開槽處進行防水設計。

      在新老混凝土結合處,參照原防水體系采用防水卷材作為附加防水,同時再結合水平面增設防水涂料,然后結合立面增設多道遇水膨脹橡膠止水條,最后在新老混凝土接縫表面設置反扣槽鋼作為排水通道,并導入邊溝。

      原設計箱體段頂板采用單組分聚氨酯涂料防水層,作為柔性防水層加強頂部防水,并加鋪7cm厚C20細石混凝土保護層+油氈隔離膜進行保護,以防后續施工對防水層造成破壞。對于圍護樁拔樁工程影響范圍內應按原設計防水做法恢復。


      4結語

      1)對通道區域實施降水時應重視原基坑帷幕對降水的影響,合理布置降水井位置。采用合適的抽水流量和布置降水井,可采用單排雙井降水的方法滿足待拔樁體的降水要求,以減小實施基坑全斷面降水對通道結構和周邊道路產生不利影響。降水深度宜保證底板下拔樁的干地施工條件為宜。

      2)粉砂層地基實施潛水降水作業時,應重視影響區域內的地表變形情況,及時對砂層的流失情況進行評估監測。

      3)在通道內部低凈空條件下進行底板的抗浮樁拔樁作業,可以采用靜力頂升法分段拔出和截除樁體,采用鋼套管分離樁土并在回填樁孔后拔除套管,可有效防止樁孔塌孔和涌砂現象發生,保證通道穩定性。.

      4)通道底板拔樁作業完成后需重視底板結構、防水等的修復工作。

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