旋噴樁止水帷幕在北京站擴能改造工程基坑支護中的應(yīng)用

1、2005年第1期鐵道建筑RailwayEngineering21文章編號:100321995(2005)0120021204旋噴樁止水帷幕在北京站擴能改造工程基坑支護中的應(yīng)用畢彥春,張曉靜(中鐵建工集團,北京100070)摘要:介紹旋噴樁的施工原理以及在北京站擴能改造工程中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:旋噴樁施工原理施工應(yīng)用中圖分類號:TU472136文獻標識碼:B潮濕,局部分布。粉質(zhì)粘土(4):黃褐色,可塑,局部夾粉土及細砂。較均勻分布于地層的中上部。中砂(5):黃褐色,密實,稍濕飽和,局部夾少量圓礫。細砂(521):黃褐色、淺灰色,中上密密實,濕飽和,呈透鏡體狀分布。粉砂(522):黃褐色;密實,濕飽和

2、,呈透鏡體狀分布。圓礫(6):黃褐色,中密,飽和,成分以砂巖為主,主要填充土。粉質(zhì)粘土(7):黃褐色,軟塑硬塑,夾有姜石。分布在地層下部。212水文地質(zhì)條件211工程地質(zhì)條件(1)地形地貌+1工程概況北京站地下行包庫主體結(jié)構(gòu)位于北京站新建7、8站臺下,北鄰既有車站12股道及6站臺,南面與明城墻遺址公園僅一墻之隔。行包庫主體結(jié)構(gòu)按東西向布置,結(jié)構(gòu)長504m,寬4019m,基坑深約12m,擬采用明挖法施工。地下行包庫采用灌注樁圍護,旋噴樁體作止水的圍護結(jié)構(gòu)方案。具體施工按灌注樁入土深度和旋噴樁長度結(jié)合地質(zhì)、地下水條件驗算后進行了優(yōu)化。2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況該段地下水主要為第四系孔隙潛水,分為上層

3、滯水及潛水,上層滯水主要含水層為雜填土及部分細砂、粘性土,主要補給來源為管道及車站排水、滲水,地下水位水量變化無規(guī)律,各鉆孔差別很大,在勘探期間內(nèi)最小埋深為3170m。下部第四系孔隙潛水埋深6121311m,主要靠大氣降水補給,圓礫及砂類土為主要含擬建場區(qū)位于沖洪積平原上,地勢平坦,地表大部分為建筑垃圾覆蓋層。(2)地層巖性根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及勘探揭示:場區(qū)地層為第四系全ml新統(tǒng)人工堆積層(Q4)及第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Qal+pl水層,水位變幅一般為310m左右。經(jīng)取地下水樣送驗,地下水對普通混凝土無侵蝕性。)。地層巖性分別描述如下:ml全新統(tǒng)人工堆積層(Q4)雜填土(1):褐色、灰黑色,松散,濕

4、,主要成分為瓦塊、磚塊、爐灰,及粉質(zhì)粘土等,普遍分布于場區(qū)表層。al+pl)第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4粉土(2):黃褐色,密實,稍濕濕,呈透鏡體分布。淤泥質(zhì)粘土(221):深褐色、灰色,軟塑,僅在Zd206孔有揭示。細砂(3):黃褐色,中下密、中上密,中密密實,稍濕濕,呈透鏡體狀分布粉砂(321):黃褐色,中上密,3高壓噴射注漿(旋噴樁)機理和特性311高壓噴射注漿工法簡介高壓噴射注漿法(JetGrouting)是在靜壓注漿方法的基礎(chǔ)上,利用噴射流技術(shù),即高壓水噴射流切割原理研制開發(fā)的別具一格的地基加固工藝。采用這種工法的主要目的是加固地基,提高地基的抗壓和抗剪強度,增強土的模量或是用于防滲止

5、水,改善土體的水力滲 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.22鐵道建筑January,2005透特性。高壓噴射注漿工法的適用范圍很廣,如軟土,殘積土和黃土及人工填土等,從砂礫類至粘土和淤泥均可采用高壓噴射注漿工法加固或處理。采用高壓噴射注漿工法施工簡單,速度快;可選材料廣泛,特別是水泥的造價低;可按工程需要制成各種形狀,極適合處理特殊地層和特殊地基,是一種應(yīng)用廣闊有發(fā)展前途又極具推廣價值的非明挖地基處理和防滲工法。高壓噴射注漿工法最初在我國被稱為“旋噴法”,經(jīng)試驗研究取得顯著成效,經(jīng)過20

6、多年的研究和工程實踐,不僅在成樁機理和設(shè)計計算的理論上逐步完善和成熟,而且利用這項技術(shù)解決和處理了許多工程問題,取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。312高壓噴射注漿的基本原理高壓噴射注漿通過對土體的切割及現(xiàn)場土與水泥漿的攪拌加固土體或者由于空氣水的沖擊,在某種程度上使部分土體被漿液置換。高壓噴射注漿的基本工藝類型有單管法,二重管法和三重管法。單管法中高壓(或超壓)漿液兼作射流介質(zhì);二重管法以高壓(或超壓)漿液和壓縮空氣作為射流介質(zhì);三重管的射流介質(zhì)是高壓(或超壓)水、壓縮空氣、漿液。高壓噴射流對土體破壞作用的機理比較復雜,但從噴射現(xiàn)象可以分析出破壞土體的主要方式如圖1。噴流動壓噴射流脈動負荷水塊

7、的沖擊力空穴現(xiàn)象水楔效應(yīng)擠壓力氣流攪動圖1噴射流模式分析圖以上(超高壓噴速360ms以上),高速射流使地基土承受極大的動水壓力和沿孔隙作用的水力劈裂力,以及脈動壓力和連續(xù)噴射等綜合作用下產(chǎn)生破壞。(2)攪拌升揚作用當壓縮空氣在水束周圍形成氣幕后,大大減少了水束摩擦力,使水束能量不過早消失。能有效地提高噴射長度36倍。由于空氣的作用,使混合液沿鉆孔壁與噴射管路間冒出地面時呈沸騰狀,增加了升揚攪拌能力,地層中細顆粒更容易被帶出地面,改變了地層的顆粒級配。(3)充填擠壓作用連續(xù)灌注的漿液充填噴射切割的溝槽。漿柱的靜壓作用使?jié){液對原地層產(chǎn)生擠壓。(4)漿液固結(jié)作用在靜壓和脈動注漿作用下,漿液向孔周圍地

8、層擴散,提高了原地基的強度和防滲性能。313高壓噴射注漿的基本特性該工法是將帶有特殊噴嘴的注漿管置入預(yù)定的處理深度,以20MPa以上壓力的高壓噴射流(或輔以017MPa壓力的環(huán)繞氣流和25MPa壓力的固化漿液),強力沖擊破壞土體,使部分土體被置換同時部分土與固化劑攪拌混合,經(jīng)過一定時間的凝結(jié)固化,在土體中形成有一定強度的固結(jié)體。固結(jié)體的形狀和噴射流移動的方向有關(guān),可分為旋轉(zhuǎn)噴射(旋噴)、定向噴射(定噴)和擺動噴射(擺噴)三種方式;注漿管在以一定方式噴射的同時以一定速度向上提升。噴射注漿的處理深度由設(shè)備的鉆孔能力來決定,而固結(jié)體的直徑與強度則是以下諸多因素的綜合結(jié)果:土質(zhì)條件(主要是標貫級數(shù));

9、注漿或水泵的工作壓力和排量;注漿管的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度;噴嘴直徑、幾何形狀和個數(shù);固化劑類別和配比。高壓噴射注漿施工的技術(shù)關(guān)鍵在于各種施工工藝參數(shù)的最佳組合,而這取決主機設(shè)備和泵(泥漿泵或水泵)以及固化劑的性能。314旋噴方法的標準工藝(見表1)從噴射流的運動方程得到其理論破壞式:F=AVm式中F噴射流的破壞力;噴射流的介質(zhì)密度;A噴射流的截面積;Vm噴射流的速度。4圍護結(jié)構(gòu)與旋噴樁止水帷幕在北京站的應(yīng)用411圍護結(jié)構(gòu)形式由該式可知,提高泵壓力是增大高速噴射流破壞力的最合理的方法。高壓噴射注漿形成固結(jié)體主要是下列作用的結(jié)果:(1)切割土作用噴射流在高壓或超高壓下,從直徑117215mm的噴嘴射

10、出,出口速度高達200ms地下一層為全現(xiàn)澆框架剪力墻結(jié)構(gòu),基底標高為-11198m,考慮基坑的開挖深度和圍護,圍護結(jié)構(gòu)采用800mm,間距1000mm鉆孔灌注樁,樁間設(shè)600mm旋噴樁止水。支撐體系采用錨索支撐,每根錨索由4(5)束75鋼絞線組成,錨索水平間距210m(兩樁一錨),豎向設(shè)2道(局部3道),并設(shè)工字鋼與鋼板拼接的腰梁2道(局部3道)。 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2005年第1期旋噴樁止水帷幕在北京站擴能改造工程基坑支護中的應(yīng)用表1旋噴法標準工藝23方法系統(tǒng)壓力排量噴

11、嘴直徑桿型氣體桿轉(zhuǎn)速土質(zhì)強度樁體直徑固結(jié)體的強度提升速度CCP單管法JSG雙管法CJG三管法注漿2040MPa60100Lmin210310mm注漿(氣)20MPa60Lmin210315mm注水(氣)40MPa70Lmin注漿(氣)23MPa180200Lmin210315mm單管不用2025rminN10粘性土N15砂土雙重管017MPa;1124m3三重管20rminN10粘性土N40砂土10rminN10粘性土N50砂土50100cm80150cm150300cm粘性土:215310MPa砂土:310410MPa35minm粘性土:2MPa砂土:1024MPa620minm粘性土:15

12、MPa砂土:515MPa20minm412旋噴樁止水帷幕設(shè)計(1)根據(jù)現(xiàn)有地層條件,旋噴樁有效施工直徑D=600mm,位置在兩灌注樁之間。(2)根據(jù)地勘報告提供的地質(zhì)條件,旋噴樁樁端可成為水泥土樁體(即高壓旋噴樁)。(1)孔位偏差:樁位與設(shè)計孔位的偏差50mm。(2)樁身垂直度偏差:110%。(3)樁徑容許偏差50mm。(4)噴射流壓力:2530MPa。(5)噴射管提升與旋轉(zhuǎn)速度:提速為01200125mmin,轉(zhuǎn)速為2025rmin。(6)固化劑:普通硅酸鹽水泥P1O13215,水灰比為110,115。穿過第(6)層圓礫層進入第(7)層粉質(zhì)粘土,設(shè)計樁長1622m。(3)灌漿量:P1O132

13、15普通硅酸鹽水泥,水灰比為110115。計算公式如下:Q=42式中Q所需的噴漿量(m);D旋噴樁直徑(m);H旋噴樁長度(m);K充填率(0175019),選用019;損失率(011012)。413旋噴樁施工技術(shù)參數(shù)5高壓噴射注漿工序和施工511施工機具配置根據(jù)旋噴樁工程量、現(xiàn)場配電容量、注漿場地大小、機械設(shè)備施工效率和工期要求,配備XY21B地質(zhì)鉆機2臺、GPD222旋噴機1臺、XPB290超高壓泥漿泵1臺、WJG211灰漿攪灌機2臺、污水泵4臺、HB280泥漿泵2臺。旋噴樁是使用高壓或超高壓噴射注漿機,通過超高壓水泥漿液切割周圍土體,并使水泥漿與土體拌合圖2旋噴樁施工工藝過程示意圖 19

14、95-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.24鐵道建筑RailwayEngineeringJanuary,2005文章編號:100321995(2005)0120024203北京站地下行包庫結(jié)構(gòu)混凝土的模板及其支撐黎賢華(天津鐵路建設(shè)有限公司,天津300140)摘要:介紹北京站地下行包庫中墻、柱、梁、板混凝土模板的配置情況,較詳細地闡述了邊墻模板支撐的檢算以及模板質(zhì)量通病與預(yù)防措施。關(guān)鍵詞:混凝土工程模板支撐施工技術(shù)中圖分類號:TU75512文獻標識碼:B表1混凝土構(gòu)件截面尺寸表mm柱1工程概況北京

15、站擴能改造地下行包庫主體結(jié)構(gòu)位于北京站新建七、八站臺下,北臨既有車站12道及六站臺,南面與明城墻遺址僅一墻之隔。行包房主體結(jié)構(gòu)按東西向布置,結(jié)構(gòu)長504m,寬4017m,基坑深約11168m。地下行包庫主體結(jié)構(gòu)由底板、底縱梁、邊墻、頂縱梁、頂板、柱、頂板梁等部分組成,平面組合比較復雜,高低錯落,其混凝土構(gòu)件的截面尺寸如表1。512施工工藝部位地下行包庫標準段結(jié)構(gòu)地下行包庫非標準段結(jié)構(gòu)板底板邊墻頂板900700梁底縱梁頂縱梁80012002100120021009009001200220012002300(2000)(2100)10007001000900鋼管柱工程特點為結(jié)構(gòu)截面尺寸較大,模板及支撐所受施工荷載大。工程為地