軟地基地下水處理及加固的關(guān)鍵技術(shù)研究

1、軟地基地下水處理及加固的關(guān)鍵技術(shù)研究山西路橋集團(tuán)工程項(xiàng)目管理服務(wù)有限公司1 前言軟弱地基開挖前必須先進(jìn)行處理和支護(hù)，太原武宿綜合保稅區(qū)馬練營(yíng)路在對(duì)該地段淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土軟弱地基開挖時(shí)，根據(jù)本工程施工段落地質(zhì)條件特點(diǎn)，結(jié)合以往該區(qū)域的施工經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目的工程特點(diǎn)等各方面因素，采用管井降水處理和鋼板樁支護(hù)技術(shù)進(jìn)行施工，此項(xiàng)技術(shù)施工便捷，不僅容易保證施工質(zhì)量，而且大大縮短了施工工期。二 工程概況，天然孔隙比平均值0.65-0.75，該土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)原始錘擊數(shù)平均值為3.0-5.0擊，總之，該地段土質(zhì)天然含水率及孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、易液化、易擾動(dòng)變形，為軟弱地基。 三 水文地質(zhì)參數(shù)滲透系

2、數(shù)K為：粉土K=3m/d 粉質(zhì)粘土K=2m/d四 管井降水處理技術(shù)(一)基坑和單井涌水量計(jì)算根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件及含水層的滲透系數(shù)選取綜合滲透系數(shù)K=3m/d，基坑降水量采用大口井計(jì)算公式，基坑降水深度以基底以下1.0m計(jì)算。基坑相關(guān)參數(shù)計(jì)算公式如下：n =1.1× 式中： Q：基坑涌水量（）K：地層綜合滲透系數(shù)（m/d）H：含水層的厚度（m）R：影響半徑（m）r。：基坑引用半徑（m）n：?jiǎn)尉鏊浚ǎ┙?jīng)上式計(jì)算，基坑涌水量為Q總=4451，單井涌水量采用q=144。(二)降水方案及施工工藝 1 降水方案根據(jù)涌水量計(jì)算結(jié)果，管井井深采用16m、管井井距采用10m，降水周期初步定60天

3、，視施工情況而調(diào)整?；舆吘墐蓚?cè)各設(shè)一排降水井，路中設(shè)一排降水井，降水井?dāng)?shù)量隨基坑長(zhǎng)寬而定，路中降水井待降水至開挖水位后，即可關(guān)停。降水過程中根據(jù)出水量情況適當(dāng)增加井?dāng)?shù)或調(diào)整出水量。管井的施工工藝應(yīng)嚴(yán)格按照管井施工與驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行。降水孔孔徑為600mm,下入外徑為400mm水泥管。過濾器為無(wú)砂管過濾器，孔隙率要求不小于15%，井管外采用外包過濾網(wǎng)60目一層，0m-16m。井管與管壁間填入2mm左右的碎石濾料并沖洗干凈。以保證其過水暢通。鉆探過程中采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，泥漿比重以1.1-1.2為宜。成井工藝結(jié)束后，立即采用抽水法洗井，直到將水洗清為止。2 排水方式 從降水井抽出的水引入排水渠，排水渠

4、幾何尺寸為：寬1m,深0.8m,長(zhǎng)按照實(shí)際情況確定的引水渠，引水渠用塑料布覆蓋，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況加2至3臺(tái)4寸泵飲水，泵水至河下游100m外，避免回灌。3 施工工藝 （1）材料機(jī)械準(zhǔn)備無(wú)砂砼管（濾管）、2-4mm砂礫混合料、潛水鉆機(jī)、50泥漿泵、50清水泵等。 （2）施工準(zhǔn)備首先了解地質(zhì)勘探資料，掌握對(duì)下土質(zhì)和水位變化情況，特別是地下流砂層情況，以便鉆孔工藝和準(zhǔn)備必要的材料。對(duì)設(shè)置井點(diǎn)位置用白灰表明其位置，挖泥漿坑（每1眼井挖1個(gè)泥漿坑）。 確定排水管位置流向，沉淀池位置以及與污水管道連接地點(diǎn) （3）工藝流程施工準(zhǔn)備定點(diǎn)放線挖泥漿坑循環(huán)成孔鉆機(jī)就位泥漿護(hù)壁成孔下管下濾水層上部用厚土填實(shí)洗井下潛

5、水泵抽水。 （4）工藝原理管井采用循環(huán)成孔鉆機(jī)成孔，泥漿護(hù)壁，待鉆孔到設(shè)計(jì)深度后，用吸管將其中泥漿吸凈，下底座，然后下管，外填塞濾水小豆石，上部用厚土填實(shí)。管井的有效降水深度取決于管井深度，降水面積，含水層滲透系數(shù)以及水泵揚(yáng)程，降水坡度環(huán)狀形為1:10。 （5）技術(shù)要求 定位：根據(jù)設(shè)計(jì)的井位及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，準(zhǔn)確定出各井位置，并做好標(biāo)記。 成孔后立即清孔，并安裝井管，井管下入后，井管的濾管部分應(yīng)放置在含水層的適當(dāng)范圍內(nèi)，并在井管與孔壁間填充礫石濾料。 安裝水泵前，用壓縮空氣洗井法清洗濾井，沖除塵渣，直到井管內(nèi)排出的水由渾變清，達(dá)到正常出水量為止。 水泵安裝后，對(duì)水泵本身和控制系統(tǒng)做一次全面細(xì)致的

6、檢查，合格后進(jìn)行試抽水，滿足要求后轉(zhuǎn)入正常工作。 觀測(cè)井中地下水位變化，做好詳細(xì)記錄。 (6)注意事項(xiàng) 降水深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其水位線位于基坑底部下0.50-1m邊坡要求穩(wěn)定，基坑干燥。 井管抽水采用揚(yáng)程潛水泵抽水，泵位于井管內(nèi)，距井盤底座約0.5m，用鋼絲繩固定于井面，通過膠皮管將水從井中提至地面排掉。 不允許出現(xiàn)死井，洗井一定要及時(shí)，抽水及時(shí)，從而保證降水效果良好?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員確保各降水井運(yùn)行正常，將管井完成后進(jìn)行編號(hào)，將每個(gè)降水井排水時(shí)間及時(shí)進(jìn)行記錄，根據(jù)日打井量增加水泵，再根據(jù)甲方管網(wǎng)施工進(jìn)度遞減水泵數(shù)量，并做好降水記錄、觀測(cè)井水位記錄。五 鋼板樁支護(hù)加固技術(shù)（一） 技術(shù)特點(diǎn)采用拉森鋼

7、板樁有三大特點(diǎn)：1、施工速度快，工序簡(jiǎn)便，質(zhì)量容易控制，工期短，具有很好的防水、止水功能；2、節(jié)能環(huán)保，對(duì)周圍環(huán)境影響較小而且容易保證施工安全；3、相對(duì)地下連續(xù)墻、深層攪拌樁等其它支護(hù)形式，拉森鋼板樁工藝支護(hù)成本較小，工程造價(jià)較低。本工程水文地質(zhì)條件差，工期緊任務(wù)重，尤其是馬練營(yíng)路為施工節(jié)點(diǎn)，本工程基坑最大開挖深度約為8米，完全適用拉森鋼板樁進(jìn)行支護(hù)加固。（二）簡(jiǎn)要技術(shù)說明拉森鋼板樁是一種特制的型鋼板樁，用打樁機(jī)及振動(dòng)錘將鋼板樁壓入地下構(gòu)成一道連續(xù)的板墻，鋼板樁結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、鎖口緊密、水密性好、施工方便、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，作為深基坑開挖的臨時(shí)擋土、擋水圍護(hù)結(jié)構(gòu)，拉森鋼板樁近年來(lái)已開始

8、應(yīng)用于各種基坑工程。首先，拉森鋼板樁工藝能通過鋼板樁兩側(cè)自身鎖扣互相緊密的咬合在一起而形成一道密封性非常好的樁墻，整體性非常好，從而提高了鋼板樁的支護(hù)強(qiáng)度和止水能力，其次，鋼板樁施工工藝簡(jiǎn)單，施工速度非?？?，并且沒有齡期限制，打完鋼板樁后就能馬上開挖，能縮短工期，加快施工進(jìn)度。最后，基坑回填后可以將拉森鋼板樁拔出進(jìn)行重復(fù)利用，能降低工程造價(jià)。拉森鋼板樁支護(hù)形式有懸臂式、錨拉式、支撐式，鋼板樁自身有U、W、Z三種截面形式，壁厚4-7mm為輕型，壁厚8-12mm為普通型，本工程使用的拉森鋼板樁為懸臂式U形截面普通型，具體規(guī)格為：對(duì)于深度5H8m的基坑，采用冷彎LWBU12A-12m拉森鋼板樁支護(hù)。

9、（三） 懸臂式鋼板樁計(jì)算 根據(jù)實(shí)際情況采用懸臂式鋼板樁插入坑底，由于僅在特殊情況時(shí)打設(shè)支撐，鋼板樁的穩(wěn)定完全靠坑底以下兩邊的土壓力維持。根據(jù)市政工程施工手冊(cè)，鋼板樁支撐上的土壓力計(jì)算與擋土墻的計(jì)算不同，是近似的或經(jīng)驗(yàn)性的。1 懸臂式鋼板樁簡(jiǎn)化計(jì)算示意圖如下： 2 入土深度計(jì)算公式如下式所示：（h+t）3Ka-t3Kp/K=0式1式中：Ka-主動(dòng)土壓力系數(shù)，Ka=Tg(450-/2)=0.33； AhDEaLEp1/KtEp2B Kp-被動(dòng)土壓力系數(shù)，Kp=Tg2(450+/2)=3； K -被動(dòng)土壓力安全系數(shù)，取1.1：計(jì)算所得t=4.9米。 由式1求得鋼板樁入土深度t,作為實(shí)際入土深度，再增

10、加0.5米作為超出二部槽高度，則鋼板樁總長(zhǎng)度為：L=h+t+0.5=5+6.5+0.5=12米。3 最大彎矩截面在基坑底深度t0計(jì)算，該截面的剪應(yīng)力為0： 1T0= Kp -1 =1/1.87=0.53 米kAK 4 土壓力計(jì)算 根據(jù)朗金理論壓力計(jì)算：因緊臨建筑物的安全系數(shù)為3。則：Ea=3h2Ka/2=3×21×5.53×2×0.45/2=3×52.3=157KN/m。式中：墻后土的重度（KN/m3）；21 KN/m3； H計(jì)算點(diǎn)距土表面的深度（m），5.53m Ka-主動(dòng)土壓力系數(shù)，0.33，在此計(jì)算取0.45； 5 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端的水平位移

11、值計(jì)算： S=×××Y式中：懸臂排樁上段結(jié)構(gòu)柔性變形值；下段結(jié)構(gòu)在最大彎矩作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角；下段結(jié)構(gòu)在最大彎矩作用下產(chǎn)生的水平位移；6 支護(hù)排樁選擇及撓度驗(yàn)算(1)撓度驗(yàn)算按換算等值荷截計(jì)算：q=【（157/100）×（36+13.6+36）】/2=134.2KN/m=13420 KN/cm=13694 Kg/m 彈性模量E=210000kg/cm2; 截面慣性矩 I=552cm4；則其撓度Fa=Q14/8EI=(13694×5.534)/(8×210000×552)=12806511.65/927360000=0.014c

12、m=0.14mm (2)由計(jì)算可知：采用鋼板樁作為本工程的支護(hù)加固結(jié)構(gòu)，能滿足現(xiàn)場(chǎng)條件要求，同時(shí)能滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)不允許變形的施工要求。（四） 支護(hù)方案選擇開挖深度為5mH8m段支護(hù)方式：鋼板樁樁長(zhǎng)12m，入土深度取5m，鋼板樁為懸臂式LWBV-12m拉森鋼板樁。個(gè)別段落開挖深度為5mH6m段支護(hù)方式：鋼板樁樁長(zhǎng)9m，支護(hù)入土深度取4m。采用36-C號(hào)工字鋼作為鋼板樁。（五） 鋼板樁施工方法使用鋼板樁振動(dòng)打拔樁機(jī)用于打設(shè)和拔除鋼板樁。打拔樁機(jī)型為EX350H,激振力800KN。鋼板樁數(shù)量按1個(gè)施工段300根考慮，每一施工段基槽兩邊各設(shè)150根，前一施工段施工完畢拔除后，轉(zhuǎn)入下一施工段，依靠反復(fù)周轉(zhuǎn)

13、使用。1、單樁逐根打入法施打鋼板樁（1）一步槽開挖完畢先由測(cè)量人員定出鋼板樁的軸線，并撒白灰現(xiàn)控制樁位，可每隔一定距離設(shè)置導(dǎo)向樁，導(dǎo)向樁直接使用鋼板樁，然后掛繩線作為導(dǎo)線，打樁時(shí)利用導(dǎo)線控制鋼板樁的軸線。（2）準(zhǔn)備送樁：打樁機(jī)吊起鋼板樁，人工扶正就位。（3）單樁逐根連續(xù)施打，不許垂直施打，注意樁頂高程不宜相差太大。2、拔樁與樁孔填砂（1）原則上土方回填后方可拔樁，樁經(jīng)整修后重新利用。（2）先用打拔樁機(jī)夾住鋼板樁頭部振動(dòng)1min-2min,使鋼板樁周圍的土松動(dòng)，產(chǎn)生“液化”，減少土對(duì)樁的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔樁時(shí)注意樁機(jī)的負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)上捌困難或拔不上來(lái)時(shí)，應(yīng)停止拔樁，先振動(dòng)1min-2

14、min后下錘0.5m-1.0m再往上振拔，如此反復(fù)可將樁拔出來(lái)。（3）鋼板樁拔出后應(yīng)及時(shí)回填樁孔；回填樁孔時(shí)應(yīng)采取措施填實(shí)。本工程采用中粗砂灌填，沖水助沉。（六）鋼板樁的施工中遇到的問題及處理由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼板樁打拔施工中常遇到一些難題，常采用如下幾點(diǎn)辦法解決： 1、鋼板樁雜填土地段擠進(jìn)過程中到石塊等側(cè)項(xiàng)擠壓作用力大小不同容易發(fā)生偏斜，采取以下措施進(jìn)行糾偏：在發(fā)生偏斜位置將鋼板樁往上拔1.0m-2.0m，再往下錘進(jìn)，如此上下往復(fù)振拔數(shù)次，可使大的塊石振碎使其發(fā)生位移，讓鋼板樁的位置得到糾正，減少鋼板樁的傾斜度。 2、鋼板樁沿軸線傾斜度較大時(shí)，采用異形樁糾正，異形樁一般為上寬下窄和寬度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)寬度的板樁，異形樁可根據(jù)實(shí)際傾斜度進(jìn)行焊接加工；傾斜度較小時(shí)也可以用卷?yè)P(yáng)機(jī)或葫蘆和鋼索將樁反向拉住再錘打。（七）鋼板樁插打的主要施工技術(shù)要求1、采用單根打入法插打鋼板樁，樁頂標(biāo)高&