帷幕止水施工技术论文

1工程概况

工程地点为冲积平原,京沪铁路、京津城际铁路两侧地势低洼,有沟渠分布,两铁路路基均为高路基,高度分别为5.5和3.2m。区域内地层岩性为黏性土、粉土、粉砂,夹有淤泥质土,多为软塑状,具有含水量高、压缩性高、透水性差和强度低的特点,浅层黏土含水量高、孔隙比大,具有软土的特性。地下水为第四系孔隙水,理深1.65~2.6m。

2技术难点及止水方案设计

2.1技术难点

(1)帷幕止水作为影响京津城际高铁运营安全的核心因素,基坑施工期间不得影响京津城际路基沉降,施工引起的京津城际路基附加差异沉降必须控制在1mm以内,标准要求高。

(2)地下水位高,基坑开挖深度大。该工程区域地下水位埋深仅1m左右,而临近高铁基坑开挖深度达6m。

(3)两线间横向止水帷幕(两排咬合)距离最近的京津城际到发线16.8m,距城际路基坡顶14.3m,城际刚构桥下止水帷幕距离刚构桥承台边缘2.5m。止水帷幕距离京津城际高铁路基、桥梁墩台及路桥过渡段较近,止水帷幕高压喷射对城际高铁构成一定影响。

2.2止水方案设计

旋喷桩止水帷幕的止水效果是关系到高铁运营安全的核心因素,为达到旋喷桩止水帷幕施工后框构桥工作坑及U形槽基坑开挖后不渗不漏,实现无水施工,顶进期间,线间止水帷幕渗透系数控制在1×10-8m/s以下。根据建模分析,采用加强型止水方案,即京津城际高铁和京沪铁路之间设置两道足够长的平行于铁路的止水帷幕且框构工作坑、U5形槽、U4形槽都采取封闭式帷幕止水及封底措施的方案,在保证止水帷幕止水效果的前提下,京津城际高铁差异沉降总量控制在1mm以内。设置两线间横向止水帷幕能有效减小顶进期间降水对京津城际高铁的沉降影响,为保证止水帷幕充分发挥作用,其底部至少在降水井底部以下4m。严控止水帷幕施工质量,保证高铁和施工点间形成有效的隔水带,增长渗流路径。止水帷幕纵向保证足够长度,长度至少超过工作基坑1.5倍。根据以上要求,线间止水帷幕1总长164m,框构桥两侧各63m,桩长21m,三排咬合;止水帷幕2长126m,位于框构桥两侧,并与U5止水帷幕连接在一起,桩长15m,两排咬合。

3止水帷幕试验

3.1旋喷桩封闭帷幕止水参数试验

结合地质情况,根据经验分别采取表1所示旋喷参数施作两组闭合成环的止水帷幕且封底,高压旋喷桩采用单管法施工。待旋喷桩达到强度后,开挖封闭止水帷幕内部土体,止水帷幕1单桩成桩效果较好,但桩位间距大小不一,桩径达不到要求,直径仅55cm,桩与桩之间搭接较少。帷幕四周有6处渗出水点,拐角有3处出水点。止水帷幕2成桩完整,桩墙排列整齐,桩位间距均匀,桩与桩之间搭接满足要求,旋喷桩直径63cm,止水帷幕无渗漏现象。为此,止水帷幕及封底施工采用止水帷幕2旋喷施工参数,同时尽量减少止水帷幕相邻桩体施工时间间隔,并在旋喷止水帷幕拐角处进行加桩,覆盖结合处。

3.2城际刚构桥下止水帷幕及封底旋喷桩试验

高铁刚构桥下止水帷幕及封底旋喷桩距离钢构桥桥台结构最小距离为2.5m,桥台结构为受力最不利位置。采用原位试验测试U4形槽止水帷幕施工对桥台、承台的影响。3.2.1试验设计施工一段桥台,桩基、承台及桥台的配筋、砼标号、宽度及高度与刚构桥完全相同,长度为3m,相当于从刚构桥的桥台上切下3m长的一段。在测试位置粘贴感应片并作防水处理,设置温度补偿片,安装调试测试仪器。在完成桥台背后填土后,施作与刚构桥下相同的止水帷幕和封底旋喷桩,观测桥台结构的受力情况、水平位移和沉降,以检测止水帷幕及封底旋喷桩施工对桥台结构的影响是否在允许范围内。3.3止水帷幕施工对不同距离点位水平位移和沉降的影响试验在黏土层中,不同旋喷压力作用下测试高压旋喷施工对周围土体挤压作用的影响范围及大小,确定止水帷幕安全施工距离。分别以25、28MPa各施工一道止水帷幕,止水帷幕长15m,双排咬合,桩长18m,在距止水帷幕6、9、12、15m处设置观测点。

4止水帷幕及封底旋喷桩施工

4.1施工参数

(1)线间止水帷幕施工。为减小止水帷幕施工对运营高铁的影响,在京津城际高铁路基和止水帷幕2之间设置一排压力释放孔,30cm,间距5m,孔深15m。

(2)U4、U5形槽止水帷幕施工。U5形槽(京津城际与京沪铁路间U槽)止水帷幕距离京津城际路桥过渡段最近,而路桥过渡段是差异沉降变化最大的区域。U5、U4形槽(京津城际刚构桥下U槽)止水帷幕采用相同的旋喷施工参数。

(3)封底旋喷桩施工。U5形槽、U4形槽及框构工作坑均采用旋喷桩封底,封底旋喷桩属于密排桩。因基坑封底桩为多台旋喷机械同时分片施工,新旧封底旋喷桩相交处因先施工的旋喷桩已凝固而具备一定强度,与后施工的封底桩无法形成咬合,因而新封底桩施工时适当提高旋喷压力,提速控制在15cm/min,与先施工封底桩形成紧密挤压,以免地下水从接缝处渗出。

4.2深桩施工与旋喷压力的的关系

该工程很多止水帷幕旋喷桩为深桩,桩体越深,喷嘴出口处地层静水压力越大,喷嘴入口与出口的压力差则越小;喷射速度减小,有效喷射距离缩短,喷射效果减弱。在施工过程中,随着喷射深度的增加,静水压力增大,喷射距离减小,喷射直径减小,容易形成上粗下细的形状。有关资料显示,在σ0=80kPa的黏土中,当静水压力由0.02MPa增大到0.2MPa时,喷射距离减小30%。为了避免止水帷幕旋喷桩出现上粗下细的现象,在桩长超过10m时旋喷压力增大2~3MPa。

5施工监测

京津城际高铁采用自动化监测和人工监测相结合的方式,自动化监测采用BGK-4675型静力水准系统和BGK-MICRO-32/40自动化数据采集单元。测点布置在以翠亨路刚构中桥中心线为中心、两侧335m范围内;测点在线路既有CPⅢ控制点基础上加密布设,采用3条通路的布设方式,重点监测京津城际高铁路基和桥梁的差异性沉降变化情况。监测数据显示:最大差异沉降位于翠亨路中桥天津台路桥过渡段京津城际高铁上行,累计为0.98mm,保证了京津城际高铁的行车安全。

6结语

全封闭止水技术的成功应用,有效控制了差异沉降的发展。但成桩过程中对建筑物的挤压作用而产生的变形影响随着建筑物的不同、地质的不同而不同,如何找到桩径、排数、旋喷压力、变形等方面的综合平衡,还需通过大量实践进行进一步研究。

作者:齐永立单位:中铁十六局集团第二工程有限公司