陳衛(wèi)東
上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002
上海軌道交通某車站位于市中心地段,車站主體總長(zhǎng)219 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬28 m,底板埋深27 m,為地下3層結(jié)構(gòu),采用明挖順作法施工。場(chǎng)地位于上海市鬧市區(qū),周圍現(xiàn)有建(構(gòu))筑物眾多,基坑南側(cè)距離周邊建筑大廈最近處為5 m。
地下水類型主要有淺部土層中的潛水和深部⑦、⑨層中的承壓水。其中第⑦層粉(砂)性土,為上海地區(qū)第一承壓含水層,且與⑨層連通,賦存地下水量豐富。場(chǎng)地勘察期間測(cè)得第一承壓含水層水位埋深為5.29 m,標(biāo)高為-1.19 m,按照該水頭驗(yàn)算,主體基坑開挖需抽降承壓水。標(biāo)準(zhǔn)段臨界開挖深度約為15.6 m。
在基坑開挖至6.7 m后,發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)存在一口壁厚20 mm、φ360 mm的鑄鐵井管(圖1、圖2),該井管內(nèi)不斷有地下水涌出,且權(quán)屬單位不詳,通過低應(yīng)變檢測(cè)及金屬探測(cè)法檢測(cè),得知該不明井管深度至少達(dá)地面以下26.7 m,且與承壓水層連通。此時(shí)如繼續(xù)基坑開挖將存在重大風(fēng)險(xiǎn)[1-2],但考慮到基坑已開挖6.7 m,且廢棄井管位于鋼支撐下方,導(dǎo)致空間受限,常規(guī)的降水井封井方案難以實(shí)施,因此需要采取特殊措施對(duì)廢棄管井進(jìn)行處理。
圖1 廢棄管井平面位置
圖2 廢棄井管
為確?;娱_挖的安全,同時(shí)避免由于基坑開挖進(jìn)度延遲造成的其他負(fù)面影響,決定采用如下技術(shù)方案:在廢棄井管外側(cè)施工鋼管樁,鋼管樁深度宜隔斷承壓水層;繼續(xù)進(jìn)行基坑開挖,開挖期間應(yīng)注意對(duì)鋼管樁的保護(hù);完成基坑底板的施工;在廢棄井管內(nèi)部注漿,外部施工高壓旋噴樁;逐層割除廢棄井管后完善底板孔洞施工。
該方案的核心理念在于開挖階段維持廢棄井管的現(xiàn)狀,利用管內(nèi)的余土平衡承壓水壓力,同時(shí)在其外側(cè)使用鋼管樁隔斷承壓水層,杜絕風(fēng)險(xiǎn)(預(yù)處理),待基坑開挖完成后,再使用注漿及其他工藝進(jìn)行封井(后處理)。
為隔斷廢棄井管同承壓水層的連通,在其外側(cè)施工直徑1 m的鋼管樁,樁長(zhǎng)48 m,隔斷本工程⑦層承壓水?,F(xiàn)場(chǎng)采用ICE 50RF免共振振動(dòng)錘及配套吊車完成上述作業(yè)(圖3)。此外,在附近位置施工降水井兼觀測(cè)井,作為后續(xù)施工過程中的監(jiān)控及應(yīng)急手段。
圖3 鋼管樁施工
預(yù)處理完成后繼續(xù)開挖基坑,開挖期間需注意對(duì)已完成鋼管樁的保護(hù),特別注意避免基坑下設(shè)備行駛及回轉(zhuǎn)過程中的碰撞情況發(fā)生。根據(jù)正常施工流程逐層開挖至基坑底(圖4)。
圖4 開挖過程
基坑開挖至底板澆筑前,為避免底板下承壓水突涌,于鋼管樁外側(cè)焊燒環(huán)形外止水鋼板,鋼板厚度與降水井井壁厚度(6 mm)保持一致,寬度為200 mm。底板完成后,對(duì)鋼套管外壁與結(jié)構(gòu)間縫隙進(jìn)行堵漏預(yù)注漿,降水井停抽后未見滲水。
底板完成后,對(duì)廢棄井管內(nèi)部進(jìn)行注漿,并在廢棄井管及鋼套管間進(jìn)行高壓旋噴樁加固,于不明井管與鋼套管夾層間等距布設(shè)4根高壓旋噴樁(圖5、圖6),樁體直徑不小于800 mm,樁體搭接不小于350 mm,加固區(qū)域?yàn)榈叵?6.8~42.0 m范圍;采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,可適當(dāng)添加早強(qiáng)劑,加固體單樁水泥含量不小于25%。
圖5 加固平面布置
圖6 加固剖面示意
注漿封井前,應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拌水泥漿;水泥漿的水灰比宜為0.8~1.0,漿量宜為回填細(xì)石子量的1.5~2.0倍。注漿管應(yīng)居中下入井管內(nèi),注漿管底端應(yīng)進(jìn)入濾管底部。注漿管安放到位后應(yīng)在井管口固定管位。固定注漿管后,應(yīng)向井管內(nèi)填入細(xì)石子,回填頂面不低于地面以下26.8 m。
注漿時(shí)應(yīng)控制注漿壓力不小于0.4 MPa,每注漿0.5~1.0 m高度的漿量后將注漿管上提相同高度,或以不大于15 cm/min的速度緩慢上提注漿管,注漿至細(xì)石子頂面后應(yīng)繼續(xù)注入水泥漿并緩慢上提約10 m,以保證注漿效果。
水泥漿終凝后,應(yīng)抽出井管內(nèi)余水,檢查注漿效果,必要時(shí)再次灌入微膨脹細(xì)石混凝土至底板面下。
不明井管注漿完成后,展開井管與鋼套管間高壓旋噴加固施工。
高壓旋噴樁施工完成后盡快抽除管內(nèi)余水,并切除底板頂面上方井管。由于井管貼近結(jié)構(gòu)上翻梁導(dǎo)致作業(yè)面狹小,為保證封井質(zhì)量,人工挖清浮土至底板面1 m以下,并割除底板頂面下1 m范圍內(nèi)的不明井管,隨后封填細(xì)石混凝土至井管斷面,搗實(shí)并抹平,于鋼套管內(nèi)壁焊封一層止水鋼板,并于其上布設(shè)單排雙向φ32 mm@150 mm鋼筋,且與外層鋼套管焊接牢固;隨后由下至上逐層填實(shí)細(xì)石混凝土并焊封剩余2道止水鋼板與加強(qiáng)鋼筋;其中,頂層止水鋼板加強(qiáng)鋼筋應(yīng)與底板頂層主筋焊接牢固,完成后澆筑細(xì)石混凝土至底板頂面齊平(圖7)。
圖7 封井示意
1)由專職人員負(fù)責(zé)測(cè)量放線及樁位的確定。
2)鉆機(jī)就位后應(yīng)進(jìn)行水平和垂直校正,鉆機(jī)應(yīng)與樁位一致,偏差在50 mm以內(nèi),以保證樁垂直度。
3)漿液必須按照配合比進(jìn)行配制,采用P·O 42.5水泥。
4)在施工過程中,要防止噴嘴被泥砂堵塞,氣、漿壓力和流量必須符合設(shè)計(jì)值,一旦堵塞,要拔管清洗干凈后再重新插桿噴。插桿時(shí)應(yīng)采取邊射水邊插,高壓水噴嘴要用塑料布包裹,以防止泥土進(jìn)入管內(nèi)。
5)鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,不得中斷;拆卸鉆桿時(shí)要保持鉆桿伸入下節(jié)有100 mm以上的搭接長(zhǎng)度,以免樁機(jī)脫節(jié)。鉆機(jī)發(fā)生故障時(shí),應(yīng)立即停止提升鉆桿和旋噴,以防止斷樁,并應(yīng)立即檢修排除故障。
6)水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格按預(yù)定配合比制作,為防止灰漿離析,放漿前必須攪拌30 s再倒入存漿桶。
7)壓漿階段不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象,輸漿管道不能堵塞,全樁須注漿均勻,不得發(fā)生夾心層。
8)在噴漿過程中往往有一定數(shù)量的土粒沿著注漿管壁冒出地面,如冒漿量小于注漿量的20%,可視為正?,F(xiàn)象,超過者或出現(xiàn)不冒漿時(shí),應(yīng)查明原因,采取相應(yīng)的措施。冒漿量過大通常是有效噴射范圍與注漿量不適應(yīng)所致,可采取提高噴射壓力、適當(dāng)減小噴嘴孔徑、加快提升和旋噴速度等措施,減小冒漿量;不冒漿大多數(shù)是地層中有較大空隙所致,可采取在漿液中摻加適量的速凝劑、縮短固結(jié)時(shí)間或增大注漿量等措施,填滿空隙后,再繼續(xù)旋噴。
1)高壓旋噴樁注漿完畢,水泥漿達(dá)到初凝的時(shí)間后,抽出井管內(nèi)壓板以上的殘留水,并及時(shí)觀測(cè)井管內(nèi)的水位深度或標(biāo)高的變化情況。一般觀測(cè)2~4 h后,井管內(nèi)的水位無明顯的升高,說明注漿的效果較好。
2)頂層鋼筋與底板主筋焊接,雙面焊長(zhǎng)度不小于5d(d為鋼筋直徑),單面焊接長(zhǎng)度不小于10d。
3)澆筑完成后安排人工灑水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)不小于28 d。
4)封完井后要嚴(yán)格做好封井效果的檢驗(yàn)工作,封堵后的井管如果有滲漏水現(xiàn)象,則在井點(diǎn)管內(nèi)注入聚氨酯,注漿壓力為0.5 MPa。
在對(duì)廢棄井管采取上述措施后,在整個(gè)基坑開挖全過程中,該井管口未出現(xiàn)冒水現(xiàn)象,鋼管樁側(cè)壁也未產(chǎn)生滲漏水的現(xiàn)象。觀測(cè)井的數(shù)據(jù)顯示,整個(gè)基坑內(nèi)的水位正常,說明本次廢棄井管的處理是安全可靠的。
方案通過簡(jiǎn)單的預(yù)處理來封閉廢棄井管以保證基坑開挖安全,將常規(guī)封井的工藝安排在底板完成后再進(jìn)行,避免了因基坑開挖時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致的支護(hù)變形,同時(shí)又滿足了現(xiàn)場(chǎng)空間狹小的施工條件。
基坑開挖過程中廢棄井管的處理是較為困難的作業(yè),傳統(tǒng)處理方法較難在受限空間使用,且容易影響基坑開挖進(jìn)度,增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。本文介紹的地下廢棄井管處理技術(shù),為解決上述問題提供了一種安全可靠、施工簡(jiǎn)便、成本低廉的路徑。希望通過本文的介紹能為類似工程提供借鑒,并進(jìn)一步推廣該技術(shù)。