薄壁止水帷幕的设计与应用.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流薄壁止水帷幕的设计与应用.精品文档.摘 要：通过某工程实例介绍了用于城市建筑和地铁施工的薄壁止水帷幕的基本概念、特点、设计以及施工；论述了施工方法、实施步骤和关键控制点；浅析了该方法在止水效果以及工程造价等方面与其他类似方法的差异。关键词：基坑；薄壁止水帷幕；特点；工艺；设计 目前，薄壁止水帷幕这种地下连续墙与薄壁防渗墙“合二为一”的工法因具有高保障、高安全、低造价的特点，在北京、上海等地区得到应用，并将成为建筑、市政、地铁基坑等城市建设工程的主流止水帷幕和边坡支护方法。1 薄壁止水帷幕与地下连续墙的异同点1. 1 不同点1. 1. 1 配筋要求 地下连续墙作为一种边坡支护结构，自发明至今已经存在了几十年。 如果为了单一发挥地下连续墙的防涌、防渗和止水作用，其结构内可以不使用钢筋，但过去施工机械和施工工艺等均较落后，导致墙体厚度大，施工成本较高。 因此，作为基坑止水帷幕一般极少采用这种方法。 近年来，液压抓斗机机械成本降低以及施工工艺的技术进步，逐渐发展了一种薄墙体施工工艺，其特点就是在结构内部掺加了更廉价新型材料而不加钢筋，这种新的施工工法即是薄壁止水帷幕。1. 1. 2 厚度差异 地下连续墙厚度一般为600，800，1 000，1 200 mm。薄壁止水帷幕仅作为止水帷幕使用，对厚度要求是越小越好。 根据液压抓斗机的性能，目前帷幕采用的厚度多为300400 mm。1. 1. 3 材料强度 作为地下护坡结构，地下连续墙的配筋和灌注材料以及相应强度需按照有关规范要求计算求得。一般墙体的混凝土强度为C25C30。 薄壁止水帷幕主要作用是防渗、止水，其材料强度只要不低于原状土的强度即可，一般采用 C2C10塑性混凝土。1. 1. 4 功能区分 地下连续墙一般兼有防涌、防渗、止水作用，而薄壁止水帷幕的作用只是防渗、止水。1. 2 相同点 薄壁止水帷幕作为地下连续墙的一个分支，除上述不同以外，其他诸如平立面形状、施工深度、成槽设备、灌注工艺、槽段连接部位处理方法等均与地下连续墙相同。2 薄壁止水帷幕设计2. 1 设计流程（见图 1）2. 2 平面布置 薄壁止水帷幕作为一种单纯的止水结构，原则上应在支护结构如护坡桩以外单独设置。 帷幕与护坡桩外边缘线之间的净距应为300400 mm。 施工前必须仔细研究支护结构的施工记录。必要时，对于地下施工异常地段可以采取物探手段，查明情况，以防止薄壁止水帷幕施工中，由于遇到护坡桩局部塌孔产生的“大肚”对其成槽造成质量影响。2. 3 帷幕厚度 帷幕对墙体的厚度没有硬性要求，但墙体厚度主要受施工机械性能、地层特征及基坑深度等方面的影响。 1）受施工机械系统和抓斗斗体的自身限制，因为机械连接和液压系统、斗体 （如斗瓣 、斗齿 ）均需占据一定的宽度。另外，由于抓斗自身没有向下的加压功能，成槽的能力及速度均由斗体自身加上配重的质量决定，而 1017 t 重的钢结构斗体也需要一定的体积。所以目前国内最薄的墙体厚度为300 mm。 2）墙体厚度还应略厚于成槽深度范围内的地层所含最大颗粒粒径，尤其在坡积物地区、冲洪积扇地区和大坡降沟谷地带更应如此。 3）当基坑深度达到 20 m 以上时，即使按照最高规范要求成槽垂直度达到1/150，墙体下部在两幅槽段接缝位置也会产生正常错位，造成过薄的墙体产生错位缝隙。 因此基坑深度越大，墙体厚度也相应越大。总体而言，薄壁止水帷幕厚度随着墙深度增加呈如下变化：1020 m 深度的薄壁止水帷幕，墙体厚度可为300 mm；2030 m 深度的薄壁止水帷幕 ，墙体厚度可为400 mm；30 m 以上深度的薄壁止水帷幕，墙体厚度可为500600 mm。2. 4 帷幕深度 为了达到防涌、防渗的止水效果，帷幕必须插入基坑槽底以下一定深度。 当基底下一定深度范围内存在隔水层时，一般帷幕底部应进入隔水层，但该深度较大时，帷幕底部也可不进入隔水层。 以帷幕底是否进入隔水层为准，分为落底式帷幕和悬挂式帷幕。落底式帷幕应进入隔水层一定深度，插入深度应按下式1计算（但不应小于 2 m）：L = 0.2 h-0.5b。式中：L 为帷幕插入不透水层的深度，m；h 为作用水头，m；b 为帷幕厚度，m。如基底以下一定深度范围内没有隔水层，止水帷幕底也可落于透水层内。 此时作为悬挂式帷幕，插入槽底以下的深度应按维持一个合理的抽水量为准进行计算，即按照无压非完整井用水量计算，其公式2，即：式中：Q为基坑涌水量，m3；k为渗透系数；H为该地区含水层厚度，m；h为降水之后含水层厚度，m；R为降水影响半径， m；ro为基坑等效半径，m；l 为过滤器工作部分的长度，m；hm为计算深度平均值，m。2. 5 帷幕平面布局 受抓斗机械斗体张开宽度2.52.8 m 的限制 ，帷幕墙的平面形状均为直线或折线状，不能形成光滑的曲线（即使整体形状为圆形，也只能是小折线圆形）。折线最短长度为1 个斗体张开宽度即 2.52.8 m。 薄壁止水帷幕的防渗和止水作用，决定了其平面整体形状必须闭合。在基坑进出口即马道位置，墙体平面布局必须呈“凸”字型。 此种情况下，帷幕向马道外侧延伸，使最外边的墙体低于马道路面以下，形成闭合。 见图 2。2. 6 帷幕与锚杆交叉 由于薄壁止水帷幕没有配筋，无法预留穿管，因此，支护结构施工预应力锚杆时，应先采用合金钻头穿透帷幕墙体，再使用一般钻头成孔。 锚杆灌浆时必须采用二次压力灌浆2，以防锚杆部位渗漏。2. 7 帷幕材料 薄壁止水帷幕墙体不作为支护结构使用，其材料强度仅需大于原状地层强度即可。 为了增加墙身的延展性及降低接头管埋管的风险，墙体材料的强度越低越好。 施工中一般采用 C2C10 塑性混凝土，原因是：一方面增加塑性，另一方面降低造价3-4。 规范上墙身材料容许采用固化灰浆或自凝灰浆5-6。但是，由于目前国内外对上述材料的灰浆物理和化学特性还在研究中，所以难以普遍应用到实际施工中。3 薄壁止水帷幕的施工特点3. 1 适用地层 薄壁止水帷幕成槽时，抓斗机直接抓取土层使其成为槽状孔洞。铲斗设备采用2 个铲斗瓣，可将略小于墙体厚度以内的地层碎屑、漂砾等颗粒抓出。这一特点使薄壁止水帷幕施工适用的地层非常广泛，除微风化或较硬岩石外，其他地层均适用。 如：杂填土、黏土、细-粗砂、砾石、卵石、漂石等。3. 2 施工深度 施工中视地层情况适当使用膨润土泥浆护壁，可以充分保证槽孔侧壁的稳定性。 城市建筑施工中采用液压抓斗机的成槽深度一般为3050 m，港工或特殊工程更大型号的抓斗成槽深度可达70 m 以上，足以满足建筑、市政、地铁的基坑止水帷幕深度要求。3. 3 施工工艺 薄壁止水帷幕的施工多采用液压抓斗机实施。 随着成槽机械化的日臻成熟，以及自动化程度引入和提高，设备操作更加轻巧、简便；电脑控制的自动纠偏功能使成槽垂直度得到了更有效的控制。 我国水利及建筑地基规范对防渗墙（地下连续墙）的垂直度要求为不大于1/1505-7。以上功能使成槽施工过程中人为控制的因素降到最低，从而使成槽施工质量得到了更好的保证。 混凝土灌注工艺与钻孔灌注桩基本相同，差别仅在于薄壁止水帷幕灌注需同时使用23 根导管。 水下灌注混凝土工艺的历史已有上百年，成熟度很高，可以完全满足施工需要。 2 个槽段的连接缝处是地下连续墙施工中防渗和止水的关键部位，对于2040 m 深度的一般薄壁止水帷幕而言，除垂直度要求较高以外，采用较成熟的接头管法完全可以保证槽段连接缝部位的防渗和止水要求。3. 4 止水效果 作为地下连续墙的一个分支，薄壁止水帷幕完全继承了防涌、防渗、止水效果好这一特点。 与其他形式的止水帷幕相比，薄壁止水帷幕只要在施工中严格按规范执行，开挖后的补漏问题可以不必考虑，很多施工实例也证明了这一点。3. 5 环境影响 1）噪声小。 薄壁止水帷幕成槽施工使用液压抓斗机，灌注使用汽车吊，接头管起拔使用液压拔管器。 以上设备均属低噪声设备，而且施工过程中无振动，成槽时直接抓取土体，对地层无冲击、旋转等扰动，因此施工期间噪声小。 2）占地小。 由于薄壁止水帷幕宽度小，不设钢筋，设备使用和占用场地相对较小，因此，可在场地狭窄、管线密布、建筑物密集区域进行施工。 3）弃渣少。 由于采用静力抓取土体的成槽方式，出渣均为固体物，泥浆仅作为静态护壁材料使用，而且可以反复循环使用，因此，薄壁止水帷幕的弃渣量远少于采用正反循环成槽时的弃渣量。3. 6 泥浆系统 在场地条件容许的情况下，泥浆的存放、除砂可在地面泥浆池中进行。 由于不采用泥浆携渣（正、反循环）方式成槽，所以泥浆池体积就较小。 泥浆循环系统见图3。4 施工流程（见图 4）5 施工工艺 各工序施工及材料的使用应符合文献5-6、8的要求。6 应用实例 某工程位于北京市某区中心，拟建物为 1 栋地上25 层、地下 2 层的框剪结构住宅楼；±0.00 处的高程为20.85 m，槽底埋深为-8.50 m。 地层情况为：顶部 2.0 m 左右填土，下部为粉土、黏土互层，再下为粉细砂。 地下水位埋深为 4.0 m。 因不满足降水条件，需采用止水帷幕+坑内降水方式处理地下水。 止水帷幕使用 300 mm 厚、C10 混凝土的薄壁防渗墙，深度为 14.7 m，帷幕底局部进入不透水层。 边坡支护采用上部 2.0 m 土钉墙、下部护坡桩+预应力锚杆方式。 薄壁防渗墙与护坡桩之间净距为450 mm。导向墙为底部钢筋混凝土小梁，上部 25 cm 厚砖墙。护壁采用膨润土泥浆。 垂直度控制在 1/150 以内。 薄壁止水帷幕施工后，从基坑开挖后情况看，坑底土层干燥，坑壁无任何洇水、渗漏，效果显著。7 结语 在采用了半悬挂半落底式薄壁止水帷幕措施后，止水效果显著，主要表现在以下几个方面： 1）开挖时基坑侧壁无任何渗漏及洇水现象； 2）墙的垂直度满足有关规范要求； 3）施工速度快； 4）施工噪声较小 ，无振动 ，可满足在城市中心地区施工的要求； 5）国产液压抓斗施工能力一般可达深度 40 m 左右，进口抓斗可达 70 m 以上； 6）造价与地下连续墙相比大幅降低，与其他几种止水帷幕相比持平，而止水效果明显超过其他形式的止水帷幕； 7） 经现场钻孔观测，距防渗墙外 5.0 m 位置地下水位与施工前相比仅降低了1.0 m 左右； 8）基坑水平变形较小（坑底 CFG 桩施工检测期间，基坑顶部最大水平变形为23 mm），后期建筑基础施工时由于场地狭窄，大型运输车辆需紧邻基坑侧边通过，加之钢筋加工场也紧邻基坑侧边，截止至回填前，基坑顶部最大水平变形已近20 mm，这一数值接近正常桩锚支护基坑变形水平，已证明帷幕增强了支护结构的抵抗能力； 9）帷幕的抗水平变形能力较高，如果采用水利工程中的C2C3 级塑性混凝土作为墙体材料，抗水平变形能力可望进一步提高。