1 引言
在软土地层中使用管幕暗挖法施工地铁车站时,由于车站断面尺寸较大,水平开挖极易造成开挖面失稳等问题[1],常规的加固工艺无法满足施工要求,因此提出采用水平MJS工法对土体进行加固,既而需对MJS工法桩的强度、均匀性提出更高的要求。
在上海轨交12号线龙漕路站建设中,试验了MJS工法桩在软土地层内的成桩效果。试验采用P.O.42.5水泥结合常规MJS施工参数,施工2根半圆桩并进行取芯强度检测,同时采用P.O.42.5水泥和42.5P. Ⅱ抗酸水泥混合黏土及砂土制作水泥土小样进行抗压强度试验。试验结果:第一根桩在④1层黏土中芯样均匀,但强度仅0.1MPa;第二根桩在④1层黏土中芯样显示不连续性,夹泥较多,局部强度达到3.46MPa,但在⑤2层砂土中,几乎无强度,芯样不成形。
为了进一步研究满足管幕暗挖工艺要求的高强度MJS工法桩,进行新的水泥浆配比试验。有机化合物或聚合物作为外加剂在混凝土工业中广泛应用,其对水泥水化过程产生显著影响[2]。本次研究利用竖向MJS设备,采用不同水灰比,按不同比例掺入TDSCNVIVID-300(CN)超强晶核以及TDSCNVIVID-640聚羧酸分散剂,共试验8根有效长度为6m的工法桩,分别对不同材料参数的工法桩进行钻孔取芯,进行抗压强度检测,并分析成桩效果。
2 试验情况
2.1 试验区域
试验位于上海市轨道交通14号线工程桂桥路站场区内。由于桂桥路站是首次拟采用管幕暗挖法施工的车站,结合桂桥路站管幕暗挖对开挖面的加固需求进行原位MJS试验,本次MJS试验试验位置详见图1。
图1 MJS工法桩试验位置示意图
试验场地内各土层物理学参数见表1。其中MJS试验桩位于③淤泥质粉质黏土及④淤泥质黏土中。
表1 试验场地土层物理学参数
2.2 试验方案
2.2.1 布桩设计
共对8根MJS工法桩进行试验性施工:1号桩按常规参数施工,施工半圆桩,设计桩径2m,作为本次试验的对比桩,另有7根桩(2号~8号)为添加外掺剂的试验桩,施工全圆桩,设计桩径2.4m,桩间距4m,平面布桩详见图2。桩底均进入④层3m,桩顶均进入③层3m,试验场地地面标高为+4.5m,该地④层与③层交界处平均标高为-6.2m,故本次试验桩桩顶标高-3.2m,桩底标高-9.2m处,有效桩长6m。桩深位置详见图3。
图2 MJS工法桩平面布置示意图
图3 MJS工法桩剖面位置示意图
2.2.2 常规参数设计
桂桥路站MJS试验采用P.O52.5普通硅酸盐水泥,具体施工参数详见表2。
表2 桂桥路站MJS试验常规参数
2.2.3 特殊水泥浆参数设计
除常规参数外,桂桥路站MJS试验的水泥浆还采用了2种外掺剂进行试验,外掺剂分别是TDSCNVIVID-300(CN)超强晶核以及TDSCNVIVID-640聚羧酸分散剂。
TDSCNVIVID-300(CN)超强晶核是一种可促进水泥水化反应的水泥基建筑材料外加剂。它富含具有纳米结构的无机微晶与有机聚合物的杂化颗粒,可以诱发水泥水化形成 C-S-H 凝胶,降低水泥水化反应活化能,提高水化反应速率,促进硬化期强度快速发展,显著提高混凝土早期强度。
TDSCNVIVID-640聚羧酸分散剂是一种具有梳型结构的聚羧酸醚共聚物。 具有出色的减水率,能显著改善混合物的和易性,降低水泥浆黏度。
3 试验过程
2018年1月21日至1月30日在桂桥路站场区内进行MJS成桩试验。桩机就位后调整垂直度,1号桩采用φ2.8mm泥浆喷嘴,调整气、水、浆参数至设计参数,下钻杆并检查压力数据和阀门是否正常,钻杆深度达到13.7m后开始成桩,摆喷180°,泥浆采用1:1水灰比纯水泥浆,提升速度保持在5cm/min以下,提升过程中地内压力随提升高度,桩体正上方土体的重度变化随时根据地内压力系数进行调整,保证相对恒定的翻浆量及成桩桩径。
2号~8号桩施工流程同1号桩,由于泥浆水灰比小,较稠,因此采用∅3.6mm泥浆喷嘴,按360°全圆成桩,提升速度保持在2.5cm/min以下。
每根桩完成后7d进行第一次取芯,取芯位置分别位于桩中心80cm、100cm处。28d后进行第二次取芯,取芯位置分别位于桩中心100cm、120cm处。芯样长度6m。
4 试验结果分析
分别对比分析各芯样在③号土层内、③④号土交界面、④号土层内的成桩均匀性,以及平均强度。具体分析详见表3。
表3 成桩效果对比分析表
从成桩对比分析表中可以得出,1:1水灰比试验桩7d取芯无强度,28d取芯强度一般;2号~4号掺入超强晶核的MJS工法桩7d早期强度高,28d后期强度有所降低,在距离桩中心120cm处可取得有效芯样,可判断成桩的有效直径不小于2.4m,芯样强度随着水灰比的减小而有所增加;6号、7号、8号桩水灰比极小,浆液较为粘稠,容易堵塞管路,减小喷浆压力,常规工程施工中几乎无应用,通过掺入分散剂有效降低了泥浆黏度,在距离桩中心100cm处可取得有效芯样,可判断成桩的有效直径不小于2m。
综合对比分析,本次试验的3号、6号桩试验结果相对较好。采用水灰比1:1,加入10%超强晶核的配比泥浆施工的3号MJS工法桩成桩效果良好,强度高,在③④号土层交界面处有缺陷,均匀性差,芯样不连续,夹泥较多;采用水灰比0.5:1,加入0.5%分散剂的配比泥浆施工的6号MJS工法桩成桩效果好,强度高,芯样连续,夹泥现象较少,均匀性好。
5 结语
通过本次MJS成桩试验可以看出,加入超强晶核的MJS试桩强度较高,为3~3.4MPa,成桩均匀性在④号土中较好,在③号土中一般,在③④号土交界位置较差,成桩直径较大;掺入超强晶核的MJS工法桩早期强度高,后期强度有所降低;低水灰比的水泥浆掺入分散剂可有效降低水泥浆黏度,提高成桩均匀性,强度可达到2.6~3MPa,成桩桩径相对较小;相较于龙漕路试验中发生的整段桩体连续性差,强度低的情况有较大提高;本次MJS试验中3号及6号桩参数可应用于即将实施的桂桥路管幕暗挖工程中,水平管幕围护的缺陷也可利用高强度的MJS工法桩进行补强。
摘自《上海隧道》