安全及沉降

安全及沉降（精选7篇）

安全及沉降 篇1

0 引言

地铁工程施工引起的地表沉降可能危及周边建 (构) 筑物和地下管线等的安全, 造成严重的经济损失和社会影响。地铁一般都会下穿城市中心区域, 不可避免下穿越既有铁路, 区别于其他静态荷载地面建筑物, 铁路还具有冲击荷载特性。因此, 控制地表变形, 对工程的顺利实施和铁路运营安全极为重要。

1 下穿既有铁路线范围地铁施工管理目标

地铁近距下穿越既有运营铁路线, 主要保证既有铁路的运营安全和地铁施工安全。首先确定既有铁路线各种沉降控制指标值, 以此为控制值, 对地铁各施工步骤进行有效管理。

2 既有铁路与地铁结构的互相影响分析

地铁施工产生地层变形, 这种扰动传播到既有铁路上对其造成影响, 同时既有铁路对新建地铁也将产生一定程度的影响, 主要体现在列车运行时的冲击荷载和机车的振动对土体开挖和衬砌结构施作的影响, 这种影响通过上覆土体传播到新建地铁结构, 不仅增加衬砌支护结构荷载, 而且进一步加大地层的变形, 进而会对既有铁路结构产生更大的影响。地铁工程施工和安全措施不利将导致铁路和地铁结构同时发生质量和安全缺陷 (图1) 。

根据影响预测分析, 选取合理的施工方案应该对既有铁路影响最小。

3 不同地质条件下地铁施工方案的选择

在选用施工方法时还应考虑下列因素:

(1) 队伍因素:应考虑选择施工素质和施工装备水平高的队伍。

(2) 地质因素:围岩级别对施工方法的选择起着决定性的作用。

(3) 埋深因素:分为浅埋和深埋两类。

(4) 环境因素:当隧道施工对周围环境产生不良影响时, 环境条件成为选择隧道施工方法的重要因素之一。

结合这些因素, 在选择地铁施工方法时加强以下要点:

(1) 根据地层情况、地面既有铁路线特点及机械配备情况, 选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。

(2) 为缩短下穿施工时间, 应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二衬作业的配套机具。

(3) 加强施工过程的监控量测与信息及时反馈。

(4) 应严格执行隧道施工“十八字方针”。

(5) 组织技术素质高的综合工班进行倒班循环作业, 以提高质量和速度。

4 施工及控制沉降的主要措施

辅助施工方法分为:改良整体围岩性质和改善掌子面上方围岩为目的的两大类。

改良整体围岩的辅助施工方法三种方法: (1) 注浆法; (2) 冻结法; (3) 垂直锚杆法。

改善掌子面上方围岩的辅助施工方法包括: (1) 管棚法; (2) 水平高压旋喷法。

下面以工程实例介绍地铁下穿铁路开挖施工方法及控制沉降的辅助措施。

4.1 工程简介

本工程名称为长春市轻轨三期地下铁工程, 环境安全风险点主要表现为:暗挖隧道下穿长春站东货场、北伪区间下穿哈大铁路、长吉铁路。

4.1.1 哈大铁路, 双线

穿过里程为:右K2+130、左K2+180, 穿过夹角在45°, 涉及轨缝10个, 穿过夹角在45°, 每段轨长为25米, 铁路线为直线;右线中线处有一处道岔。道床为宽5.2米, 高0.67米;覆土厚6.7米, 以砂粘土为主。

4.1.2 长吉铁路, 单线, 穿过里程为:

右K2+145、左K2+210, 此处铁路为曲线铁路, 涉及轨缝5个, 每段轨长为25米, 道床为宽5.2米, 高0.67米;覆土厚8.6米, 以砂粘土为主。

4.2 施工方法

4.2.1 洞内支护情况

下穿铁路段采用浅埋暗挖台阶法开挖, 为控制地表及铁路沉降, 保证铁路的安全、超前支护采用准108钢管, 并注浆加固掌子面、地表及侧墙地层, 采用三层结构形式, 即由喷混凝土、网构钢拱架、钢筋网组成的初期支护与模筑钢筋混凝土组成。

隧道初期支护采用喷C25喷耐腐蚀混凝土 (厚35cm) 、格栅钢架 (全环设置, 间距50cm) 、准6钢筋网 (全环设置) 组成的联合支护体系。在隧道过铁路段的喷射钢纤维混凝土中, 里程段为左线K2+172~K2+220, 共计48m, 右线K2+120~K2+154, 共计34m。

4.2.2 洞身开挖方案

暗挖隧道采用台阶法施工, 施作完成管幕或管棚和全断面预注浆加固、洞内、吊轨加固措施后, 采用台阶法施工, 预留核心土, 开挖上部主要以人工开挖, 下部以人工配合机械开挖, 拱部开挖预留60mm的沉降量。

4.3 控制沉降的主要技术措施

4.3.1 开挖前控制沉降技术措施

采取周边帷幕止水注浆, 减小地下水渗漏对开挖造成的危害, 拱部帷幕注浆采用膨胀性浆液挤密拱部土体使其在隧道开挖前形成自稳定的拱;同时采用准108超前大管棚作超前刚性支护, 更有利于控制拱顶沉降;对围岩采取全断面注浆加固土体, 提高掌子面的稳定性能。

4.3.2 开挖支护控制沉降技术措施

开挖完毕后快速进行初期支护并封闭成环, 保证钢拱架拱脚着力点填充密实 (严禁垫虚渣) , 跟踪注浆加固到位;拱脚严禁水泡软化。以短进尺、及时初喷封闭围岩为原则开挖。

4.3.3 注浆控沉技术措施

因施工影响第一层初期支护与围岩之间不可避免的存在一定的空隙, 为控制围岩松动区扩大引起地表沉降, 初支完成后及时进行初支背后回填灌浆, 回填灌浆最多滞后掌子面3m。

4.3.4 小导管加固控制结构沉降

在仰拱强度达到设计强度时及时进行地基加固注浆, 按设计预留准42mm注浆小导管。

4.4 重视加强监控量测

我们采用Ⅲ级监测管理并配合位移速率作为监測管理基准, 即将允许值的80%作为警告值, 允许值的50%作为基准值, 将警告值和允许值之间称为警告范围, 监测的Ⅲ级管理如表1所示。

表中:U0—实测位移值, Un—允许位移值.

5 结束语

深孔预注浆施工和超前管棚施工等辅助措施, 在下穿越既有铁路线时起到了决定性作用, 保证在地铁开挖过程中围岩的稳定, 根据现场监控量测数据有效的指导现场施工, 经过多种方法有效的结合, 包括地铁锚喷支护及超前小导管注浆等, 保证隧道结构整体稳定, 减少对既有铁路线的影响, 保证铁路线正常运行, 为以后类似工程提供一些借鉴。

摘要：依托地铁暗挖隧道下穿既有铁路的工程实例, 对地下暗挖施工与地上铁路的安全影响进行了分析, 根据铁路规程、规范对铁路轨道沉降的要求, 总结采用地层加固措施可有效减小轨道沉降, 对地层加固、暗挖施工、监测等方面提出了控制要求。

关键词：地铁,下穿铁路,安全及沉降,控制方法

参考文献

[1]TB 10305-2009, 铁路工程轨道施工安全规范[S].

[2]GB 50299-1999, 地下铁道施工及验收规范[S].

[3]午向阳, 蒋宗全, 李鹏飞, 张顶立.大断面隧道下穿高速公路施工方案优化研究[J].铁道建筑, 2011 (11) .

安全及沉降 篇2

为了确保铁路客运专线路基施工的顺利实施, 需要对其沉降变形进行实时、动态监测。然后, 根据外业监测数据估算路基的预期沉降量, 从而确定轨道结构的施工和铺轨时间。此外, 合理的沉降推算与沉降现场观测结果结合还可作为工后沉降和发展趋势的评价依据。为此, 本文详细阐述了铁路客运专线路基沉降观测的内容及实施过程, 并对现有的沉降预测模型进行了论述分析。

(二) 路基沉降观测

路基沉降观测内容一般包括:地基沉降观测、路基面沉降观测、过渡段不均匀变形观测、路堤边坡及坡脚位移观测、路堤填土分层沉降观测等。

路基沉降观测以地基沉降观测和路基面沉降观测为主。路基面沉降是评估路基工后沉降是否满足铺设无砟轨道技术条件的依据, 因此, 路基面沉降和地基沉降观测中又以路基面沉降为主。

1. 地基沉降观测

非岩石地基, 一般均应进行地基沉降观测。地基沉降观测可采用沉降板、剖面沉降管、位移计等方法进行监测。其中, 沉降板简单、实用、可靠, 是常用的地基沉降观测方法, 地基沉降观测沉降板的埋设如图1所示。

地基沉降观测断面布置应符合以下原则:

(1) 不同路基类型、不同路堤填高、不同地基加固工程的每一段路基应布置不少于2个观测断面;

(2) 地基沉降观测断面的间距一般不大于50m;

(3) 对于地势平坦、地基条件均匀良好、高度小于5m的路堤或路堑可放宽到100m;

(4) 对于地形、地质条件变化较大地段则应适当加密。

2.路基面沉降观测

路基面沉降数据是确定路基工后沉降是否满足无砟轨道铺设技术要求的依据。路基地段均应进行路基面沉降观测。路基面沉降观测采用观测桩法进行观测, 其观测桩位埋设如图2所示。

路基面沉降观测断面布置应符合以下原则:

(1) 路基面沉降观测断面间距一般不大于20m;

(2) 对于地势平坦、地基条件均匀良好、填料相同且高度小于5m的路堤或路堑可放宽到100m;

(3) 对于地形、地质条件变化较大地段则应适当加密。

为便于路基工后沉降的预测与评估, 路基面沉降观测断面尽量与地基沉降观测断面布置在同一断面。

3.过渡段不均匀变形观测

路基过渡段不均匀变形是否满足无砟轨道铺设技术要求, 必须通过沿线路纵向的连续的沉降观测进行判断或评估。路基过渡段不均匀变形可以采用连续的路基面沉降观测, 也可采用沿线路纵向布置剖面沉降仪进行观测。

路基过渡段不均匀变形采用连续的路基面沉降观测时, 观测断面间距宜加密至5m。路基过渡段不均匀变形采用剖面沉降仪观测时, 剖面沉降管应在路基过渡段范围内连续布置, 一般采用对角线方式布置, 详细的观测桩位埋设见图3所示。

4.沉降监测控制网

在进行客运专线路基沉降观测前, 应布设沉降监测网。该沉降监测网以二等水准点为基准建网, 按二等水准测量精度施测, 采用施工高程控制网系统。变形测量点分为基准点、工作基点和变形观测点。其布设应符合下列要求:

(1) 沉降监测网应设置不少于4个稳固可靠的基准点, 且基准点的间距不宜大于1公里。尽量利用深埋水准点, 使用时应作稳定性检查与检验, 以稳定或相对稳定的点作为测定变形的参考点。

(2) 工作基点应选在比较稳定的位置。工作基点间距不宜大于500m。

(3) 变形观测点应执行《客运专线无砟轨道工程测量暂行规定》 (铁建设[2006]189号) 标准, 尽量与建设单位协商, 共用监测点。

(三) 沉降量的估算

目前, 沉降量的推算主要采取的是实测沉降估算的方法, 其中又包括双曲线法、三点法 (对数曲线法) 、沉降速率法、星野法及修正双曲线法等。

1. 双曲线法

假设沉降的平均速度以双曲线形式减少, 则可以得到沉降量估算的经验公式。设初始沉降量为S0 (t=0) , 则任意时刻t的路基沉降量St可通过下式进行计算

式中:t为时间, α, β是从实测数据求得的系数。当t→∞时, 最终沉降量为

2. 对数曲线法

对数曲线法的沉降估算公式如下

式中:a为待定参数, 可通过实测数据获得。

3. 沉降速率法

根据实际的监测数据计算, 确定地基沉降速率, 具体的计算公式如下:

通过沉降速率的推算, 便可计算出满足工后沉降所需的预压时间t时刻对应的沉降速率, 以此作为控制路基沉降稳定与否的依据。

(四) 结论

路基沉降观测是以地基沉降观测和路基面沉降观测为主要内容, 对其进行实时动态的监测可有效地保证工程施工的安全和进度。本文根据实际工程的需要, 详细介绍了铁路客运专线路基沉降观测的实施方法及预测模型。

摘要：路基沉降及工后沉降是客运专线路基工程重点研究的内容, 路基工程质量的成败也主要取决于对路基沉降及工后沉降的控制。文章阐述了铁路客运专线路基沉降观测的主要内容及实施过程, 并对现有的沉降预测模型进行了论述分析。

关键词：路基,沉降变形,沉降估算

参考文献

[1]Ril.800德国铁路无碴轨道施工规范 (AKFF) .

[2]赵国堂.高速铁路无碴轨道结构[M].北京:中国铁道出版社, 2006.

[3]许江南.市政道路工程软土地基三种最终沉降推算方法的比较[J].浙江水利科技, 2000 (1) .

路基沉降的原因及处理措施 篇3

路基是路面的基础, 路基不均匀沉降必然会引起路面的不平整, 导致路面产生许多病害, 主要表现为坑凹、起拱、波浪、接缝台阶、碾压车辙、桥头或涵洞两端路面沉降、桥梁伸缩缝的跳车等, 不仅难以满足汽车高速行驶的要求, 而且还会增加汽车的燃料消耗和轮胎磨损, 加大运输成本, 增加运输时间, 降低社会经济效益甚至危及行车安全。

1 路基不均匀沉降的原因

1.1 路基填土压实度不足

1) 在施工过程中受到各类实际条件的制约。在路基施工时, 由于天气干燥, 使局部路堤填料的粘土土块粉碎不均匀, 导致路基压实度不足;在对构件采用暗埋式施工时, 由于构造物的长度受到限制, 促使路基边缘无法进行超宽碾压, 从而导致路基边缘的压实不足;未能对加减速车道及行车道进行同时施工, 在拼接处理时存在缺陷, 导致接缝处的压实不足。

2) 考虑到施工安全和进度, 使得压力或压力作用时间不足, 路基压实不充分, 致使路基压实度达不到规范要求。

3) 由于填方土体的最佳含水量控制不好, 压实效果达不到规范要求。

4) 在填方路堤施工中, 当路堤施工到一定高度以后, 路堤边缘土体往往存在压实度不足问题。

1.2 路堤填料不均匀, 控制不当

在公路施工过程中, 对填料、级配很难进行有效的控制。填料常常是开挖路堑、隧道掘进产生的废方, 这些填料性质差异大、级配也相差很远。一方面, 在施工过程中, 如果分层碾压厚度过大, 小颗粒填料和软弱物质很难得到有效压实, 在荷载的长期作用下, 回填料会产生不协调沉降变形, 路面会产生局部沉陷, 刚性路面还可能产生裂纹。另一方面, 由于回填料的性质不一样, 特别是有的回填料具有膨胀性, 在路基排水系统局部失效后, 水的渗入会使路面局部隆起, 影响行车舒适度, 严重的会使路面破坏。

1) 采用稳定性相对较差的路堤填料, 例如高液限粘土、粉质土或运用淤泥、腐殖质含量较高的土料对路堤进行填筑, 造成路堤出现整段或局部变形。

2) 在运用不同土质进行路堤填筑时, 由于土质的性质不同, 所采用的填筑方法也大不相同, 在碾压成型以后出现不均匀沉降。

1.3 设计方面存在的原因

设计方面主要包括断面尺寸的不合理, 边坡取值不当, 在排水、加固及防护上设计不合理, 在高填方路堤段为进行稳定性验算, 未能对施工工艺、填筑材料进行信息说明等等。

1.4 地下水的影响

在地下水的交替作用下, 路基土体内含水量反复变化, 土体容重在一定范围内波动, 更为重要的是由毛细管张力引起的负孔隙水压力可以达到相当的数值, 再加上水的软化、润滑效应, 可以使土体产生沉降变形。路基或地基中地下水的动态特征对路基不均匀沉降影响很大, 路堤及其地基中的地下水主要补给来源有三种类型, 即地下水侧向补给、降雨补给、地表水侧向补给。其动态变化及潜蚀作用影响到土体中的有效应力分布、土体的结构特征和土体强度, 从而导致路基的不均匀沉降。

2 高速公路路基沉降超过设计允许值造成的危害

公路路基的质量通病通常表现为路基的整体或局部出现不均匀的沉降现象;路基纵向或横向开裂;路基滑移或边坡坍塌等现象。在各类质量通病中, 大多数原因都主要由路基沉降发展来的。一旦超出设计允许值, 路基沉降就会对道路的整体性能及使用功能造成较为严重的损害。例如:在软土地基上进行路基填筑时, 若软土层出现滑动或挤压, 就会促使路基失稳, 导致路面逐渐出现变形;在荷载作用下, 地基出现的不均匀沉降都会导致路面结构及功能出现损坏, 促使路面的使用质量降低;在路基与桥梁等构造物连接的位置出现差异沉降, 不仅会对结构物的安全造成直接影响, 而且桥头跳车还会导致车辆出现剧烈调动, 给行车的平顺及乘客的舒适度造成影响, 严重情况下会导致交通事故出现。所以, 对路基沉降进行防治, 能够促使公路的使用品质得到提升, 而且还促使公路的使用寿命得到增加, 尽可能地将路基沉降减少。在施工过程中, 应加大对设计及施工阶段的控制, 促使施工后的沉降及不均匀沉降减少。

3 路基产生沉降的处理措施

3.1 施工前的控制措施

1) 制订控制标准。制订控制标准是进行工后沉降控制的基础, 在施工前应根据设计规范要求的沉降值以及具体可能采用的施工工艺制订好沉降控制标准。

2) 加强地质普查。在施工前根据设计文件, 除对软土地段地质情况进行核查外, 还应对其他地段进行地质调查, 并要求所有路基基底均应进行贯入试验, 当试验值不能满足基底要求时, 应及时与设计部门联系, 采取相应的基底加固措施, 以确保路基基底承载力满足设计要求。

3.2 路堤填筑前原地面处理

1) 在对路堤进行填筑之前, 首先应对原地面进行处理, 当路堤的天柱高度低于1m时, 应对路基范围内的树根及杂草进行清除。若基底的表层土属于腐殖土时, 通过采用挖掘机或人工的方式对表层土进行清除换填, 其厚度应按照实际情况进行确定, 并按照规定进行压实。当路基经过耕地时, 应在路堤填筑施工之前, 对30 cm的边土进行预先清除, 由于表土在表土剥离以后, 其含水量较高, 为了使基层的压实度达到设计要求, 应通过及时的翻松、晾晒及含水量检测的方式来使其含水量处于最佳状态, 并进行碾压, 使其达到要求的压实标准。

2) 坡面基底处理。当坡面较小 (横坡>1∶5) 时, 只需清除坡面上的表层, 其处理方法同上;但坡度较大 (横坡>1∶5) 时, 应将坡面做成台阶, 以防止路堤的滑移。台阶的尺寸, 依土质、地形和施工方法而不同, 一般宽度不宜<1 m, 而且台阶顶面应做成向堤内倾斜3%~5%的坡度, 并分层夯实。每层都严格控制厚度、压实度、拱度和平整度, 并进行检测, 当所有台阶填完之后, 可按一般填土进行。

3.3 路堤填料处理

路堤填料一般应采用砂砾及塑性指数和含水量符合规范的土, 不得使用淤泥、沼泽土、冻土、有机土、含草皮土、生活垃圾及含腐殖质的土。对于液限>50, 塑性指数>26的土一般不宜作为路基填土。在特殊情况下, 受工程作业现场条件限制, 必须使用时, 可作如下处理:

1) 控制最佳含水量。为了保证土料在最佳含水量时达到最佳压实度, 可通过翻晒或是洒水来实现。

2) 采用不同土质填筑路堤时, 应注意以下几点: (1) 层次应尽量减少, 每一结构层总厚度不<0.5 m, 不得混杂乱填。 (2) 透水性差的土填筑在下层时, 其表面应做成一定的横坡 (一般为双向4%横坡) , 以保证来自上层透水性填土的水分及时排出。 (3) 合理安排不同土质的层位, 一般采用优良土填在上层, 强度较小的土填在下层。 (4) 在不同的地质填筑的路堤交换处应做成斜面并将透水性差的土填在斜面的下部。

3.4 其他注意事项

1) 对填土的含水量进行严格控制, 确保施工时的最佳含水量保持在1%~2%。在压实施工时, 尽可能将土方的含湿量与最佳含水量接近, 避免在压实的过程中出现含水量低于最佳含水量, 导致土粒间的润滑作用不足, 难以达到最大密实度的要求。若含水量大于最佳含水量时, 会由于水分过多, 促使土粒呗水膜包围, 而出现分散较远, 最终不能达到最大密实度。

2) 加强路基边部压实。在对土方路堤进行填筑的过程中, 由于路基边坡的压实困难而造成对边坡的压实工作进行忽略, 为了使边坡的压实强度得到保证, 采用J型手扶式振动夯来进行压实, 使路基的整体稳定性得到保障。

3) 注意不良地质段的施工。对于不良地质地段一定要清理软弱层, 设计给定不足部分也要清理, 然后换填透水性材料, 低填方路段要注意满足路基工作区的要求, 有必要时要设置砂砾隔离层, 路基深度、宽度高度都必须到位, 不留丝毫隐患。严格按照设计的各种地基加固处理措施方案和规范要求进行施工, 对于设计方案与实际不符, 要及时找设计单位提出变更设计, 避免在地基处理方面因设计与施工造成的路基沉降。

4 结语

公路施工中, 在对软土地基沉降进行控制时, 应采用因地制宜的方法, 运用合理有效的控制措施进行施工。通过沉降监测不仅对公路的控制成效进行检验, 而且对日后施工积累了丰富的参考经验。

摘要：作为公路施工中重要的组成部分, 路基要承受来自路面传来的各类荷载, 所以, 应确保路基具有足够的强度、稳定性及耐久性。但在公路工程中最难以避免的则是路基沉降的产生。文章对路基沉降的原因进行分析, 并对路基沉降的影响因素及措施进行了探讨。

建筑物沉降及加固分析 篇4

在建筑物出现沉降问题后, 要对其地基基础进行加固, 以使建筑物能够恢复其安全及使用功能。同时对既有建筑物的加固还能够相应的提高土地使用率, 扩大使用面积, 提高建筑物的使用寿命, 改善使用条件, 满足生活需求, 同时对改善市容和节能环保也有很重要的作用[3,4]。

1 工程实例

1.1 工程概况

海口某建筑为一栋10层住宅楼, 地下一层, 地上十层, 建筑的主体高度为31.65m。该建筑的结构类型为钢筋混凝土剪力墙结构, 基础采用平板式筏型基础, 筏板厚度为800mm, 在抗震墙下设置暗梁, 板底标高均为-3.30m, 筏板边挑出距离均为1000mm, 配筋为双层双向18@200 (HRB400级) , 其建筑平面图如图1。

1.2 场地工程地质分层情况

根据勘察报告以及地层岩性特征和沉积新老关系可将建筑场地自上而下划为5个岩土工程层。具体如下:

(1) 层素填土:填料为粉土质砂, 稍湿, 褐色, 松散分布于场地大部。

(2) 层中砂:颗粒为石英质, 呈次圆状, 浅黄色, 松散分布于全场地。

(3) 层淤泥质粉质粘土:上部流塑, 下部软塑, 灰黑色, 具有泥嗅味, 分布于全场地。

(4) 层砾砂:粗粒为主, 也含有中粒及细粒, 灰黄色, 分布于全场地。

(5) 层粉质粘土:可塑、硬塑, 局部已半固结成岩, 灰绿色, 分布于全场地。

勘察期间, (1) 、 (2) 、 (4) 层为含水层; (3) 、 (5) 层为相对隔水层。地下水对混凝土结构具有微腐蚀性, 在干湿交替或长期浸水的条件下, 对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。

1.3 工程沉降及其原因分析

由楼房施工到封顶过程中的地基沉降观测记录可以发现, 该建筑沉降量较大并且不均匀沉降仍在继续, 而且地基变形也尚未趋于稳定。因此需要立即对导致该建筑物不均匀沉降的原因进行分析, 设计出合理的地基加固方案, 从而阻止其不均匀沉降的继续增大, 以免最终导致建筑事故的发生。

根据勘察报告知, 本建筑物楼座基础下存在7~14m厚的深厚淤泥质土层, 对后期的沉降不利。并且该项目拟建场地第 (3) 层为欠固结淤泥质粉质黏土, 采用水泥土搅拌桩法进行地基处理并不符合《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002第11.1.1条“水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土”的规定[5]。分别对该建筑物的桩及桩间土进行钻孔取芯, 以观察其成桩情况。桩及桩间土照片分别见图2及图3。

由图可知水泥土搅拌桩并未形成稳定固结体, 与淤泥质粉质黏土层结合部分, 桩身不完整, 不均匀, 仅浅部胶结稍好, 局部形成了较稳定固结体, 桩体较完整, 呈短柱及碎块状, 下部未见明显水泥土搅拌后改良的胶结体。由此可知水泥土搅拌桩法是不合理的, 从而止沉加固是非常有必要的。

2 建筑物止沉加固处理

地基基础的加固技术大致可分为两类, 即地基土的加固和地基基础的托换。由于在本建筑中成桩效果并不好, 因此考虑为地基基础的托换。而地基基础的托换技术又包括注浆加固基础法、扩大基础底面积法、坑式托换法、坑式静压桩托换法、树根桩法、灌注桩托换法、抱柱静压桩法以及锚杆静压桩托换法[6]。其中锚杆静压桩成桩工艺对既有基础及地基扰动小, 成桩速度快, 止倾减沉处理效果直接, 较为适宜该工程工况, 因此选用该方案。

根据拟加固工程现状, 以及方案比较和现场试桩, 采用软土复合桩基加固方案, 减沉桩采用钢管桩, 桩径为φ250mm, 桩端开口, 桩长约17m, 桩端落在 (4) 层砾砂层, 桩位布置图见图4。

3 沉降观测及效果分析

在施工过程中, 对建筑物进行沉降观测, 其中观测点布置图见图5, 在采用钢管桩进行加固处理时, 加密测量次数, 测量结果图见图6。

由沉降测量曲线图可知, 建筑物自施工至封顶过程中即出现较大沉降, 且沉降尚未有稳定的趋势, 经采取锚杆静压桩法进行托换后, 沉降曲线趋于稳定, 说明此次的加固措施是合理且有效的。

4 结论

4.1 由钻孔取芯结果可知, 本建筑物的成桩效果并不良好, 通过查阅《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002的相关规定可知, 水泥土搅拌桩并不适用于欠固结淤泥质粉质粘土。

4.2 由沉降测量曲线图可知, 建筑物初始沉降严重, 且沉降尚未稳定, 必须进行加固处理。而自钢管桩托换后沉降逐步趋于稳定, 从而可知锚杆静压桩法托换是可行且有效的。

4.3 锚杆静压桩成桩工艺对既有建筑物地基基础扰动小, 成桩速度快, 止倾减沉处理效果好, 是一种经济合理的地基基础加固方式。

参考文献

[1]翟渊博, 赵伟, 黄香山.不均匀沉降对高层建筑的危害分析及治理研究[J].陕西建筑, 2007 (11) :39-41, 38.

[2]刘皓, 张思渊, 张学鹏.地基不均匀沉降的危害及防治[J].中国水运 (下半月刊) , 2010 (9) :220-221.

[3]滕延京.既有建筑地基基础改造加固技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[4]张永钩, 叶书麟.既有建筑地基基础加固工程实例应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[5]中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范 (JGJ79-2002) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

细砂土地基基坑降水及沉降观测 篇5

一、基坑水体环境及降水土体变化

C2核岛基坑北面516 m有150 m宽、4 m深, 东西流向的运河, 东面有2100 m长、30 m宽、5 m深的水渠。平时地下潜水及各河流季节性互补, 水位基本趋于平衡。核岛基坑地基土为细砂土, 易流动, 且致密。降水时, 失水使细砂土颗粒间孔隙水压力消散或转移, 打破了原有的力学平衡, 细砂土体有效应力增大, 同时降水引起的定向河流补水渗流及降水井管周围的渗流发生, 会对其中的细砂颗粒形成渗透水压, 在这两种力的作用下, 细砂颗粒可能会被迫进行缓慢蠕动或压缩, 造成基坑周围的土体沉降。另外, 降水时, 在井管周围会形成一定的降水梯度, 越靠近井管, 降水梯度越大, 降水的深度越大;反之远离井管则降水梯度变小。同时降水深度越小, 这种影响能达到几千米或更远。由于细砂间潜水变化的不同, 细砂土体所受的压力也随降水梯度曲线正比变化, 土体的固化程度也会变化。因此, 位于固化程度不同的细砂土上面的建筑物就会发生不均匀沉降。

二、降水及回灌试验

为制定较准确的施工方案, 减少不均匀沉降对建筑物的破坏, 先要通过降水及回灌试验, 掌握细砂土地基条件下的地下水渗透系数、降水影响半径以及抽出含砂量等各项数据。为保证试验效果、节约成本, 可在待开挖基坑预测管井位置设置试验井, 这样在将来进行基坑降水时试验井还可加以利用。除在试验井内设置观测管外, 根据现场建筑物在试验井周围不同位置和距离设置观测孔, 最近的可以设置1 m~3 m, 最远的可在1 km以上。

经过38天6组降水与回灌试验得出如下数据:泵水含砂量:小于1/200万;渗透系数:83.54 m/d~92.84 m/d, 取89.42m/d, 这个系数比国内其他地基土质的渗透系数大很多倍, 是细砂土地基的特殊体现之一;降水影响半径:核岛基坑降水最大降深为9 m。当降深为9 m时, 约为850 m;水力坡降:为“漏斗形”, 且逾接近井点逾陡;地下水位的临河效应比较明显。从回灌试验数据可以看出, 单井抽水和单井重力回灌不能保持回灌井一侧的潜水位;当压力回灌在回灌流量大于抽水流量的50%时, 则可保持回灌井一侧的潜水位, 但井中压力随着时间逐渐增大, 回灌流量逐渐降低;当回灌流量低于抽水流量的50%时, 回灌井一侧的地下水位受控于抽水井的影响半径, 依然呈现出整体逐渐下降的趋势。

三、降水方案

当降水和回灌试验结束后, 根据试验数据, 制定了“C2核岛基坑降水方案”, 确定了井点数量及布置方式。由基坑涌水量公式及单井抽水量计算的井点数量, 根据潜水性质及水力坡度曲线, 可对核岛基坑周围的管井做出如下布置:一是在潜水流上游加密;二是在降水大的部位多布置降水井;三是在不影响施工的前提下尽量靠近基坑布置井点。

四、沉降观测

基坑降水引起的不均匀沉降是正常情况下整个工程建设中最可能引起破坏的沉降, 尤其在这种均质细砂土的地基条件下。根据现场降水试验数据得知, 当降深为9 m时, 影响区域约为850 m。所以C1核岛、汽轮机厂房等建筑物均在不均匀沉降区, 因此必须对基坑降水进行调节和控制, 以保证降水引起的不均匀沉降对建筑物不构成破坏。

1. 降水及回灌过程观测与调节

C2核岛基坑降水的原定施工方案是在基坑降水的同时, 通过回灌等措施使得周围建筑物 (主要为一期核电站核岛、汽轮机厂房及开关站等旧有建筑) 地下原水位保持不变。但是根据水位观测数据显示, 回灌效果达不到预期目标, 经分析原因有两点:一是地下管道、管廊等地下建筑对回灌加压密封不利, 即使将回灌透水滤管顶端放在潜水位以下, 并用系统管网方式进行回灌, 依然不能满足要求, 毕竟细砂土的渗透系数太大, 土体很难完全封闭;二是回灌井周围潜水层随回灌时间逐渐呈“回灌饱和状态”。这两个原因导致回灌效果不理想, 致使原有建筑物地基水位依然下降, 相应地产生了不均匀沉降。后来试图在C2核岛基坑环形道外侧打入钢板桩, 减少潜水从C1流向C2, 又由于细砂层非常密实、磨擦系数大, 试打钢板阻水也宣告失败, 而其他的截水帷幕方法在这种土质下, 造价势必很高, 工期要求亦不允许, 最终导致原有降水施工方案预期目的无法实现。但是通过对沉降观测数据分析, 发现原有厂房的不均匀沉降并不多, 远不足以引起破坏。据国内专家分析, 原有建筑物下面的细砂土因为颗粒细小、致密, 地基由于建筑物静载等原因, 可能已经有了很大程度上的固化, 因此水位下降后, 地基沉降的才少些。

2. 对基坑降水中沉降观测的分析

(1) 沉降观测的目的。通常所讲的沉降观测就是察看基坑降水的时候是否引起基坑周围建筑物的不均匀沉降。基坑降水会持续抽取庞大的地下水以保证原水位以下工程的顺利进行, 即使用回灌、设置截水帷幕等措施, 由于种种原因也很难阻止基坑周围建筑地基处水位下降。一旦建筑物地基土固化或土体受力不均, 不均匀沉降自然会随之产生, 所以严格杜绝不均匀沉降是很难实现的。我们的目的是在不能导致基坑周围建筑物的破坏前提下, 最大限度地控制不均匀沉降。

(2) 加强沉降观测的数据分析。目前在施工中通常采用的方案是将沉降量的警戒值和最大限值都事先计算出来, 根据实际观测所得数值与之比对, 若沉降量超出警戒值, 则需要停止降水, 这种做法很被动, 也很容易出现各种问题。从C2核岛基坑降水沉降观测可以看出对沉降观测数据分析的重要性, 但对数据进行分析并不仅仅是看不均匀沉降的现状, 还要看不均匀沉降的预测性。如果依据所得观测数据及土体变化的情况, 分析沉降规律, 并结合原有建筑结构受力情况建模, 做出预测, 然后制定整体的降水及控制沉降的策略, 随后根据后续沉降观测数据进行微调, 将是一个不错的选择。这样沉降观测所涉及到的不仅是观测数据, 还有岩土、结构方面的问题, 考虑的问题虽然多了, 但是更能主动地把握基坑降水的度, 结合水位观测指导基坑降水稳定、从容进行。

建筑软土地基沉降计算及防控技术 篇6

目前, 工程中解决软土路基变形与稳定的主要措施有如下几个方面:一、增大施工预压期, 软土地基的强度随着施工加载有所提高, 使地基的沉降尽可能地在施工期间完成, 二、增大地基排水速率, 即采用在地基中打设砂井、塑料排水板等措施, 使软土地基在给定的施工期内产生排水固结, 加快土体的强度增长;三、减小地基总沉降, 即采用桩体复合地基等措施使地基在给定的外荷载下所产生的总沉降量减小, 并提高地基的承载力, 减小工后沉降;四、采用临时过渡路面, 待路基变形稳定后, 再修筑正式路面;五、采用提高路基设计标高的方法预留沉降量。

2 常规沉降计算方法

2.1 固结沉降

在实际工程中, 固结沉降计算一般采用单向分层总和法。单向分层总和法是把地基分成若干层, 求出每一层的压缩量, 然后将各分层的压缩量叠加起来。分层总和法基本假定:

(1) 地基土的压缩变形发生在有限的深度范围内;

(2) 在自重应力下地基土的固结己经完成, 地基土的变形是由附加应力引起的;

(3) 基底附加压力是作用于地表的局部柔性荷载;

(4) 地基任意深度处的附加应力相等, 且等于基础中心点下该深度处的附加应力值。

2.2 瞬时沉降

附加沉降一般随路堤填筑高度的增加而增加, 基础明显的扰动, 这种附加沉降更大。通常根据固结沉降计算结果进行修正, 以反映附加沉降的最终沉降量。日本和中国都提出经验计算公式, 但影响因素是不全面的, 计算的瞬时沉降公式是:

式中:P—路堤底面中点的最大竖向荷载;

E—由无侧限抗压试验得到的弹性模量的平均值;

F—中线沉降系数;

B—荷载面积的直径或宽度。

3 变形防控及其影响因素

3.1 曲线拟合法

曲线拟合分为指数曲线拟合方法和对数曲线拟合、双曲线拟合等方法, 双曲线拟合方法更为常用。曲线拟合方法是假设实际曲线的不符合所选类型的曲线, 选择点的T曲线生成的曲线方程, 确定曲线的形状, 然后曲线外推法是沉降控制的结果。曲线拟合, 因为该方法容易掌握, 已被广泛应用在实践中, 使用短期沉降控制方法往往能得到满意的结果, 其缺陷源的随意性较大, S-T曲线试验不同点选择, 最后选定的控制是有一些实验结果。

3.2 数值计算方法

数值计算方法主要是指基于土体的有限元模型, 主要应用邓肯模型、剑桥模型等模型。在有限元法的基础上, 近年来还开发了人工神经网络、遗传算法和灰色系统方法, 以及在软土地基中的非正规变形计算方法。由于数值计算方法比较难掌握, 适用范围。在理论上, 数值计算方法可以达到很高的精度, 但由于其建立的概念模型和实际往往有较大的差别, 实际控制的精度相比, 曲线拟合没有非常明显的改善。

3.3 变形防控的精度及其影响因素

到目前为止, 软土变形防控的精度离实际的需要还有很大的差距。对于软土较薄、固结度较高、变形速率较小的情况, 防控结果一般较好;对于软土较厚、变形速率较大的情况, 防控结果往往与实际情况偏离, 而后者一般情况下是变形防控的重点。笔者认为影响防控精度的主要因素有3个方面。

(1) 忽视了观测期与防控期内沉降组成部分的差异。软土沉降由主固结沉降、次固结沉降及瞬时沉降3部分组成, 在软基处理的各个阶段, 各个部分在总沉降中所占比例不断发生变化。次固结变形速率比较稳定, 而主固结及瞬时沉降随不同情况发生较大的变化。主固结变形速率随固结度的增长逐渐减小, 在软土较薄的情况下, 软土的主固结完成较快, 主固结速率迅速减小, 工后沉降较小, 易于防控。在软土较厚的情况下, 软土下部的主固结速率明显滞后于上部, 主固结速率的衰减较为缓慢, 甚至成为工后沉降的主要组成部分, 工后沉降较大。

不考虑深厚软土主固结的这个特点, 容易在防控时出现较大的误差。瞬时沉降包含软土因侧胀性引起的沉降, 可以占总沉降的15%以上, 某些情况下可以占发生沉降的50%以上。瞬时沉降一般在加载结束后变形速率迅速衰减, 基本不参与工后沉降。但在软土较厚、强度较低、附加应力较大的情况下, 其衰减速率较低, 可以在工后10年以上继续产生变形, 成为工后沉降的组成部分之一, 目前的有限元法防控模型仅在加载时考虑瞬时沉降, 在建立概念模型时已出现偏差。由于沉降组成的比例随阶段不同发生变化, 致使每个阶段沉降的特征是不相同的, 曲线拟合法及数值计算法均是用前期的沉降特征对后期进行预测, 产生误差是不可避免的, 在软土较厚、强度较低、附加应力较大的情况下, 软土沉降的特征变化更为复杂, 防控的误差就更大。

(2) 沉降观测序列的长度。在条件不变的情况下, 沉降防控的精度与观测的时间长度成正比。设k为路堤填筑完成后观测时间长度与需防控时间长度的比值, 则k值越大, 防控的精度越高。如k值大于2, 则防控值精度较高, 如1<k<2, 则防控值仅在条件简单的情况下, 如软土较薄、附加应力较小的情况下, 有较高的精度, 在k<0.5的情况下, 防控结果仅可以作为定性分析的参考, 不能作为定量防控。除了沉降速率已趋于零的路段可以直接判断外, 以路堤填筑结束后1年左右的观测数据推算未来15年的变形将使防控结果极不可靠。建议工后沉降的防控期限以1年为宜, 最长不超过2年。从这个意义上讲, 目前建筑软土规范用建筑运营15年的工后沉降作为软基处理的标准是值得商榷的。

(3) 车辆动载及路面加铺的影响。建筑软土规范中写明车辆动载对沉降的影响可以忽略, 但据文献介绍及对珠江三角洲的高速建筑实际观察, 车辆动荷载对工后沉降有较大影响。在桥头处, 由于桥头跳车引起的车辆动载的冲击相当于一个额外的附加应力, 增大了桥头段的工后沉降。另外, 为消除桥头跳车而加铺的路面也加大了工后沉降。这些因素也是造成防控结果与实测发生偏差的原因。由于沉降过大, 路面经过多次加铺, 不但加大了工后沉降, 也使双曲线法防控的结果偏大。

4 结语

(1) 用分层综合法计算沉降时, 经验系数m的取值应充分参考本地区类似工程的经验, 并依据计算断面软土的特征参数及填土高度、填筑速率选取不同的数值1。

(2) 在软土较厚、填土高度较大、变形速率较大的情况下, 沉降防控偏差较大。主要原因是未能充分考虑软土变形不同阶段沉降组成及其特征的变化, 以及防控周期太长, 建议防控时间的长度尽量不要超过观测时间的长度。车辆动荷载及路面加铺是造成工后沉降防控与实测结果产生偏差的原因之一。目前建筑软土地基的沉降防控还处于初级阶段。

参考文献

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黄土路基沉降原因及施工处理措施 篇7

黄土属不成层的沉积土, 时间在第四纪后形成, 其颗粒大小介于沙粒和粘土之间。黄土有其独特的特点:湿陷性。湿陷性变形是由于路基或地基被水浸湿后引起的一种变形, 通常是局部的突然发生, 并且变形不均匀, 无论是对公路、铁路还是建筑地基都有着极大的危害。湿陷性黄土地基根据其发生湿陷后的湿陷量, 分为了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级, 地基发生湿陷的程度越大, 其湿陷等级越高, 在地基浸水后, 地基的变形情况越严重, 地上建筑的变形越加严重, 对建筑的危害也就越大。沉降原因包括:

(1) 路基压实度不足:路基土的压实度不足, 将会导致路基的不均匀沉降。黄土本身具有湿陷性特性, 在自身重力的影响下遇水就会发生湿陷, 从而使路基有纵向裂缝出现在路基的两侧。导致路基土压实度不足的原因有:

受施工条件影响。由于天气干燥, 在路基施工时导致局部路基填料土粉碎不足使压实度不均匀;暗埋式构造物限制使路基边缘不能超宽碾压, 导致路基边缘不能完全密实, 压实度不足;各车道之间施工不同步, 接缝处处理不到位, 施工完成通车后, 接缝处会出现压实度不足。

填料含水率控制不当。在湿陷性黄土地区施工时, 对于填料含水率的控制更加重要, 黄土的特性使之对于含水率更加敏感。含水率控制不当会影响路基强度, 从而使压实不充分, 达不到设计要求。

当填方土体出现压实度不足的情况时, 将导致土体自重和外加荷载的应力之和大于土体前期固结压力, 使土体发生形变, 从而改变负孔隙水压力。这些应力将引起土体有效应力的改变, 最终导致填方土体压缩形变, 破坏。

(2) 填料不均匀:对于湿陷性黄土的处理来说, 需要对地基的填料进行严格控制。控制不当, 路基填料不均匀, 路面产生局部凹陷。在施工中, 填料的级配和填料自身的原因, 导致对于填料的控制并不精确。在分层碾压的工程中, 可能由于该层填料的厚度过大, 导致该级配中较小颗粒和柔性颗粒很难压实, 在经过长期的荷载作用, 将会导致路基不规则形变。

(3) 地下水影响:由于土体自身所具有的高孔隙比的性质, 随着地下水位的变化或雨水等的影响, 使土体含水量不断发生变化, 导致土体软化并出现滑动, 使路基变形。所以在湿陷性黄土地区施工时, 一定要做好防水防护措施, 避免出现由于水位的改变而使地基出现塌陷沉降。

2、工程案例应用概况

某高速公路全长123.32km, 采用双向六车道高速公路设计标准, 设计时速为120 公里, 路基宽度达到33.5m。穿越了黄土梁区与黄土冲沟组合区、黄土侵蚀地区等。在公路里程k110+000~k119+302 区段内, 冲沟组合区与黄土台地区分布着绝大部分的湿陷性黄土。同时在区段内所分布的湿陷性黄土根据其湿陷性类型和等级达到了21 个级别。

由于不同类型的湿陷性黄土的分布, 所以在本路基处理过程中, 处理湿陷性黄土的湿陷性成为了整个公路的施工中的重点与难点。要求处理后的地基能够保证在路基受水受潮时不产生剧烈的沉降而致使路面开裂和沉降等。同时还要求路基具有一定的承载力承担路基以上的荷载。此路段中的湿陷性黄土有着不同厚度, 有的标段湿陷性土层只有6~7m左右, 这些较浅湿陷性土层路段的路基处理可以选用强夯法进行处理, 有路段湿陷性较强时, 采用2000k N·m强夯处理, 通常湿陷性不强时采用1000k N·m强夯处理。而遇到湿陷性黄土层达到10m之上的路段时, 则采用灰土桩挤密法进行处理。经过初步设计和计算, 对于不同类型和湿陷情况的湿陷性黄土分别采用1000k N·m和2000k N·m两种不同强夯方法进行施工改良以及灰土桩挤密法进行处理。

3、强夯法处理

在此路施工时, 强夯法施工采用两种不同的夯击能:1000k N·m和2000k N·m, 均采用的是相同夯锤 (重16t, 重锤锤径2.4m) , 区别为不同的夯锤下落距离, 分别为:6.25m和12.5m。两种不同的强夯法都是以梅花形分布进行夯实, 各个夯实点之间间距为1.6 倍夯锤锤径。在夯实过程中, 进行两遍夯击工序。两遍夯实之间间隔3~7 天。当单点夯击符合条件时停止夯击:最后两次的夯击平均夯击夯沉量小于5cm。单点夯实夯击过程中, 主点夯实夯击次数不少于4 次, 副点夯实夯击次数不小于5 次。最后采用600k N·m的夯击能满夯夯平, 夯点搭接为夯锤锤径的0.25 倍锤径, 以最后两次的夯实夯击夯沉量小于2cm确定单点的夯击次数。第二遍夯实夯击和最后满夯间的间隔时间为3~7 天。

4、灰土桩挤密法处理

灰土桩挤密法施工中, 采用10m长的灰土挤密桩, 成孔直径为0.7m, 有效的设计桩径大于等于0.6m。桩与桩之间的设计桩间距为1.2m, 桩点同样以梅花形进行分布。施工中为了防止相邻孔洞出现坍塌, 施工是采用间隔成孔来防止相邻孔洞坍塌。桩身采用的填料为灰土, 灰土比为3∶7, 填料通过筛孔为20mm的方孔筛进行筛选。填料前需要对孔底进行夯实, 一般夯实次数需要达到4 次以上。并且在每次填料约0.1m3后进行对填料进行夯击, 夯击次数不小于10 次, 夯锤的下落高度为5m。施工结束后在1/3 桩中心处取区间土进行检验是否满足规定要求。

5、小结

根据以上的实验结果可以看出, 灰土桩挤密法在处理过程中相对稳定, 处理较深处的土体质量要好于强夯法, 但是, 对于灰土桩挤密法的外界干扰因素较多, 施工质量并不能完全得以保证, 同时相比于强夯法来说, 施工的步骤较为复杂。强夯法对于土体的处理效果是较好的, 同时强夯法的施工工艺较为简便, 成本更加低廉, 对于施工方有利。但是强夯法对于土体的扰动较大, 施工中要严格控制强夯法对于土体扰动的问题, 不能使土体间的整体强度被破坏。同时可以看出, 2000k N·m强夯法处理效果明显于1000k N·m强夯法处理, 所以在施工的过程当中, 在控制好土体扰动的前提下, 加大夯击能量是处理湿陷性黄土较好的方法。

摘要：湿陷性黄土独特的性质湿陷性对于工程项目有着巨大的危害和影响, 对于湿陷性黄土地区地基处理显得尤为重要。在处理各类型湿陷性黄土时, 充分考虑各种情况湿陷性黄土的特性, 针对采用适当的处理方法以消除或减少湿陷性黄土的湿陷性所带来的危害和影响。

关键词：湿陷性黄土,地基处理,沉降

参考文献

[1]邓学钧.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社, 2005

[2]侯兆霞, 刘中欣, 武春龙.特殊土地基[M].北京:中国建材工业出版社, 2007