淤泥地层（共4篇）
淤泥地层 篇1
1 工程概况
1.1 工程介绍
广州地铁8号线北延段项目 (文化公园站—白云湖站) , 线路长约16.3km, 均为地下线路。共设13座区间, 广州地铁8号线北延段承担了8号线“L”形走向北段线路功能。线路经过广州市荔湾区、越秀区和白云区, 主要连接荔湾区的西村和彩虹桥生活区, 白云区的白云湖和同德围, 串接荔湾、白云两大组团。北延线从北部的白云湖站, 经亭岗站、石井站、小坪站、平沙站、聚龙站、上步站、同德围站、鹅掌坦站、西村站、彩虹桥站、陈家祠站、华林寺站到文化公园站继接现有8号线。其中, 换乘站4座, 分别为陈家祠站 (与1号线换乘) 、彩虹桥站 (与11、13号线换乘) 、西村站 (与5号线换乘) 、聚龙站 (与12号线换乘) ;平均站间距1.24km, 最大站间距2.00km (小坪站至石井站区间) , 最小站间距0.76km (华林寺站至陈家祠站区间) 。在亭岗站西侧新建车辆段1座 (原8号线赤沙车辆段调整为规划11号线使用) 。在彩虹桥站附近新建主变电站1处。地下线路采用盾构法施工, 局部区段采用明挖法或矿山法, 车站则采用明挖法施工。
1.2 工程地质条件
广州市地铁8号线北延段沿线属于珠江三角洲冲洪积平原地貌。其穿越的地层有新生界第四系地层、古生界二叠系、石炭系地层沿线的地层。第四系包括全新统 (Q4) 和全新统、上更新统 (Q3+4) , 其下缺失中更新统和下更新统, 由全新统人工填土 (Q4ml) , 全新统、上更新统 (Q3+4al+pl) 冲积-洪积砂层、土层以及第四系的残积土层 (Qel) 组成;二叠系下统栖霞组 (P1q) 为中厚层状-薄层状炭质灰岩夹炭质泥岩、炭质页岩及燧石条带状岩性;石炭系中上统壶天群 (C2+3ht) 为石炭系中分布最广的地层, 岩溶发育。岩性:浅灰白色至肉红色, 厚层状, 微晶质灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩, 偶见有燧石条带。
广州地铁8号线北延段小坪站附近软土层为河湖相淤泥 (4-2A) 和淤泥质土 (4-2B) 和灰岩软-流塑状残积土, 软土力学性质很不稳定, 极易被扰动。软土属高压缩性土, 当地下水位下降或外部荷载发生变化时, 淤泥土发生排水固结现象。根据广州市地铁8号线北延段各车站及区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告, 小坪站附近的淤泥层较厚, 最厚处达到11.5m, 隧道结构全部处于淤泥土中, 且隧道结构下部还存在一定厚度的淤泥层, 最厚为3m。淤泥土的排水固结作用使隧道结构产生变形, 其中, 不均匀沉降对地铁隧道结构的安全性和耐久性影响重大。本文以隧道结构下部存在3m厚的淤泥层这种最不利情况为例, 研究淤泥在排水固结作用下对于隧道结构变形的影响。
2 三维有限元数值模拟分析
本工程采用三维有限元软件Midas-GTS建立模型。淤泥土的排水固结会对隧道结构的变形和附加应力产生影响, 本节分别研究地下水位在地下10m处、隧道底部、基岩顶部、基岩下4m处时淤泥土排水固结对地铁隧道结构的变形和附加应力的影响情况。地铁隧道结构衬砌管片的最大水平位移为T1;最大竖向位移为T3;X方向的最大轴力为FX;Y方向的最大轴力FY;X方向的最大弯矩为MX;Y方向的最大弯矩为MY。当地下水位下降时, 由于淤泥土层的排水固结, 地铁隧道衬砌管片的水平位移T1随着地下水位的下降而变大, 当地下水位位于基岩下4m处时, 水平位移T1最大, 为-0.019mm, 可见淤泥土固结对隧道结构衬砌管片水平位移T1的影响很小;地铁隧道衬砌管片的沉降位移T3随着地下水位的下降而变大, 其沉降位移T3在地下水位从隧道底部下降到基岩顶部时急剧增大, 从-1.62mm增加至-5.57mm, 这说明隧道下卧层淤泥土的排水固结对地铁隧道衬砌结构的沉降位移影响较大, 使衬砌结构整体向下沉降, 在基岩下4m时, 沉降位移值最大, 为-5.76mm;地铁隧道衬砌管片的轴力FX的绝对值随着地下水位的下降而变大, 当FX在地下水位从隧道底部下降到基岩顶部时, 从-391.74k N/m增加至-451.32k N/m, 在基岩下4m时, FX的绝对值最大, 为456.28k N/m;地铁隧道衬砌管片的轴力FY的绝对值随着地下水位的下降而变大, 当地下水位从隧道底部下降到基岩顶部时急剧增大, FY从-390.14k N/m增加至-450.98k N/m, 在基岩下4m时, FY绝对值最大, 为455.15k N/m;地铁隧道衬砌管片的弯矩MX随着地下水位的下降而变大, 当地下水位从隧道底部下降到基岩顶部时急剧增大, MX从46.35k N·m增加至49.86k N·m, 在基岩下4m时, MX最大, 为50.13k N·m;地铁隧道衬砌管片的弯矩MY随着地下水位的下降而变大, 当地下水位从隧道底部下降到基岩顶部时急剧增大, MY从48.42k N·m增加至52.88k N·m, 在基岩下4m时, MY最大, 为53.12k N·m[1]。
3 结论
本文运用三维有限元分析软件Midas-GTS的固结模块, 通过地下水位的变化, 分析淤泥固结变形对地铁隧道结构的影响。分析了地下水位在地下10m处、隧道底部、基岩顶部、基岩下4m时淤泥土排水固结对地铁隧道结构的变形和附加应力的影响情况。得出当地下水位下降时, 地铁隧道结构衬砌管片的水平位移T1, 竖向位移T3, X, Y方向轴力FX、FY绝对值, X、Y方向弯矩MX、MY绝对值增大, 并当地下水从隧道底部降至基岩顶部时, 其变化幅度较大。
摘要：广州市正在运营的地铁2号线、5号线、6号线、8号线等广泛存在着淤泥土层这种不良地质。基于此, 论文以广州市地铁8号线北延段小坪站及附近区间为研究背景, 结合场地的地质勘查资料, 有针对性地对淤泥地层中地铁隧道结构的变形特性进行研究, 分析淤泥作用下隧道结构衬砌管片的变形、附加应力和弯矩的变化情况, 并在此基础上采用大型通用三维有限元分析软件Midas-GTS为研究手段进行全方位的分析, 提出了有关淤泥土的处理措施, 并得出一些初步结论。
关键词：淤泥质土,衬砌管片,有限元分析
参考文献
[1]陈浩.关于地铁施工问题的思考[J].现代工业经济和信息化, 2016 (17) :71-72.
淤泥地层 篇2
1 工程概况
斗门站~福州火车站站区间为全地下盾构区间, 上行线为1013.393m, 下行线1033.491m。区间共计有三段平面曲线, 上、下行线曲线半径分别为300/300、600/800、300/312m, 线间距从12.0m变化到16.5m;纵断面为V型坡, 最大纵坡16.630‰, 最小纵坡4‰, 区间隧道覆土最大厚度16.1m, 最小厚度9.0m。在SK5+033.407段设一座联络通道, 兼做废水泵站, 位于直线段, 线间距为12.014m, 联络通道上覆土层厚度约16.1m。采用两台土压平衡盾构机, 上行线采用石川岛盾构机, 下行线采用小松盾构机。端头加固长度9m, 采用三轴搅拌桩+1排三管高压旋喷桩加固。本工程采用宽1.2m的通用楔形环, 厚0.35m, 管片混凝土标号C55, 楔形量为37.2mm。
斗门站~福州火车站站区间隧道掘进地层主要为: (3) 1淤泥; (4) 粉质粘土; (5) 1淤泥质粘土; (13) b残积土; (14) 全风化岩。其中: (3) 1淤泥、 (5) 1淤泥质粘土表现为软土、流塑, 易产生蠕动变形; (4) 粉质粘土、 (13) b残积土、 (14) 全风化岩表现为可塑, 为硬土层, 性质较好。地质分布详见图1。
区间自斗门站向福州火车站站掘进, 始发即进入全断面淤泥地层, 后又遇300m小半径曲线, 小半径曲线详见图2。淤泥地层, 后又遇300m小半径边线, 小半径边线见图2。
2 施工难点分析
2.1 盾构始发后进入全断面淤泥地层
由于淤泥地层流塑性强, 抗干扰能力差, 易产生蠕动变形, 且因含水量较大, 盾构机盾尾与管片均易上浮。当盾构机在富水淤泥地层中调整姿态时, 区域压力不均, 盾构机侧面对土体有较明显的作用力, 且直接影响到盾构机姿态和成型管片姿态。所以姿态控制及盾构纠偏难度较大。
2.2 小半径曲线段隧道轴线控制难度大
盾构机在掘进过程中实际的推进轴线无法与理论轴线完全保持一致, 曲线半径越小、纠偏量越大, 拟合困难也就越大。由于拐弯弧度大, 需要左侧油缸和右侧油缸形成一个很大的推力差才能满足盾构机转弯的要求, 致使左右两侧的油缸推力可调范围很小, 从而可用于姿态调整的油缸推力调整量很小, 所以加大了隧道轴线控制和纠偏的难度, 操作难度更大。
2.3 小半径曲线段对土体扰动明显
由于盾构机在曲线段掘进时一直处于纠偏状态, 且纠偏量较大, 盾构壳体与周围土体容易产生单边挤压和剪切, 对土体的扰动增加, 容易发生较大沉降量。盾构机在曲线段掘进时, 仿行刀处于开启状态, 因而其实际掘进面为一椭圆形, 实际开挖量超出理论开挖量, 在软弱地层中急曲线掘进很难控制地层损失。一般情况下, 单纯在软土地区施工时, 地层损失达0.5%~1.0%。故盾构机在全断面淤泥地层中曲线段掘进时, 增大了对土体的扰动。
2.4 管片易发生错台、破损、渗漏水等质量缺陷
在全断面淤泥地层中小半径曲线段的施工中, 随着盾构掘进千斤顶推力会带来一个水平分力, 使得管片在脱出盾尾后向曲线外侧偏移, 形成错台。错台后, 管片之间存在着斜向应力, 使得管片螺栓对前方管片内侧角和后方管片外侧角的混凝土产生了剪切作用而开裂。此外, 在小半径曲线段掘进时, 由于纠偏过大, 导致盾尾间隙减小, 盾构机与管片挤压卡壳而破损。管片错台导致止水胶条衔接不紧密或者止水胶条被破坏, 拼装效果不理想。管片破损使得水绕过止水胶条, 致隧道渗漏水。
3 施工关键技术
3.1 盾构机掘进控制
盾构机在掘进过程中需要不断进行纠偏, 将带来各种不稳定因素。淤泥地层推力普遍偏小, 直线段中推力大小设定为6500~8500k N, 小半径曲线段推力大小设定为5000~6500k N。并可适当降低推进速度, 使得侧向分力减小, 隧道向弧线外侧的偏移量减小。小半径曲线段刀盘转速设定为0.5r/min, 可减少对土体的扰动;正常段刀盘转速设定为0.8r/min, 可保证贯入度。盾构机应坚持匀推缓推, 防止出现轴线偏离过大、盾尾间隙不均匀等情况。
在小半径曲线隧道掘进过程中可根据地层情况及实践经验, 使轴线向曲线内侧偏移25~40mm, 来抵消隧道向曲线外的偏移量。曲线段的半径越小, 预偏量相对越大。为防止脱出盾尾后, 管片在全断面淤泥地层中产生较大上浮, 可将盾构机按设计轴线向下偏移30~50mm, 以保证成型隧道轴线与设计轴线基本一致。
在实际土压设定时, 在主动土压力理论值的基础上加0.02MPa作为土仓压力初始设定值。斗门站~福州火车站站盾构区间土压控制在0.10~0.12MPa之间, 并在施工过程中根据覆土厚度不同及地表监测情况进行调整。
需姿态调整时, 比如往左纠偏, 可通过增大右侧区压, 将上、下、左区压力同时调小的方法来调整。也可采用减少左侧区域千斤顶使用数量, 增大区域间的压力差达到纠偏目的。
3.2 管片拼装技术
在小半径曲线段隧道拼装管片时, 应结合姿态及盾尾间隙现状合理利用管片楔形量, 以减小盾构机和管片轴线之间的夹角, 使管片端面尽量垂直于盾构轴线, 保证盾尾间隙均匀可控, 顺利完成拼装。
此外也可采用贴片纠偏, 即先确定下一环管片拼装点位, 然后在曲线外侧相对应的管片块上, 以过渡方式多贴1~3层传力衬垫, 曲线最外侧部位贴得最多, 来帮助纠偏并减少破损。
管片拼装时利用楔形量, 为下部留适当的超前量, 使盾构机推进油缸与管片之间有向下的分力, 可克服部分浮力。
3.3 注浆控制技术
经过多次配比试验, 再考虑经济性, 得出此段同步注浆浆液配比如表1。
同步注浆浆液胶凝时间一般控制在3~8h, 因全断面淤泥地层中, 含水量较大且管片较难稳定, 可通过现场试验调整配合比, 或适当加入早强剂, 来稳定管环。浆液稠度控制在8~11cm;浆液结石率大于95%, 即固结收缩率小于5%。固结体强度需满足1d强度>0.2MPa, 28d强度>2.5MPa, 倾析率小于5%。调整同步浆液初凝时间, 可缩短管片上浮的时间, 增加上部注浆量, 可减少管片上浮空间, 减小上浮量, 有利于调整姿态。
4 施工注意事项
(1) 小半径曲线段推进时, 选派经验丰富的盾构机操作手, 提前制定应对措施, 合理选取管片拼装点位, 及时进行管片复紧提高管片拼装质量;
(2) 小半径曲线段施工过程中, 安排专人负责巡查, 防止出现台车掉道、皮带跑偏等现象, 电瓶车应缓慢行进, 做好气体检测工作;
(3) 应根据出土量和地层变形监测数据及时调整施工参数, 勤测勤纠, 加强对推进轴线的控制;
(4) 施工时要注重对注浆量及注浆压力控制, 确保浆液饱满、压力适中, 尤其需要适当增加曲线外侧的注浆量, 必要时可采用壁后二次注浆;
(5) 施工过程中重视测量, 对盾构机载测量系统与人工测量数据相互对照, 且在全断面淤泥地层中常会出现前期沉降及盾构通过后沉降长期不收敛的情况, 应及时掌握隧道动态便于分析总结。
5结束语
现斗门站~福州火车站站区间上、下行线全断面淤泥地层段小半径曲线掘进施工已顺利完成。通过采取合理的掘进参数, 有效的拼装方式及针对性的注浆模式, 有效控制了该段成型隧道管片上浮量, 地表及周边建 (构) 筑物沉降均在, 管片破损、错台及渗漏水情况得到改善, 提高了盾构施工质量。同时, 为福州地铁1号线其他标段遇复杂地层的掘进施工和小半径曲线段的施工总结了宝贵经验, 提供了实践性参考, 也为其他类似工程在施工技术准备、制定应对措施等方面具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]樊姝芳.同步注浆技术在盾构隧道掘进中的应用[J].建筑机械, 2011 (07) :119-120.
[2]黄涛.盾构过小半径曲线段施工质量2011 (07) 119-120.隧道建设, 2010, 30 (1) :383~386.
[3]张颖, 李铭军, 何肖健.小半径曲线盾构隧道设计及施工新技术[J].都市快轨交通, 2010, 23 (5) :75~79.
[4]GB50157-2003.地铁设计规范[S].
[5]GB50446-2008.盾构法隧道施工与验收规范[S].
[6]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑工程出版社, 2004.
淤泥地层 篇3
1 工程概况
于家堡站交通枢纽土建四标总建筑面积约65 395.9 m2，包括位于Z1线北侧的轨道交通B2线部分地下结构工程及部分社会车停车场工程。基坑深约17 m，围护结构采用地下连续墙;中间支撑桩柱采用钢管柱和钻孔灌注桩;主体结构为地下2层多跨式框架结构，采用盖挖逆作地模施工工艺。天津滨海于家堡地区属于冲海积平原，地质条件复杂，地下约18 m以上为淤泥质土层，塑性差，透水性差。地下约20 m～55 m范围为细砂层，含水量大，具有微承压性，埋深在18 m～20 m和55 m～60 m范围为粘土层，可视为相对隔水板。根据场地地下水埋藏条件，可将地下水划分为浅层地下水和深层承压水。浅层地下水埋深浅，初见水位0.50 m～1.50 m，深层承压水水头高度高，约-9 m。
2 逆作地下工程深基坑降水意义
1)有效减少被开挖土体的含水量，防止土体在开挖过程中发生纵向滑坡，便于挖掘机挖土、土方外运和坑内施工作业。
2)有效降低下部承压含水层的水头高度，防止基坑底板发生管涌、突涌等不良现象，确保基坑底板的稳定性。
3)有效减少逆作结构下部原状土体含水量，为结构施工提供足够的竖向承载力，同时保证逆作结构地模高程变化趋于稳定状态。
3 降水方法选择
降水井一般有电渗井点、轻型井点、喷射井点、大口径井点等方法。1)电渗井点，较为贵重，一般性基坑不宜采用，适用于淤泥质粘土。2)轻型井点，可降低水位，价钱较为便宜，但是有效深度不够，适用于挖深较浅的基坑，布设在基坑外侧，同时可起到加固土体的效果。粘土层不适用。3)喷射井点，含水量较高的土层，尤其是含砂土层适用，但出水量不大，一般用于辅助降水。4)大口径井点，也就是常说的管井，适用于渗透系数较高的土体疏干，加上真空负压后可用于粉土层、淤泥质粘土层。针对于家堡交通枢纽工程基坑较深、淤泥质粘土层、地下水丰富的特点，并结合经济效益方面因素考虑，综合考虑选用大口径井点降水方法。
4 降水井设计与布置
本工程降水井包括浅层疏干井和深层减压井(见图1)。
本基坑包括停车场基坑深16.0 m,B2基坑深17.0 m，根据计算，当开挖至基坑底时，承压水静止水位为9 m深时需要在坑内布置9口深层降水井，另考虑备用井按降水井的40%布置，则需布置3口坑内备用深层降水井，同时预留坑外观测井2口(见表1)。
5 成井施工
施工机械设备降水井选用工程地质钻机及其配套设备。成孔时采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺。
1)钻进成孔。钻进时轻压慢转，当钻具全部进入粉土层及砂层后，可适当加压，提高转速。成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.05～1.20，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。2)清孔换浆。钻孔钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50 m，进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调低，返出的泥浆内不含泥块为止。3)下井管。按设计井深预先将井管排列、组合，下管时所有深井的底部按标高严格控制，并且保持井口标高一致。井管应平稳入孔，每节井管的两端口要找平。为了保证井管不靠在井壁上和保证填料厚度，在滤水管上下部各加一组扶正器，保证环状填料间隙厚度大于180 mm，外包一层30目～40目滤网。下管要准确到位。自然落下，稍转动落到位，不可强力压下，以免损坏过滤结构。井管到位后下钻杆泥浆稀释，在稀释泥浆时井管管口应密封，使泥浆从过滤器经井管与孔壁的环状间返回地面，稀释泥浆应逐步缓慢进行。4)回填滤料。填滤料前在井管内下入钻杆至离孔底0.30 m～0.50 m，井管上口应加闷头密封后，从钻杆内泵送泥浆进行边冲孔边逐步调浆使孔内的泥浆从滤水管内向外由井管与孔壁的环状间隙内返浆，使孔内的泥浆密度逐步调低，然后开小泵量按井的构造设计要求填入滤料，并随填随测滤料的高度，直至滤料下至预定位置。填滤料时，根据孔口返水情况调整泵量。填滤料过程中要跟踪滤料上返高度，当滤料密实到设计高度后，向井管与孔壁间投粘土球止水，粘土球上部用粘土块填孔密实，防止泥浆及地表污水流入井内。5)洗井。在提出钻杆前利用井管内的钻杆接上空压机抽水洗井，吹出管底沉淤，直到水清不明显含砂为止。
6 抽水试验
在全部降水井施工结束后，进行1次单井及群井抽水试运行，检验施工用电及排水情况，同时观测各井水位，根据各井的实际位置和实际出水量，计算与确定含水层的水文地质参数。根据基坑分段开挖和支撑的施工实际工况，对降水运行进一步细化，提出每个工况下开启降水井的数量和井号，并计算出该工况下地下水位的安全深度，以指导降水运行。
7 降水运行
1)浅层降水井运行。a．浅层降水井降水应在基坑开挖前15 d～30 d或更早进行，以保证有效降低开挖土体中的含水量，确保基坑开挖施工的顺利进行;b．水位降至坑底设计标高以下至少0.5 m后，方可进行第一步土方开挖施工。
2)深层降水井运行。深层降水井的运行必须坚持“分层降水、按需降水、动态调整”，坚持运行过程的信息化施工管理;对于深层降水井，为减少降水对周围环境的影响，必须按需降水，随开挖深度的逐渐加大，逐步降低承压水头;降水运行时开启减压抽水井数量和抽水量大小，应根据基坑开挖深度和对应的安全承压水头埋深进行控制。降水运行时，随开挖深度的逐渐加大，逐步降低承压水头，以尽量减少减压降水引起的相邻地面沉降(见图2)。
8 信息化监测
降水运行过程中需对降水抽水量、基坑内外潜水位及承压水位、地表沉降、基坑位移等进行监测，并将各工况的进展情况及监测资料报送各参建单位，以便掌握降水运行的过程，提高预警机制。
9 逆作深基坑降水施工要点
针对淤泥质软土地层高承压水工程条件，深基坑降水除应满足一般基坑降水要求外，重点是控制好基坑地下水处理与土方开挖、盖挖结构施工之间的关系。1)土方开挖前，宜提前20 d进行降水，将地下潜水位降至基坑底开挖面以下1 m。针对淤泥质软土地层含水率大、塑性差，且透水性差的特点，可采用一般大口井点降水与真空泵相结合的方式，通过真空负高压将淤泥质软土水分有效疏干，为机械开挖土方提供基本的施工条件。2)土方开挖阶段应严格按照分层、分段、对称放坡开挖的原则进行施工，确保开挖土体边坡的稳定。3)对于深层承压水，宜重点处理好承压水头高度与土体开挖面的竖向位置关系，满足“按需合理降水，动态信息化监控”的基本原则，从而提高基坑稳定性，防止基坑突涌、围护结构渗漏等风险发生。4)盖挖结构层板施工时，地模下部原状土体应为上部结构施工提供足够的竖向承载力，因此，基坑降水宜适度、合理，严禁过度降水。
1 0 结语
深基坑降水效果对基坑的施工安全和施工质量有着重大的影响，在施工过程中应采取更加积极有效的方法，确保基坑稳定。本工程针对淤泥质软土富水地层特殊水文地质条件，总结提出了盖挖逆作深基坑工程浅层疏干降水与深层减压降水施工的关键技术，有效减少了土方开挖过程土体含水率，降低承压水头高度，同时为盖挖逆作结构提供可靠的地基承载力，确保了土方开挖和逆作结构施工的基坑稳定性，为类似工程的施工提供了可靠借鉴。
参考文献
[1]赵志缙.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[2]张永波,孙新忠.基坑降水工程[M].北京:地震出版社,2000.
[3]付志华.深井井点降水在管沟开挖中的设计与应用[J].山西建筑,2006,32(3):122-123.
淤泥地层 篇4
锚杆的抗拔力是锚杆工程中最重要的技术参数。大量的工程实践经验表明普通锚杆 (索) 在厚淤泥地层中的抗拔力很难达到设计承载力的要求。扩孔式预应力锚杆采用高压旋喷技术进行扩孔, 将锚固体直径扩大至普通锚杆的2~4倍, 形成直径350~650mm水泥土圆柱状锚固体。参照《建筑基坑支护技术规程》 (JGJ120-2012) 锚杆极限抗拔承载力标准值的估算公式Rk=πd∑qsk, ili可以看出在锚杆锚固段长度一定的前提下, 锚固体直径越大则注浆体与土层的摩阻力也越大, 从而提高锚杆的抗拔力和基坑支护的稳定性, 解决了普通锚杆在厚淤泥地层中抗拔力难以达到设计承载力要求的难题。本文结合工程实例, 介绍扩孔式预应力锚杆在厚淤泥地层中的成功应用, 以供类似工程参考。
1 工程概况
厦门市海沧区某工程由商务办公、酒店、会展会议、休闲购物中心等有机形成一个城市综合体建筑群。总建筑面积约50万m2, 由2栋超高层和5栋高层建筑组成, 设有2层地下室。地面标高约为黄海标高5.80m, 总体开挖深度约为10.8m, 基坑支护总周长约为1100m, 面积约为75000m2。基坑工程安全等级为一级。
工程地质:场地为港湾滩涂地带回填整平形成的, 在沿海地区具有典型性。场地主要土层自上而下为: (1) 素填土、 (2) 淤泥~淤泥质土、 (3) -1粘土、 (3) -2含有机质粘土、 (3) -3含泥中粗砂、 (4) 残积砂质粘性土。钻探揭露 (1) 素填土主要由粘性土组成, 含少量碎石, 回填约4~5年, 基本自重固结, 回填时未经系统碾压, 均匀性较差, 厚度在0.6~9.3m; (2) 淤泥或淤泥质土浅灰、灰黑色, 流塑~软塑, 软塑为主, 饱和, 高韧性, 摇振有变形反应, 厚度在3.8~18.1m, 层顶黄海高程-3.32~5.38m; (3) -1粘土厚度在0.8~11.0m, 层顶黄海高程-13.58~1.56m; (3) -2含有机质粘土厚度在0.6~5.0m, 层顶黄海高程-15.16~-6.64m; (3) -3含泥中粗砂厚度在0.6~10.3m, 层顶黄海高程-16.16~1.86m; (4) 残积砂质粘性土厚度在0.55~26.0m, 层顶黄海高程-18.46~0.01m。基坑支护工程主要地层工程地质参数详见表1。
2 扩孔式预应力锚杆设计参数
基坑支护结构总体采用灌注桩+外拉锚相结合的支护方案。支护桩之间采用高压旋喷桩 (挡土和止水作用) 围护, 桩顶至自然地面范围内采用土钉墙支护。基坑支护范围内淤泥或淤泥质土厚度在3.8~18.1m, 为保证锚杆抗拔力达到设计承载力要求, 设计方案在淤泥地层中采用扩孔式预应力锚杆。基坑工程典型的支护结构剖面图见图1。
扩孔式预应力锚杆主要设计参数: (1) 锚杆抗拔力设计值200k N, 设定锁定力100k N; (2) 锚杆的杆体采用1根φ28三级螺纹钢, 锚杆总长27m, 其中锚固段长度17m, 杆体锚固段范围内自底端部起每间隔1000mm设置一个直径100mm承压板; (3) 锚杆采用钻机和高压旋喷设备成孔, 扩孔后有效直径不得小于350mm, 扩孔深度应比设计深度长500mm。
扩孔预应力锚杆结构见图2。
3 基本实验
在开始施工前, 选取3根有代表性扩孔锚杆进行基本实验。基本实验结果见表2。
上述3根基本实验锚杆在最后一级荷载作用下锚头位移稳定, 弹性变形量 (17.85-3.23=14.62mm、25.10-6.56=18.54mm、21.49-7.43=14.15mm) 均大于自由段弹性变形计算值的80%=13mm, 且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和弹性变形计算值30.06mm, 弹性变形符合要求。
4 扩孔预应力锚杆施工工艺
通过基本实验验证了设计参数的可靠性, 确定了施工工艺和施工参数。
4.1 工艺流程
锚杆随土方开挖进度跟进施工, 土方开挖至锚杆设计标高处时施工锚杆。锚杆施工工艺流程:开挖锚杆工作面→锚杆孔定位→锚杆自由段引孔→锚杆锚固段高压旋喷扩孔→锚杆安装→第二次压力注浆→养护→锚头支座制安→锚杆张拉锁定。
4.2 施工方法及施工参数
⑴锚杆自由段引孔:引孔采用地质钻机成孔, 循环水采用清水, 钻头直径为150mm, 成孔长度为10m, 成孔后拔出φ150钻头安放φ110PVC管, 锚杆自由段引孔结束进入锚固段施工。
⑵锚杆锚固段扩孔施工:锚杆自由段引孔结束后换上高压旋喷钻头, 改用纯水泥浆进行扩孔注浆 (水泥采用P.C32.5复合硅酸盐水泥) 。采用边钻进边扩孔注浆的施工方法完成锚杆锚固段扩孔施工, 扩孔深度应比设计深度长500mm, 扩孔后应保证锚固体直径不小于350mm。注浆参数为:高压泵压力不小于20MPa, 水灰比为1∶1, 扩孔注浆钻进速度为200~250mm/min, 水泥用量不少于200kg/m (利用钻进速度控制水泥用量) , 扩孔长度17.5m。
⑶锚杆安装:锚杆锚固段扩孔施工完成, 拔出高压旋喷钻头并移机, 将提前制作好的锚杆 (二次注浆管固定于锚杆上) 立即安放到设计位置。
⑷二次注浆:二次注浆管采用φ15PVC管, 二次注浆管注浆范围内每间隔750 mm周圈各钻3φ5孔用工程胶布封牢, 二次注浆管管底封死。在第一次注浆体初凝后进行二次注浆, 一般为第一次注浆后12~24h, 注浆压力2.5~5.0MPa。注浆范围是锚固段长度范围, 二次注浆以水泥用量控制为主, 锚固段水泥用量≥50kg/m即可结束。
⑸张拉锁定:宜在注浆体养护时间不少于20d且注浆体强度不小于设计强度80%后进行, 张拉应隔根跳开张拉。扩孔式预应力锚杆张拉锁定要加载至设计拉力值的1.1倍, 等待2~3min, 并记录锚头位移, 卸荷至设计拉力值的0.5倍进行锁定。张拉锁定后48h内, 发现预应力损失超过设计张拉应力的10%, 应进行补偿张拉。
5 质量验收情况
本工程共施工扩孔锚杆196根, 为检验扩孔锚杆的施工质量, 根据设计图纸要求和规范要求, 该围护工程随机抽取10根扩孔锚杆进行验收试验。试验结果见表3。
上述试验证明锚杆抗拔力满足设计要求, 锚杆试验结果合格。并且基坑开挖后未出现基坑变形超限现象, 说明扩孔锚杆在的厚淤泥地层中的设计方案与施工技术可行。
6 基坑监测
2011年10月15日扩孔锚杆锁定全部完成, 基坑及支护结构监测随基坑土方开挖同步进行直至土方回填历时7个月。根据监测报告, 边坡顶部水平位移、边坡顶部竖向位移、深层水平位移的累计值和变化速率均符合设计和技术规范要求。其中边坡顶部水平位移在基坑开挖至二道锚索位置时各观测点累计水平位移均在5mm以内, 基坑开挖至坑底位置时各观测点累计水平位移均在21mm以内, 到基坑开始土方回填时各观测点累计水平位移均在26mm以内, 累计水平位移相对基坑深度0.24%以内。监测结果表明本基坑支护结构非常稳定, 未出现锚杆抗拔力不足和基坑变形超限现象。
7 结语
扩孔式预应力锚杆是锚杆支护技术中的一种新发展技术, 通过本工程实例总结如下:
⑴高压旋喷扩孔法能有效地按设计要求在厚淤泥地层中对锚固段进行扩孔施工, 形成大直径高密度的锚固体, 工艺成熟、简单、效率高。
⑵扩孔式锚杆在厚淤泥地层中应用, 解决了普通锚杆在厚淤泥地层中抗拔力难以达到设计承载力要求的难题, 在港湾滩涂地带及软土层中可推广使用。
⑶扩孔锚杆与普通锚杆形成锚固体的直径和方式均有很大的差异, 施工前必须通过基本实验确定锚杆的设计参数和施工参数。施工中应注意合理控制注浆压力, 保证锚固体直径符合设计要求, 在降低压力时可以通过减慢钻进速度保证水泥用量和扩孔效果。
摘要：本文以厦门海沧某工程为例, 介绍了扩孔式预应力锚杆在厚淤泥地层基坑支护中的施工工艺。锚杆抗拔力检测和基坑监测结果表明扩孔式锚杆适用于厚淤泥地层。
关键词：锚杆,扩孔,抗拔力,淤泥,基坑支护,监测
参考文献
[1]CECS22—2005, 岩土锚杆 (索) 技术规程
[2]GB50330—2002, 建筑边坡工程技术规范
[3]GB50497—2009, 建筑基坑工程监测技术规范