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    山東城鄉巖土:深基坑支護的優化方案

    文章來源:螺桿樁?? 內容作者:sdcxyt?? 發布時間:2018-11-08 15:28?? 瀏覽次數:

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    ?隨著城市的發展日益迅速,大部分地上的空間已經得到充分的原因,人們只能把目光轉向地下的空間,深基坑支護的應用也因此便的越來越多,然后在我深基坑支護的過程中依然我們仍然面臨著許多困難,因此山東城鄉巖土專業施工團隊提出以下深基坑支護優化方案。

    TRD工法從2009年從日本引進,2010年推廣至今,其構建的等厚度水泥土攪拌墻在止水方面已逐漸得到認可。最近幾年一些國內學者對TRD工法進行了研究:王衛東等研究了TRD工法構建的等厚度水泥土攪拌墻圍護結構的承載變形特性、設計方法、施工關鍵技術、檢測方法;李星等研究了TRD工法可以截斷或部分截斷承壓水層與深基坑的水力聯系,控制由于基坑降水而引起的地面過度沉降;陳晨等通過對TRD工法水泥土墻現場取芯的三軸滲透試驗,結果表明TRD工法優于傳統的SMW工法;Yan Chao等[5]對粉煤灰或礦渣微粉與活性石灰混合代替固化液水泥實驗研究,可以降低TRD工法水泥土攪拌墻的成本。常規的止水帷幕,穿透有較強的承壓水圓礫層,進入到動探不小于50擊的強風化巖層,這是有難度的。TRD工法水泥土攪拌墻與鉆孔灌注樁結合,阻隔承壓水,穿透堅硬的基巖,嚴格控制基坑變形,這是設計和施工亟需解決的問題。

    本工程采用TRD水泥土攪拌墻與鉆孔灌注樁相結合作為深基坑支護結構,分析了TRD工法與常規止水帷幕的優越性,其與鉆孔灌注樁結合在基坑圍護中適應性,通過基坑變形計算,滿足變形要求。在優化設計中,考慮所選圍護結構對場地適應性,可為杭州同類基坑工程設計方案選型提供參考。

    深基坑支護

    1 工程概況

    1.1 基坑規模

    本工程位于杭州市某交叉路口東北角,場地呈梯長條形,長×寬約為150 m×90 m,整個基坑內滿布三層地下室,基坑設計開挖深度為15.95 m。

    1.2 周邊環境

    北側:杭州西子科技實業有限公司及德力西大廈(采用樁基礎),地下室外墻線距用地紅線約為3.3~11.1 m,用地紅線距德力西大廈外墻線12.9~16.6 m。

    南側:天目山路,地下室外墻線距用地紅線(道路邊線)為9.8~15.3 m,道路上埋設有雨污水、電力以及給水管線等。

    西側:學院路,地下室外墻線距用地紅線(道路邊線)約為12.5 m,道路上埋設有雨污水、電力以及給水管線等。

    東側:浙江省醫學科學院(采用樁基礎)。地下室外墻線距用地紅線約為10.6 m,用地紅線距浙江省醫學科學院的二層磚混樓8.6 m。

    Fig.1 Surrounding environment

    1.3 工程地質特征

    工程區屬山前沖海相地貌單元,場地表層土以沖海相沉積為主,巖土物理力學指標見表1。

    根據本階段勘探孔揭露的地層情況,場區第四系地層厚度為10~22 m左右,場區上部為新近堆積的雜填土、沖海相沉積的淤泥質土、粉質黏土等,中部為沖洪積相沉積的粉土層及陸相沉積的黏土層、砂礫石層。

    場區第四系地層中,粉砂巖屬于軟質巖;角礫巖以鈣質膠結為主,含堅硬的石英巖,但呈碎裂結果;凝灰巖巖質堅硬;動力觸探試驗實測結果見表2。

    1.4 水文地質

    表1 巖土物理力學指標

    Table 1 Physical and mechanical properties of soil strata

    表2 巖石強度指標

    Table 2 Rock strength index

    松散巖類孔隙潛水主要賦存于表層填土、②層、④層土中,含水層厚度不大,水量不豐富,與地表水聯系相對密切,其水位受大氣降水與地表水影響較大。根據區域水文地質資料,淺層地下水水位年變幅為1.0~2.0 m。

    賦存于⑧層圓礫中的地下水具承壓性質,該含水層水量相對豐富,水頭高度要低于上部的潛水位2 m左右。

    2 基坑止水方案分析

    根據本工程設計深度、工程地質、水文地質和周邊環境等特點,初步考慮了兩種方案,表3。

    表3 初步設計方案

    Table 3 Preliminary design scheme

    2.1 方案對比

    本工程采用的地下連續墻需要嵌入基坑底部的基巖,即作為基坑的支護形式,又作為落底式止水帷幕。地下連續墻在巖基上成槽困難,而且費用較高,影響工期。

    三軸水泥攪拌樁在本工程作為落底式止水帷幕,需要穿透圓礫層(承壓水層),且嵌入基巖不小于1.0 m。三軸水泥攪拌樁的垂直度控制是一定的,樁越長,樁與樁嵌套就容易出現開叉現象而滲漏水。樁在圓礫層中攪拌時,由于承壓水存在,容易產生離析,而發生滲漏水現象。樁要穿透圓礫層且嵌入基巖不小于1.0 m,這對施工機械也是一種挑戰,而且會對工期產生較大影響。

    相對于地下連續墻和三軸水泥攪拌樁來說,TRD工法水泥土攪拌墻成墻質量好、精度高、而且等厚度,可以阻斷承壓水,工期短,造價低。

    2.2 預估效果

    全封閉TRD工法水泥土攪拌墻止水帷幕,可以有效阻斷圓礫層中的承壓水,而且結合本工程基巖的堅硬度,建議在典型的地質剖面采用“試打”,從而更好的保證其適應性。

    方案二與方案一相比較,初步估算約節省50萬元。鉆孔灌注樁與TRD工法水泥土攪拌墻幾乎可以同時施工,縮短工期。

    本工程位于城市繁華商業地段,場地較小,采用統一的止水帷幕形式,減少了施工機械和施工斷面接口,為施工提供了便利,也增加了基坑圍護的安全性。

    3 基坑變形計算

    3.1 基本假設

    (1)主動土壓力取值,采用表1提供的巖土物理力學參數,地下水位-3.6 m,基坑附近超載取20 kPa,采用朗肯土壓力計算公式,圓礫層采用水土分算,其他層采用水土合算。

    (2)被動土壓力計算系數采用地基基床系數“m”值。

    (3)采用彈性法理正7.0程序進行模擬實際施工工況的擋土結構側向位移、內力的計算。

    (4)支護結構內力全部由鉆孔灌注樁承擔,忽略水泥土攪拌墻對鉆孔灌注樁強度、剛度的貢獻。

    3.3 計算工況

    本工程根據現場分層開挖的步驟可分為3個工況:(1)工況1,開挖到 道支撐底部,澆筑 道支撐;(2)工況2,開挖到第二道支撐底,澆筑第二道支撐;(3)工況3,開挖到基坑底部,澆筑墊層和底板。

    3.4 計算結果

    Fig.2 Cross section of excavation supporting structure

    典型圍護結構在各個工況下的側向位移和地表沉降見圖3。從圖3中可以看出:(1)基坑開挖引起的支護側向位移和地表沉降,是由于坑內土體卸荷,坑外土體向坑內擠壓,造成圍護結構與其后土體的應力與應變重新分布。(2)圍護結構的側向位移和地表沉降主要發生在基坑開挖階段,且在開挖第二道支撐以下的部分時,圍護結構變形和地表沉降 。(3)隨著基坑開挖,地表沉降值隨樁后距離的增大而減小,由于基坑開挖產生的圍護結構后土體沉降影響范圍約為1.4倍的開挖深度。(4)由于 工況處于懸臂開挖階段,樁頂位移比較大,開挖到 道支撐底部,樁頂位移達到29.97 mm。(5)樁的側向位移基本上在開挖到基坑底部時達到 ,值為40.37 mm,基本位于坑底開挖面位置,且在《建筑基坑工程監測技術規范》中規定的深層水平位移范圍之內。(6)開挖到基坑底部時,隨著墊層和底板的澆筑,圍護結構變形逐步趨于穩定?;又苓吂芫€距圍護結構不小于10 m,地表沉降不大于30 mm,滿足地表沉降要求。

    圖3 典型圍護結構在各個工況下的側向位移和地表沉降

    Fig.3 Lateral displacement of a typical retaining structure under various operating conditions

    深基坑支護

    4 施工模擬工況數值分析

    為了更好的模擬基坑變形,除了運用理正計算外,采用PLAXIS有限元分析程序對本深基坑支護結構性能進行分析。

    表5 土層分布及土體的莫爾—庫倫模型計算參數

    Table 5 Soil layers and it's calculation parameters for the Mohr-Coulomb model

    基坑采取二維平面軸對稱進行分析,模型尺寸為50 m×30 m。巖土體采用15結點三角形平面單元,土體材料模型采用摩爾—庫倫模型(M-C模型),支護樁采用線彈性模型,根據剛度有效原則,支護樁用等效厚度板模擬,用錨錠桿來模擬內支撐,超載取20 kPa。PLAXIS有限元模型見圖4。

    模擬結果見圖5。從圖5(a)中可以看出,在 工況和第二工況下,樁頂側向位移 為4 mm;在第三工況下,位移顯著增加, 為13 mm,基本位于基坑底部。從圖6(b)中可以看出,整個開挖工況下,樁后土體沉降隨距離先增大后減少, 沉降值為41 mm,位置位于樁后6 m處。樁后沉降影響范圍約為基坑深度的1.4倍。

    Fig.4 PLAXIS finite element model

    Fig.5 Horizontal and vertical displacement diagram under excavation condition(unit:mm)

    與理正計算結果相比較,PLAXIS數值模擬結果樁頂位移和樁后沉降較小,偏于安全;樁體變形和土體沉降較顯著的位置幾乎相同。在開挖階段,基坑變形在允許范圍之內。

    5 結論

    1)基坑優化設計要考慮工程地質、水文地質、深度及周邊環境,在滿足周邊環境要求的條件下,選擇造價低的圍護結構。

    2)對于基坑下面有基巖而且具有承壓水層,進行優化設計時,要切實考慮施工機械的可行性和經濟性。

    3)本工程采用鉆孔灌注樁+TRD工法水泥土攪拌墻+鋼筋混凝土內支撐的支護設計方案,分析了TRD工法水泥土攪拌墻與常規止水帷幕的優勢,且分別通過理正和PLAXIS軟件計算了圍護結構在開挖工況下的側向位移和地表沉降,可為同類工程提供借鑒,以上就是深坑基支護的優化方案,希望對大家有所幫助。

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