热点职称论文：饱和软黄土地质条件下__墨水学术,论文发表,发表论

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:159

副标题#e#       摘  要：降水设计和施工方案的合理性、降水效果的好坏是决定地铁基坑及暗挖隧道施工安全、优质、高效完成的保证。针对西安特有的饱和软黄土地质条件下地铁深基坑施工，从井深、井间距、井径、抽水泵的功率等各个方面进行分析和研究，解决了黄土地质条件下地铁深基坑降水的难题，同时对饱和软黄土地质条件下降水引起的土体固结沉降采取控制措施控，确保地面、周边建筑物及地下管线沉降风险。
关键词：失陷性黄土   地铁深基坑   降水   沉降控制

1、概况
      西安市地铁一号线朝阳门～康复路区间沿长乐西路布设，穿越f朝阳门外及f4地裂缝。区间隧道长776.2米，隧道拱顶埋深14.98 米-9.48米，采用喷锚构筑法施工。受工期、地面交通、周边地面构（建）筑物的影响，区间在两端处设置两个施工竖井，1号竖井井深25.7m，位于朝阳门站东端长乐西路南侧，利用车站二号出入口位置作为井位，利用华润万家超市门前停车广场作为施工场地,通过横通道进行区间隧道施工，对长乐西路地面交通无影响，竖井井位下无管线。井口南侧为搪瓷厂家属楼，距南侧井壁7.2m，7层砖混结构，地基处理：回填土2.5m，回填3：7灰土2m，基础梁埋深2m，基础为砼条形基础。
2、工程地质特征
2.1地形地貌
       朝康区间隧道位于长乐西路下方，区间场地标高405.23～407.70m，全段东高西低，高差2.47m，地貌单元属黄土梁洼。朝阳门-康复路地段为西北最大服装集散地，人流、交通密集。
2.2工程地质
2.2.1全更新统地层（Q4）
1-1层杂填土（ ）：主要以房屋回填基础组成，较密实，全场地分布，层厚0.2～1.8m。
1-2层素填土（ ）：主要有黏性土组成，含白灰渣及少量砖瓦碎块，较松散，局部分布具湿陷性，层厚1.80～4.10m ，层底深度2.50～4.80m。
2.2.2全更新统地层（Q3）
3-1-1层新黄土（ ）：褐黄色，大孔、虫孔发育，ā1-2=0.88Mpa-1,属高压缩型土，δs2.0=0.041,具湿陷性，层厚3.10～5.20m ，层底深度5.90～6.70m。
3-1-2层饱和软黄土（ ）：褐黄色，大孔、虫孔发育，ā1-2=0.32Mpa-1,属中压缩型土，I=0.95，软塑，局部流塑，s=96%，层厚2.40～7.00m ，层底深度8.80～13.40m。
3-2-2层古土壤（ ）：红褐色，具针状孔隙，含多量白色钙质条纹及结核，团粒结构，底部结核富集成30cm左右硬层。可塑，ā1-2=0.25Mpa-1,属中压缩型土。层厚3.00～5.00m，层底深度12.70～17.30m。
2.2.3全更新统地层（Q2）
4-1-2层老黄土（ ）: 褐黄色，具针状孔隙，含少量钙质结核，可塑状态，ā1-2=0.2Mpa-1,属中压缩型土，层厚7.90～9.90m ，层底深度22.50～26.20m。
4-4层粉质粘土（ ）：灰黄色，含钙质及铁锰质结核，可塑状态。ā1-2=0.2Mpa-1,属中压缩型土，层厚8.40～10.80m，层底深度32.50～35.00m, 夹中砂薄层。
4-7层中砂（ ）： 灰黄色，长石，级配不良，含少量粉土，饱和，密实，层厚1.40～2.50m，层底深度35.00～35.20m。
2.3水文地质
1号竖井区域地下水属潜水类型，赋存于上更新统残积古土壤、中更新世风积黄土及冲击粉质粘土等黏性土层。主要含水层为中更新统冲击粉质粘土中2到3层中砂透镜体夹层，分布不连续，该层透水性好，赋水性强。
潜水补给为地下径流补给。受兴庆湖渗漏抬升影响，主要流向NW。潜水排泄方式为径流、人工开采及蒸发消耗等。
降水前观测孔内稳定水位埋深7.5m。  
3、降水设计计算
3.1 渗透系数的计算及选用
参考朝阳门外及f4地裂缝岩土工程勘察报告水文地质测试试验结果，同时结合黄土地区降水经验综#p#副标题#e#合分析，考虑本地段地质条件，土层综合渗透系数按8.0m/d考虑。
土层地质特性：
岩土名称    天然含水量W （%）    孔隙比e    渗透系数
建议值 m/d    压缩系数а1-2 （MPa-1）    变形模量
E0 （MPa）
素填土    20.3    0.976        0.86    
新黄土    21.3    0.997    8    0.55    4.5
饱和软黄土    29.9    0.896    8    0.52    3.5
古土壤    26.8    0.748    7    0.34    6.0
老黄土    22.6    0.635    5    0.26    10.0
粉质粘土    22.5    0.645    5    0.24    11.0

3.2 竖井及横通道降水计算（考虑止水帷幕）
1号竖井及横通道按等代“大口井”以潜水完整井计算，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）公式计算。涌水量 （基坑靠近隔水边界）：

 
其中，R为影响半径，r0为基坑等效半径。
H为潜水含水层有效厚度，取37m；   k为渗透系数，取8m/d；
S为基坑水位降深，取18m。

 =619m      =18m
a、b为基坑长、短边长度。
因此，将各参数代入上式求出其涌水量为： ＝3798m3/d
因水位埋藏较深，抽水扬程高，选用单井出水量q＝25*24=600m3/d，则降水井数n＝1.1*3798/600≈7口。实际采用的泵型应根据基坑水位及出水量确定，待抽水进入稳定期，涌水量减小后，可换用较小流量的水泵。
3.3竖井及横通道降水计算（不考虑止水帷幕）
1号竖井及横通道按等代“大口井”以潜水完整井计算，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）公式计算。涌水量Q（基坑远离边界）：

 
其中，R为影响半径，r0为基坑等效半径。
H为潜水含水层有效厚度，取37m；   k为渗透系数，取8m/d；
S为基坑水位降深，取18m。

 =619m      =18m
a、b为基坑长、短边长度。
因此，将各参数代入上式求出其涌水量为： ＝7056m3/d
因水位埋藏较深，抽水扬程高，选用单井出水量q＝25*24=600m3/d，则降水井数n＝1.1*7056/600≈12口。
综合上述计算情况，结合现场场地条件及交通导改方案，初设降水井10口，其中竖井区域降水井4口。根据地层静止水位埋深约7.5m，水位降深约16m，考虑水位降深曲线及井壁内外的水跃值，设置井深45.0m、口径800mm的降水井，横通道降水井间距约15m，按照抽水量选定5.5Kw水泵进行抽水作业。
不考虑止水帷幕计算降水曲线图：


4、建筑物沉降计算
       根据规范降水沉降计算方法（分层总和法）进行沉降预测计算，表明降水期间竖井南侧家属楼的沉降将会超过15cm，而搪瓷厂家属楼具有结构简单、基础埋深浅的特点，沉降对家属楼的安全将会造成极大的威胁。
搪瓷厂家属楼沉降量计算表：
工况    水位降落（m）    降落区土层 &nbs#p#副标题#e#p;  附加应力（kPa）    压缩模量（MPa）    计算沉降（mm）
一    5    饱和软黄土    50    4.0    52.5
二    5    饱和软黄土    50    4.0    31.5
        古土壤        5.1    14.5
三    6    古土壤    60    5.1    17.6
        老黄土        6.2    13.5
合计                    129.6
楼体南北两侧最大沉降量计算值分别为：129.6mm、126.3mm，计算差异沉降为2.53‰。
5、沉降风险控制
      根据沉降计算，基坑降水引起的沉降主要由饱和软黄土失水后的固结沉降，沉降原理为饱和软黄土呈软塑，局部流塑态，土质较均匀，为中灵敏、高压缩性土，局部渗水有可能形成流土。由于饱和软黄土的高压缩性，当地下水位下降至饱和软黄土层以下时，饱和软黄土土层大量失水，地下水被疏干，浮力消失，所消失的浮力转化为自重应力，其自重应力增加值相当于浮力消失值，并可视等同于原始状态下土体附加应力增加值，土体在附加应力作用下产生压缩变形，固结沉降，从而引起地面沉降、建筑物变形，对地表建筑物危害较大。
计算1#竖井处搪瓷厂家属楼降水施工期间在不采取措施情况下最大沉降129.6mm，存在安全风险，采用以下措施进行沉降控制。
5.1高压旋喷桩止水帷幕
      高压旋喷桩止水帷幕特点：旋喷桩止水帷幕通过高压旋喷注浆，桩间互相咬合，以填充、挤密方式改变土层结构，在地下形成一道不透水层，将帷幕内外水体分割为两部分，在帷幕内外形成水头差，减少降水对帷幕外地下水的扰动，从而控制帷幕外地层下沉。
旋喷桩采用桩径600mm，间距450mm，旋喷咬合150mm，桩长30m，在竖井与家属楼间形成一道封闭止水墙。
5.2钻孔灌注隔离桩
      竖井开挖后，竖井位置土体及地下水消失，家属楼的附加荷载在竖井侧壁将会产生应力破坏，进而引起家属楼破坏，通过对比，隔离桩具有刚性好，强度大的特点，可以抵消土体侧应力。隔离桩参数设置：桩径800mm，桩长29.7m，桩间距1.2m；钢筋笼外径660mm，采用Ф25主筋环向布置12根，配以Ф20内箍及ф12螺旋筋外箍进行加工；桩身采用C30商品混凝土整体浇筑；桩顶上部浇筑0.8m×0.8m钢筋砼冠梁连接隔离桩为一整体,共同受力防止土体侧向变形。
5.3分阶段降水
      根据沉降计算，竖井降水引起的地面累计沉降超过10cm，但阶段沉降量相对较小，因此，降水分阶段进行，控制水位降落曲线，使之平缓下降，控制总沉降量以减小不均匀沉降。降水分三阶段进行：第一阶段水位降落5m，第二阶段水位降落5m，第三阶段水位降至设计要求。降至阶段控制水位时对家属楼进行沉降观测，待沉降稳定后再进行下阶段降水。
6沉降控制成果
经对搪瓷厂家属楼楼体进行监视测量，未发现新裂缝，在降水及开挖施工期间，楼体最大沉降15.8mm，施工降水及竖井开挖施工引起的楼体沉降及楼体区域范围内地下水保持在安全范围#p#副标题#e#内。 

          项目
数值    家属楼下沉    家属楼
差异沉降    家属楼倾斜    家属楼处
水位降深    止水帷幕北侧
水位降深
预测值
（或规范允许值）    129.6mm    3‰    4‰    15.3m    16.5m
实测值max    15.8mm    1.23‰    0.33‰    1.9m    16m
有止水帷幕降水效果图：

7结束语
       近距离建筑物沉降控制，一直是城市地铁施工中存在的重难点，通过具有代表性的建筑物沉降控制施工，形成了不同的沉降控制措施的结合，积累了建筑物沉降控制的经验，提高了地铁施工技术。
搪瓷厂家属楼的沉降控制，避免了由于楼体沉降、倾斜、开裂等变形危害造成的人员搬迁、经济索赔等费用，取得了良好的社会、经济效益。