馮立雷,馬 露
FENG Li-lei, MA Lu
(中建二局第二建筑工程有限公司,河南 鄭州 450000)
鄭州中心城區(qū)地下綜合管廊金水科教園區(qū)位于鄭州市區(qū)北部,緊鄰黃河,為原黃河漁場區(qū),屬黃河灘區(qū)。其地質(zhì)條件為第四紀沖洪積成因的黏性土、粉土及砂土。其地下水為上層滯水和潛水,水位高。場地土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散、均勻性差,部分土層土的粘聚力和剪切力為0。常規(guī)單一的支護方式和降水防水不能滿足基坑安全和施工的需要,本文針對黃河灘區(qū)特有的地質(zhì)條件進行技術研究。
1)原降水方案 原設計方案為明溝降水,該方案降水效果差,場地地下上層滯水以大氣降水為補給方式,以蒸發(fā)為排泄方式;地下潛水以大氣降水和地下徑流為主要補給方式,以越流和地下徑流為排泄方式,方案忽視了土質(zhì)的保水性能和粘聚力差的因素,方案實施中易形成土體失水坍塌,造成邊溝預埋排水溝道堵塞等問題的發(fā)生,同時土體表面干結(jié),內(nèi)部水為排出,土質(zhì)軟弱不能滿足碎石的施工條件。該方案不可行。
2)原支護方案 原設計方案為土釘墻支護,該方案忽略了部分土層土的粘聚力和剪切力為0的情況,施工中易造成土釘孔頻繁塌孔,施工進度和質(zhì)量不可控制。方案不可行。
3)方案優(yōu)化 綜合地質(zhì)條件的分析和研究,對原設計方案進行優(yōu)化:降水方案采用輕型井點和管井組合的降水方式;支護結(jié)構(gòu)采用拉森鋼板樁和土釘墻組合的支護結(jié)構(gòu)。
拉森鋼板樁作為一種新型建材,在臨時溝渠開挖時,作擋土、擋水、擋沙墻時發(fā)揮重要作用。拉森鋼板樁做圍堰不僅綠色環(huán)保、施工速度快、施工費用低,而且具有很好的防水功能,是快速解決土體粘聚力差、抗剪能力差的有效方法。由于基坑深度為6~12m不等,全深范圍內(nèi)采用拉森鋼板樁易造成鋼板樁上口位移的問題,因此,提出與土釘墻組合支護技術。組合支護有效地提高了土體的整體剛度,彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結(jié)構(gòu)強度潛力得到充分發(fā)揮,改變了邊坡變形和破壞的性能,顯著提高了整體穩(wěn)定性,土釘墻延遲了塑性變形發(fā)展階段,受荷載過程中不會發(fā)生突發(fā)性塌滑。
方案采用管井與輕型井點組合技術,使地下水位降落到基坑底以下,施工作業(yè)范圍內(nèi)土質(zhì)保持相對干燥,改善工作條件,防止流砂發(fā)生;土方邊坡也可適當變陡,減少挖方工作量,避免基底被水浸泡后導致地基承載力下降。
1)如圖1所示,在拉森鋼板施工前,先定位放線施工,挖導槽,再進行導梁安裝,采用打拔機施打拉森鋼板樁,對拉森鋼板樁逐根進行鎖口連接施工。當屏風墻兩端板樁保持垂直狀況時,可采用往復順序施打;當板樁墻長度很長時,可用復合順序施打。
圖1 止水帷幕(拉森鋼板樁)立面示意圖
2)基坑兩側(cè)5m范圍內(nèi)禁止堆積荷載及活荷載施工,在基坑10m位置施加20kN活荷載作為機械施工荷載加以計算(圖2)??紤]基坑過深,采用三級放坡施工,一、二級采用自然放坡,有效減少基坑側(cè)壓力,三級采用拉森鋼板樁作為護壁樁,增加基坑支護剛度,有效保證基坑安全。對基坑土體的位移和沉降進行計算分析,結(jié)果如圖3、圖4所示。
圖2 基坑受力分析圖
根據(jù)管廊基坑雜填土、黏土層、砂層厚度,土釘錨桿采用全長粘結(jié)型(圖5)。土釘錨桿根據(jù)各土層的穩(wěn)定性,對長度、桿體的鋼筋直徑間距、孔徑進行調(diào)節(jié);二級邊坡采用拉森鋼板樁進行基坑封閉施工,從而有效地阻止地下水向基坑內(nèi)部滲流?;又ёo采用分層分次進行土釘施工,土釘施工完畢后跟押筋進行連接施工,使其連成整體(圖6)。
圖3 土體位移包絡圖
圖4 土體沉降圖
圖5 土釘示意圖
圖6 土釘支架圖
該基坑支護方式減小了基坑開挖深度,未發(fā)生土體坍塌和破壞,基坑位移符合設計規(guī)范要求,施工進度受控。
在拉森鋼板樁進行封閉基坑范圍內(nèi),采用輕型井點降水措施抽取或引滲基坑開挖范圍內(nèi)的現(xiàn)存地下水,施工中先進行真空井點管的制作,對真空井點位置放線定位,采用水鉆進行井點孔洞的施工,安裝真空井點,采用主水管將真空井點連成整體,安裝排水管道,安裝抽水設備進行試抽與檢測,正式投入降水程序,如圖7所示。
圖7 封閉基坑范圍內(nèi)輕型井點降水立面示意圖
封閉基坑范圍內(nèi)的降水量結(jié)合止水樁內(nèi)土體的給水量計算,同時全封閉降水并不需要把止水帷幕范圍內(nèi)的水全部疏干,只需要疏干基坑內(nèi)一定深度以上的靜態(tài)水。一般降水將水位降低到基坑坑底以下0.5~1m。
項目施工范圍內(nèi),局部區(qū)域施工前為魚塘,上層滯水嚴重,需進行基坑外截流施工,同時場地四周無其他建筑物,項目采用井徑300mm,充填濾料后井徑達到600mm(圖8),有效的截止層間滯水,加深井深可加快進程。
輕型井點和大口井降水進行組合降水施工,基坑內(nèi)干燥不影響后續(xù)工序展開施工,無發(fā)生坍塌、流沙等問題,減小了基坑開挖寬度,工期受控。
圖8 封閉基坑范圍內(nèi)輕型井點降水立面詳圖
1)采用拉森鋼板樁和土釘進行復合土釘墻技術施工,有效地將基坑外的穩(wěn)定補給水源進行隔絕,從而使基底能夠有效降水,保證基底的干燥和承載力。
2)采用大口井和輕型井點組合的降水方式,有效的阻截基坑外淤泥層的穩(wěn)定水源,將大量的層間滯水進行有效的排除,同時抽取淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、粉土中含有的水分,防止基底因含水率過高,造成基底成橡皮土,保持基底承載力。
組合式基坑支護及降水施工技術的應用,解決了黃河灘區(qū)不良地質(zhì)條件下深基坑施工的難題,為類似工程提供了經(jīng)驗借鑒。