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        濱海地層地下連續(xù)墻銑槽法施工槽壁穩(wěn)定性分析

        2013-06-18 02:42:24劉戰(zhàn)宏雒紅衛(wèi)
        建筑機(jī)械化 2013年4期
        關(guān)鍵詞:梅耶粉細(xì)砂槽段

        劉戰(zhàn)宏,雒紅衛(wèi)

        LIU Zhan-hong,LUO Hong-wei

        (中鐵一局集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710054)

        隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展,地下連續(xù)墻由于可作為快速軌道交通系統(tǒng)、港池等工程的支撐圍護(hù)、本體利用設(shè)施等特點(diǎn),已逐漸在多數(shù)城市的重點(diǎn)工程建設(shè)中被采用,而墻體成槽技術(shù)是地下連續(xù)墻施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。地下連續(xù)墻成槽施工采用泥漿護(hù)壁成槽技術(shù),槽壁的穩(wěn)定安全是地下連續(xù)墻施工的基本前提。在成槽施工過程中,經(jīng)常有槽壁坍塌的現(xiàn)象發(fā)生,槽壁坍塌現(xiàn)象在軟弱疏松土層或含砂性夾層等非穩(wěn)定土層尤為常見。影響槽段穩(wěn)定安全的因素很多,而且也很復(fù)雜,這些因素可分為內(nèi)在影響因素和外界影響因素,內(nèi)在因素包括地基的土質(zhì)條件、泥漿的性質(zhì)和液位、地下水位以及地下連續(xù)墻成槽的形狀和尺寸,外界因素包括成槽施工工藝、槽段擱置時間以及施工荷載等。槽壁穩(wěn)定理論是地下連續(xù)墻施工工藝中一個傳統(tǒng)而經(jīng)典的技術(shù)課題。結(jié)合工程實(shí)例,在地下連續(xù)墻深度、成槽方法已知的條件下確定安全、經(jīng)濟(jì)、合理的槽段劃分方案是施工前的一項(xiàng)首要工作。

        1 槽壁穩(wěn)定性分析方法及選擇

        目前,地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性分析的力學(xué)建模常用方法有以下3 種:①拋物線圓柱體法;②梅耶霍夫經(jīng)驗(yàn)公式法;③非粘性土經(jīng)驗(yàn)公式法。

        由于本工程位于唐山京溏港濱海平原地帶,工程地層主要為第四系全新統(tǒng)(Q4)及上更新統(tǒng)(Q3)海相及海陸交互地層。根據(jù)地層的工程性質(zhì),共分為4 層,各層土物理力學(xué)指標(biāo)相差較大,而拋物線圓柱體法是在假設(shè)土層均勻的條件下來分析計(jì)算的,非粘性土經(jīng)驗(yàn)公式只針對非粘性土,因此結(jié)合本工程施工實(shí)際情況,選用梅耶霍夫經(jīng)驗(yàn)公式法對槽段的穩(wěn)定性進(jìn)行分析驗(yàn)算。

        2 槽段穩(wěn)定性分析及驗(yàn)算

        2.1 初始給定條件

        1)場地地貌 場地所在地貌單元上屬濱海平原地帶,地勢較平坦,距離港池大約2km,地面標(biāo)高為3.50m(場地平整后實(shí)測標(biāo)高)。

        2)地層巖性 根據(jù)地層的沉積原因、物理力學(xué)性質(zhì),自上而下分為4 大層,各土層性質(zhì)如下。第一層(Ⅰ)為近代河流沉積或人工挖掘回填土,巖性主要為粉細(xì)砂、粉土,平均厚度2.50m;第二層(Ⅱ)以粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土為主,局部為粉土,粉細(xì)砂與粉質(zhì)粘土多呈交互層狀。粉細(xì)砂為灰色,為松散-中密狀態(tài),飽和,屬中低壓縮性土,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N 平均值為15擊;粉質(zhì)粘土,灰色,軟塑-可塑,很濕,屬中高壓縮土,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N平均值為9 擊,平均厚度7.70m。第三層(Ⅲ)以粉質(zhì)粘土為主,局部與粉細(xì)砂呈互層,灰-黑灰色,軟塑-可塑狀態(tài),屬中高壓縮性土,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N平均值為7 擊,平均厚度3.8m;第四層(Ⅳ)以粉細(xì)砂為主,灰-褐灰色,密實(shí)狀態(tài),飽和,屬低壓縮性土,該層土厚度大,工程性質(zhì)良好,本層在局部加粉土、粉質(zhì)粘土透鏡體,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N 平均值為55 擊。

        3)水文地質(zhì)條件 地下水為第四系孔隙潛水,實(shí)測水位平均埋深2.0m,環(huán)境水對混凝土具有強(qiáng)腐蝕性,對鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性。

        4)性質(zhì)指標(biāo) 各層地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1 所示。

        表1 各層地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

        5)其他資料 地面標(biāo)高+3.50m,地下水位標(biāo)高+1.80m,槽段內(nèi)泥漿標(biāo)高+3.0m,槽底標(biāo)高-31.7m。泥漿比重10.5~12.0kN/m3,采用雙輪銑槽機(jī)成槽施工時的地面均布荷載180kPa。槽段寬度(即墻體厚度)0.8m,施工中槽段最大劃分長度為6.6m。

        2.2 槽壁穩(wěn)定性計(jì)算

        圖1 槽壁穩(wěn)定性計(jì)算

        1)槽段最大允許長度計(jì)算 如圖1 所示,在槽壁穩(wěn)定性系數(shù)取值為1.6 時,槽段最大允許長度為9.1m,計(jì)算公式如下。槽壁穩(wěn)定性安全系數(shù)

        式中 Fs——槽壁穩(wěn)定性安全系數(shù),取1.6;

        cu——粘土的不排水抗剪強(qiáng)度(kPa);

        P0m——槽壁外側(cè)槽底水平壓力(kPa);

        P1m——槽壁內(nèi)側(cè)槽底水平壓力(kPa);

        B——槽段寬度(m);

        L——槽段長度(m)。

        2)泥漿比重與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系分析 泥漿比重與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系曲線如圖2 所示。

        圖2 泥漿比重與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系曲線

        3)泥漿深度與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系分析 泥漿深度與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系曲線如圖3 所示。

        圖3 泥漿深度與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系曲線

        3 保證槽壁穩(wěn)定的注意事項(xiàng)

        1)為確保泥漿護(hù)壁發(fā)揮作用,泥漿液面必須高于地下水位1.0~1.5m。

        2)在二期槽段施工時,應(yīng)采取及時糾偏、調(diào)整銑輪轉(zhuǎn)速等方法,盡量減少銑槽機(jī)刀架的振動,防止鋼筋混凝土導(dǎo)墻下部槽壁坍塌。

        3)在銑槽過程中,充分做好鋼筋籠吊裝及混凝土灌注各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,在清槽達(dá)標(biāo)后及時進(jìn)行下道工序施工。

        4)如果確因客觀原因,槽段無法及時混凝土澆筑施工時,應(yīng)定時測定槽段內(nèi)泥漿的容重,一旦低于標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)及時采取措施,提高泥漿容重。

        4 效果及結(jié)論

        由以上理論計(jì)算并結(jié)合工程實(shí)際施工情況,成槽施工中選取的最大槽段長度為6.6m,槽段是穩(wěn)定安全的,未發(fā)生任何坍塌、縮孔現(xiàn)象。通過分析計(jì)算,并且從泥漿護(hù)壁開挖穩(wěn)定性影響因素和失穩(wěn)機(jī)理的分析,可以得到以下結(jié)論:護(hù)壁泥漿的液面高度、容重是控制泥漿護(hù)壁槽段穩(wěn)定性的關(guān)鍵控制參數(shù);槽段的整體穩(wěn)定性主要受槽壁而非槽底的穩(wěn)定性所支配,淺層失穩(wěn)是泥漿護(hù)壁槽段的主要失穩(wěn)形式。

        由于梅耶霍夫經(jīng)驗(yàn)公式法在對槽段進(jìn)行穩(wěn)定性分析時未考慮泥皮對槽段穩(wěn)定性的影響,因此,梅耶霍夫經(jīng)驗(yàn)公式是偏于安全的一種計(jì)算方法,在此計(jì)算依據(jù)的指導(dǎo)下,本項(xiàng)目順利完成300 水平延米、約10000 立方的地下連續(xù)墻施工任務(wù),得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,也為同類工程的實(shí)施提供了思路和經(jīng)驗(yàn)。

        [1]廖云川.雙輪銑槽機(jī)成槽在地下連續(xù)墻施工中的優(yōu)勢[J].建筑技術(shù)開發(fā),2009,(6):48-50.

        [2]徐永剛,魏子龍.地下連續(xù)墻成槽施工參數(shù)對槽壁穩(wěn)定的影響研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2011,30(S2):3464-3470.

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