摘要:在進(jìn)行膨脹土地鐵車(chē)站深基坑工程施工中,由于含水量不斷的變化,從而導(dǎo)致膨脹土發(fā)生膨脹問(wèn)題,出現(xiàn)水滲入到晶層和黏土產(chǎn)生吸附結(jié)合的情況,那么這種土的體積就急劇增加,導(dǎo)致體積膨脹,進(jìn)而對(duì)整個(gè)施工造成很大的困難。文章針對(duì)某一膨脹土地鐵車(chē)站深基坑施工進(jìn)行了分析,從而保證基層的施工安全情況。
關(guān)鍵詞:膨脹土;地鐵車(chē)站;深基坑工程;施工方法;膨脹率 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
中圖分類(lèi)號(hào):U231 文章編號(hào):1009-2374(2016)07-0090-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.046
由于膨脹土的特性,對(duì)其進(jìn)行基坑施工不能按照常規(guī)的施工方式進(jìn)行。為了加強(qiáng)我國(guó)在這方面的施工技術(shù),提高地鐵站整體的施工質(zhì)量,為廣大群眾提供一個(gè)舒適便捷的交通地鐵環(huán)境,本文針對(duì)膨脹土方面的基坑施工進(jìn)行分析。
1 工程概況
該工程是某市的地鐵2號(hào)線(xiàn),車(chē)站總長(zhǎng)178m,規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)寬度為18.9m,車(chē)站兩端的井寬為22.6m,其中還涉及到10m長(zhǎng)的島式站臺(tái)。通過(guò)有關(guān)技術(shù)人員分析,在設(shè)計(jì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,采用了鋼管內(nèi)支撐和人工挖掘孔樁的方式,鋼筋混凝土是主體結(jié)構(gòu),共2層,采用明挖順作法施工,由于地勢(shì)比較復(fù)雜,而且施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)有很多的管線(xiàn),要按照一級(jí)的安全等級(jí)進(jìn)行施工,最深的基坑坑深是19.3m。
2 基坑施工現(xiàn)場(chǎng)膨脹土的情況
在基坑施工位置4-2是黏土,其自由膨脹率在40%~58%之間,計(jì)算出平均膨脹率為51%。如果按照黏土的膨脹潛勢(shì)進(jìn)行分級(jí)別,其屬于弱膨脹土。地鐵站地基是Ⅰ級(jí)的脹縮等級(jí),這個(gè)地區(qū)的膨脹力在38~195kPa之間。而在其他位置還含有少量的卵石黏土,有41%~54%的膨脹率,其平均為46%,也是比較弱的膨脹土。這種含卵石的膨脹力比較弱,在52~68kPa之間,大多是在60kPa。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐總結(jié),這種膨脹土在遇到明水的情況下,很多會(huì)發(fā)生崩解和軟化,如果水分大量蒸發(fā)消失,那么其就會(huì)開(kāi)裂,甚至發(fā)生收縮。與此同時(shí),根據(jù)測(cè)量該地點(diǎn)的大氣影響深度為3m,影響的急劇深度為1.35m。
3 膨脹土地鐵車(chē)站深基坑施工方法
3.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)
在遇到明水的情況下,膨脹土就會(huì)發(fā)生膨脹、軟化甚至是崩解,這樣不僅會(huì)對(duì)施工人員的安全情況造成危害,還會(huì)影響挖掘孔樁的進(jìn)程,因此必須對(duì)原來(lái)的設(shè)計(jì)進(jìn)行變更。之前選取了人工方式挖掘孔樁,現(xiàn)在改為旋轉(zhuǎn)鉆孔方式進(jìn)行挖掘,這樣不僅提高了孔樁的挖掘速度,而且避免了施工中潛在的威脅,每天可以挖孔100~200m深。但是在施工中也要注意一些事項(xiàng),孔口使用鋼護(hù)筒進(jìn)行保護(hù),如果孔所在位置的泥土穩(wěn)定性不好應(yīng)該做護(hù)壁處理,然后用水中混凝土灌注即可,防止孔壁泥漿脫落,避免影響孔的質(zhì)量。如果地質(zhì)條件好,使用器械直接成孔就可以,成孔后使用干灌或者水下灌注都可以。由于采取了這種施工工藝,施工進(jìn)度加快了,同時(shí)由于暴露土層面的時(shí)間非常短,因此有效控制了膨脹土發(fā)生膨脹的危險(xiǎn),避免了安全事故的發(fā)生。
3.2 基坑降水的處理方法
為了避免發(fā)生降水后導(dǎo)致膨脹土吸水發(fā)生收縮,從而喪失承載力,所以一定要把基坑防降水工作提到日程上來(lái)。根據(jù)該地鐵站的水文環(huán)境以及基坑附近情況和基坑的深度,設(shè)計(jì)人員選擇了在坑外進(jìn)行井管降水的方式保護(hù)基坑。首先對(duì)基坑附近主要降水地方的降水量進(jìn)行計(jì)算,然后在地鐵車(chē)站的兩邊挖掘一口降水井和觀(guān)察井,對(duì)排水的規(guī)律和整體地下水位情況進(jìn)行有效分析,通過(guò)周密的計(jì)算和合理的推算,最終在這一位置設(shè)置了10口降水井,降水井之間的間距為15m,所有井口的深度設(shè)計(jì)為20~25m。降水工作要在基坑挖掘前就進(jìn)行完畢,保證水位降低到基坑底部0.5m以下,以免影響基坑的挖掘操作。在使用此種方式降水時(shí),由于該地質(zhì)是膨脹性土,因此還需配合一些明排措施,比如在基坑周?chē)诰蛐〉呐潘疁?,整體匯集到一起然后排出。
3.3 基坑的挖掘施工
在做好降水井工作后,接下來(lái)就要對(duì)基坑進(jìn)行挖掘工作,但是在挖掘過(guò)程中不能盲目進(jìn)行,要有一定的要求和原則。在挖掘基坑的過(guò)程,要保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境,不能造成地質(zhì)發(fā)生一定量的位移,與此同時(shí)還要保證施工的安全性。由于施工位于膨脹土位置,設(shè)計(jì)人員結(jié)合時(shí)空效應(yīng)的規(guī)律,設(shè)計(jì)了縱向分段、豎向分層、挖掘一層、支護(hù)一層的施工原則。如果挖掘后的基坑面暴露在空氣中,土層會(huì)很快地發(fā)生收縮和崩裂,因此施工人員對(duì)其要立即封閉,最大程度上減少土層裸露到空氣中的時(shí)間。這樣就確保了基坑的穩(wěn)定性,避免施工過(guò)程中由于膨脹崩裂而造成施工質(zhì)量不合格,而且后期的維護(hù)處理也非常麻煩。針對(duì)該地鐵站施工的實(shí)際情況,結(jié)合地質(zhì)勘查的結(jié)果,最終決定一共分10層對(duì)地鐵站的基坑進(jìn)行挖掘工作,每一層的厚度為2m。而在縱向上,一共分為了9個(gè)挖掘地段,每一個(gè)地段長(zhǎng)為20m。在整體挖掘布局完成后,規(guī)定了從東向西的挖掘方向。為了提高作業(yè)的速度和施工質(zhì)量,最后使用機(jī)械方式進(jìn)行基坑土方的挖掘工作,其中反鏟挖掘機(jī)每一次可以挖掘土方1.2m3,兩臺(tái)一次可以挖掘土方2.4m3,是人力挖掘的40倍。其中需要一臺(tái)挖掘機(jī)配合清底工作,一次可以清底0.3m3,每天大約能清理出600m3的土方。在挖掘一層后,就及時(shí)對(duì)基坑的兩側(cè)做支護(hù)處理,使用鋼筋網(wǎng)和噴注混凝土進(jìn)行封閉。與此同時(shí)由于膨脹土都非常敏感,因此在工期不是非常緊張的情況下,一定要選擇天氣好的條件下進(jìn)行基坑的挖掘工作,避免對(duì)基坑的施工質(zhì)量造成影響。然后再對(duì)支護(hù)的位置做好鋼架支撐和鋼圍的安裝。技術(shù)人員要保證每一層泥土所裸露的時(shí)間不能超過(guò)8個(gè)小時(shí),這是保證基坑土層不會(huì)發(fā)生收縮崩裂的指標(biāo)。
3.4 基坑鋼支撐的安裝技術(shù)
在安裝鋼支撐之前,由于鋼支撐非常重,而且體積也比較大,而到基坑底下后,其操作和活動(dòng)的空間就非常狹小,因此通常都是在地面上完成鋼支撐的拼裝工作。在拼裝好所有的鋼支撐后,可以應(yīng)用載重為20t的龍門(mén)吊機(jī)械,和鋼支撐的鋼托連到一起,要確保兩者之間連接的緊密性,然后再使用100t的千斤頂,對(duì)鋼支撐兩端同時(shí)預(yù)加軸力,在運(yùn)行到設(shè)計(jì)位置后予以鎖定。除此之外,這還不是最終的安裝強(qiáng)度,要結(jié)合基坑挖掘的情況,還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶鞖馇闆r以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映出來(lái)的情況,以后再進(jìn)行第二次支撐軸力的添加,保證對(duì)地鐵站基坑整體支撐的強(qiáng)度。由于工程技術(shù)要求以及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)的實(shí)際情況,確定要對(duì)基坑設(shè)置3道鋼管內(nèi)支撐,這樣才能確保地鐵站的安全質(zhì)量。每一道鋼管支撐的距離為3m,而使用的鋼管都是直徑為600mm,壁厚為12mm或者16mm不等,基本上在做第一道支撐的時(shí)候都選擇壁厚為12mm的鋼管,而在進(jìn)行第二和第三道支撐的時(shí)候使用壁厚為16mm的鋼管。其中第一道鋼管支撐是支撐在基坑的冠梁上的,而第二道和第三道是支撐在鋼圍上,這種是對(duì)基坑支護(hù)的雙重保護(hù)。在對(duì)鋼支撐完畢后,等到其有一定強(qiáng)度后,就及時(shí)地進(jìn)行支撐的拆除工作,但是不能盲目地拆卸,雙方要互相配合,分級(jí)緩慢地釋放軸力,避免發(fā)生意外和危險(xiǎn),保證最后一道工序的順利進(jìn)行。
3.5 基坑的檢測(cè)工作
針對(duì)膨脹土的基坑開(kāi)挖工作,由于土質(zhì)的特殊性,因此在基坑挖掘工作進(jìn)行之前,一定要先做好基坑的監(jiān)測(cè)工作。在有關(guān)技術(shù)人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙分析后,研究有關(guān)的技術(shù)規(guī)定和要求,同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察得到的信息,以及和監(jiān)理人員和設(shè)計(jì)人員的探討后,認(rèn)定該地鐵站的基坑整體施工的控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí),因此要用2倍的基坑挖掘深度來(lái)對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)基坑挖掘的深度設(shè)置為20m,那么其整體的影響范圍為40m,也就是在基坑40m的地下管線(xiàn)以及建筑物,都是這次工程監(jiān)測(cè)的保護(hù)重點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中,其監(jiān)測(cè)的主要工作內(nèi)容為監(jiān)測(cè)土體在側(cè)面的變形情況、監(jiān)測(cè)側(cè)面土方的壓力變化情況、監(jiān)測(cè)樁頂部的整體位移情況、監(jiān)測(cè)支撐軸力的變化情況、監(jiān)測(cè)樁整體在側(cè)面的變形情況、監(jiān)測(cè)樁內(nèi)鋼筋應(yīng)力應(yīng)變的具體情況、監(jiān)測(cè)施工中地表水沉降的情況、監(jiān)測(cè)地下水位的變化情況、監(jiān)測(cè)管線(xiàn)發(fā)生沉降的情況、監(jiān)測(cè)鋼支撐撓度的情況、監(jiān)測(cè)附近建筑物是否發(fā)生沉降、監(jiān)測(cè)具體的沉降數(shù)據(jù)情況等。通過(guò)對(duì)這些內(nèi)容在施工中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),可以根據(jù)所提供的數(shù)據(jù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中所存在的問(wèn)題和一些安全隱患,對(duì)及時(shí)改變施工設(shè)計(jì)、及時(shí)調(diào)整施工對(duì)象有重要的參考作用,保證地鐵站基坑施工的安全性。
4 結(jié)語(yǔ)
由于膨脹土具有和一般土層不同的土質(zhì)性質(zhì),因此在這種土質(zhì)情況下進(jìn)行基坑的施工中,一定要有針對(duì)性地做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。比如要分層分段,挖掘一層就及時(shí)進(jìn)行支護(hù)一層的施工原則,這是非常有效的施工手段,有利于整體的施工質(zhì)量。希望在以后的發(fā)展中,會(huì)有更先進(jìn)的支持技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐中。
參考文獻(xiàn)
[1] 汪明武,秦帥,李健,等.合肥石灰改良膨脹土的非飽和強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014,(S2).
[2] 鄧長(zhǎng)茂,李鏡培.合肥膨脹土基坑工程事故分析與預(yù)防[J].結(jié)構(gòu)工程師,2011,(1).
[3] 劉毅.合肥市膨脹土邊坡失穩(wěn)問(wèn)題及其防治對(duì)策[J].工程建設(shè),2014,(3).
[4] 譚曉慧,辛志宇,沈夢(mèng)芬,等.濕脹條件下合肥膨脹土土-水特征研究[J].巖土力學(xué),2014,(12).
[5] 蔣曉慶,程樺,劉奇.合肥地區(qū)典型非飽和膨脹土蠕變模型試驗(yàn)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,(11).
[6] 胡眾,邵迅,吳軍軍.合肥地鐵膨脹土膨脹及抗剪特性試驗(yàn)研究[J].工程建設(shè),2014,(5).
[7] 膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范(GB50112-2013)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.
作者簡(jiǎn)介:郭穎(1979-),女,河北唐山人,中鐵十六局集團(tuán)北京地鐵16號(hào)線(xiàn)15標(biāo)段工程師,研究方向:地鐵工程
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