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        緊鄰多條運(yùn)營(yíng)地鐵的深基坑變形控制研究

        2020-11-10 00:07:38陳賽亮
        建筑施工 2020年7期
        關(guān)鍵詞:變形結(jié)構(gòu)施工

        陳賽亮

        上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

        1 工程背景

        1.1 工程概況

        上海市廣川A地塊商品房項(xiàng)目位于長(zhǎng)安路南側(cè),東鄰梅園路,南至光復(fù)路,西靠金峰大廈、五礦大廈,緊鄰運(yùn)營(yíng)中的上海軌交漢中路站。軌交13號(hào)線(xiàn)漢中路車(chē)站南北方向橫穿施工場(chǎng)地,埋深約31 m,軌交12號(hào)線(xiàn)漢中路車(chē)站、區(qū)間隧道位于基坑北側(cè),埋深約20 m,軌交1號(hào)線(xiàn)區(qū)間隧道位于基坑?xùn)|北側(cè),埋深約11 m。其中軌交12、13號(hào)線(xiàn)車(chē)站圍護(hù)體與項(xiàng)目基坑圍護(hù)共墻,端頭井距基坑最近僅3.0 m;軌交1號(hào)線(xiàn)區(qū)間隧道距基坑最近為21.9 m(圖1)。

        基坑開(kāi)挖深度為9.62、9.82、10.02 m,局部深坑落低1~3 m,采用明挖順作法施工。基坑分為D1、D2及E三個(gè)區(qū)進(jìn)行施工,首先施工D1區(qū)基坑,待D1區(qū)基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成后,再同時(shí)施工D2及E區(qū)基坑?;訃o(hù)體系為三軸攪拌樁止水帷幕及地下連續(xù)墻。

        圖1 周邊環(huán)境示意

        1.2 工程地質(zhì)、水文條件

        根據(jù)地勘報(bào)告,本工程位于正常地層分布區(qū),主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成,具水平層理。場(chǎng)地的地層分布整體較穩(wěn)定,局部地段地層有一定起伏。

        本場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要有淺部土層的潛水和深部粉(砂)土層中的承壓水,與基坑施工密切相關(guān)的主要為淺部土層中的潛水。

        1)潛水:場(chǎng)地淺部土層的潛水水位高低主要取決于降雨量的大小和雨期持續(xù)時(shí)間。根據(jù)地勘報(bào)告,地下潛水穩(wěn)定水位埋深為1.2~1.7 m,其相應(yīng)標(biāo)高為1.58~2.37 m。

        2)承壓水:場(chǎng)地第⑦層為上海地區(qū)第一承壓水含水層。據(jù)相關(guān)工程長(zhǎng)期水位觀測(cè)資料,承壓含水層水位年呈周期性變化,承壓水水位埋深的變化幅度在3.0~12.0 m。

        2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)理論分析

        2.1 環(huán)境條件及基坑保護(hù)等級(jí)

        綜合基坑本身情況及周邊環(huán)境,并結(jié)合相關(guān)規(guī)范的要求,本基坑的安全等級(jí)均為一級(jí);基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)除D1區(qū)為二級(jí),其余均為一級(jí)。

        2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)理論分析

        D2區(qū)靠近軌交1、12號(hào)線(xiàn)區(qū)間側(cè),E區(qū)靠近五礦大廈側(cè),D1、D2區(qū)采用厚800 mm地下連續(xù)墻,其余范圍均采用厚600 mm地下連續(xù)墻的圍護(hù)形式。沿基坑深度方向采用2道鋼筋混凝土支撐。采用同濟(jì)啟明星軟件以及基坑穩(wěn)定性計(jì)算軟件,對(duì)地塊基坑取D2區(qū)靠近軌交1、12號(hào)線(xiàn)區(qū)間側(cè),D2區(qū)其他區(qū)域,D1、D2區(qū)端封墻處,E區(qū)靠近五礦大廈側(cè),E區(qū)其余范圍等5個(gè)斷面進(jìn)行分析計(jì)算:

        1)D2區(qū)靠近軌交1、12號(hào)線(xiàn)區(qū)間側(cè):圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移為12.2 mm,滿(mǎn)足一級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

        2)D 2 區(qū)其他區(qū)域:圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移為17.2 mm,滿(mǎn)足一級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

        3)D1、D2區(qū)端封墻處:圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大向位側(cè)移為25.7 mm,滿(mǎn)足二級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

        4)E 區(qū)靠近五礦大廈側(cè):圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移為14.2 mm,滿(mǎn)足一級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

        5)E區(qū)其余范圍(厚600 mm地下連續(xù)墻區(qū)域):根據(jù)計(jì)算結(jié)果,圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移為17.2 mm,滿(mǎn)足一級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

        3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)分析

        3.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)

        根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)單位提供的數(shù)據(jù),基坑施工對(duì)圍護(hù)墻體深層水平位移的影響與開(kāi)挖的工序和測(cè)孔埋設(shè)位置有關(guān)。土方開(kāi)挖后暴露的時(shí)間越長(zhǎng),墻體的變形越大;一旦支撐形成,圍護(hù)墻體的位移增量迅速遞減[1]。位于基坑中間段的墻體的變形量明顯小于基坑端兩側(cè)的變形量。

        取基坑距軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)最近的地下連續(xù)墻測(cè)斜點(diǎn)及基坑其他區(qū)域最大地下連續(xù)墻測(cè)斜點(diǎn),作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的主要依據(jù),同時(shí)與理論計(jì)算變形值進(jìn)行分析。

        1)D2區(qū)靠近軌交1、12號(hào)線(xiàn)區(qū)間側(cè)最大變形數(shù)據(jù)為16.9 mm(CX07)(圖2)。

        2)D2區(qū)其他區(qū)域最大變形數(shù)據(jù)為17 mm(CX06)(圖3)。

        圖2 CX07測(cè)斜孔累計(jì)變形曲線(xiàn)

        圖3 CX06測(cè)斜孔累計(jì)變形曲線(xiàn)

        3)D1、D2區(qū)端封墻處最大變形數(shù)據(jù)為18.2 mm(CX05)(圖4)。

        4)E 區(qū)靠近五礦大廈側(cè)最大變形數(shù)據(jù)2 1.8 m m(CX12)(圖5)。

        圖4 CX05測(cè)斜孔累計(jì)變形曲線(xiàn)

        圖5 CX12測(cè)斜孔累計(jì)變形曲線(xiàn)

        圖6 CX10測(cè)斜孔累計(jì)變形曲線(xiàn)

        5)E區(qū)其余范圍最大變形數(shù)據(jù)為17.2 mm(CX10)(圖6)。

        3.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形實(shí)際值與理論值對(duì)比分析

        通過(guò)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形實(shí)際值與理論值對(duì)比可以看出,除E區(qū)靠近五礦大廈側(cè)CX12最大變形數(shù)據(jù)為21.8 mm,大于理論值外,其他測(cè)斜孔的變形數(shù)據(jù)均小于理論值,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形得到了很好的控制。E區(qū)靠近五礦大廈側(cè)地下連續(xù)墻變形雖然超理論值,但實(shí)際施工過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的影響很小,處于可控范圍內(nèi)。

        基坑施工過(guò)程中圍護(hù)墻體并未發(fā)生因變形導(dǎo)致的圍護(hù)墻開(kāi)裂和滲漏水等事故,坑外土體未發(fā)生區(qū)域性的塌陷?;訃o(hù)、軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)的變形均在控制范圍內(nèi)。

        4 基坑施工對(duì)軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)變形影響分析

        4.1 圍護(hù)工程施工

        1)三軸攪拌樁槽壁加固及深坑坑底加固的過(guò)程中,會(huì)使土體產(chǎn)生擠壓效應(yīng),引起周邊構(gòu)筑物的沉降或隆起及側(cè)向位移。

        2)地下連續(xù)墻成槽施工,實(shí)際上挖土卸荷的過(guò)程,地下連續(xù)墻在成槽過(guò)程中如出現(xiàn)深層土坍塌,將會(huì)引起深層土體位移,引起軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)體的變形。

        4.2 基坑降水

        長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的基坑內(nèi)降水,改變了原有地基應(yīng)力狀態(tài),會(huì)對(duì)鄰近的軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)及建筑物產(chǎn)生附加變形[2-3],且本工程②3層土滲透系數(shù)過(guò)大,容易造成坑底流沙等現(xiàn)象,對(duì)既有軌交運(yùn)營(yíng)安全產(chǎn)生一定的影響。

        4.3 土方開(kāi)挖

        土方開(kāi)挖過(guò)程中,基坑坑底將會(huì)失去上部土方的荷載,使坑底土體向上隆起,進(jìn)而使圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向變形,基坑周邊的土方也會(huì)發(fā)生移動(dòng),進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致地面沉降及軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)體的變形[4]。

        5 變形控制技術(shù)措施

        5.1 優(yōu)化圍護(hù)工程施工工序,提高施工質(zhì)量

        靠近軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)側(cè)的地下連續(xù)墻采取間隔跳打方式,間隔應(yīng)該不少于3幅,減少成槽過(guò)程中挖土卸載帶來(lái)的變形。同時(shí),地下連續(xù)墻成槽、鋼筋籠安放、混凝土澆筑等施工安排在軌交停運(yùn)的每日23:30至次日05:00。

        靠軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)側(cè)的地下連續(xù)墻施工時(shí),適當(dāng)增大成槽孔泥漿比重,減少坍塌程度。減少裸槽時(shí)間,成槽結(jié)束后及時(shí)澆筑混凝土,從成槽開(kāi)始到混凝土澆筑完成,單幅成墻時(shí)間控制在15 h之內(nèi)。

        施工過(guò)程須嚴(yán)格控制、跟蹤并檢查每根三軸攪拌樁的水泥用量、樁長(zhǎng)、攪拌頭下降和提升速度、漿液流量、噴漿壓力、成樁垂直度、標(biāo)高等。攪拌樁樁體達(dá)到28 d齡期后,應(yīng)鉆孔取芯測(cè)試,其抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

        5.2 合理安排基坑降水

        本工程基坑在開(kāi)挖深度范圍內(nèi)的地層中局部含粉性土較多,一旦在開(kāi)挖深度范圍內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)有薄弱點(diǎn),地下水和細(xì)顆粒含水介質(zhì)均會(huì)順勢(shì)從基坑的側(cè)向涌入,嚴(yán)重時(shí),坑外潛水水位下降或者含水量降低過(guò)多,則坑外地面沉降加劇。因此,基坑內(nèi)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求降水,使水位平穩(wěn)下降,避免因水位急劇下降而導(dǎo)致沉降量增加[5]。限定單泵出水量,防止因出水量過(guò)大、地下水流速過(guò)急,而帶動(dòng)細(xì)砂涌入井內(nèi),造成地基層破壞。

        5.3 優(yōu)化土方開(kāi)挖方案

        基坑土方開(kāi)挖必須堅(jiān)持“分層、分區(qū)、對(duì)撐、限時(shí)”的原則,并嚴(yán)格按照圍護(hù)設(shè)計(jì)要求盡早形成對(duì)撐(南北向先形成,再東西向形成),以減少對(duì)軌交車(chē)站、區(qū)間隧道的影響。為減小基坑開(kāi)挖時(shí)土體的時(shí)空效應(yīng),加快基坑挖土及出土速度,控制圍護(hù)體的變形,本工程基坑第1、2層土方采用分塊開(kāi)挖的方式,D1、D2、E三區(qū)按分塊依次開(kāi)挖[6-7]。

        待基坑開(kāi)挖至坑底后,后續(xù)工程應(yīng)及時(shí)跟進(jìn),墊層隨挖隨澆,分塊面積控制在200 m2內(nèi),靠軌交結(jié)構(gòu)側(cè)設(shè)置加筋墊層,并盡快施工底板,以抵抗坑底隆起變形。

        6 軌交結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)分析

        運(yùn)營(yíng)軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)取距離其最近的基坑,從第2層土方開(kāi)挖至底板結(jié)束。從軌交運(yùn)營(yíng)方提供的監(jiān)測(cè)報(bào)表可以看出,基坑施工過(guò)程中,隨著支撐、墊層、底板的形成,軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)有明顯的收斂,符合基坑開(kāi)挖過(guò)程中的軌交結(jié)構(gòu)變化規(guī)律[8]。通過(guò)優(yōu)化圍護(hù)工程施工工序、合理安排基坑降水、優(yōu)化土方開(kāi)挖方案,軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù)均在可控范圍內(nèi)。

        7 結(jié)語(yǔ)

        項(xiàng)目于2018年8月14日完成基礎(chǔ)底板施工,基坑圍護(hù)及軌交結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)較好,同時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的影響也非常小。通過(guò)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,主要得出以下3個(gè)結(jié)論:

        1)地下連續(xù)墻施工過(guò)程中通過(guò)采取間隔跳打、增大成槽孔泥漿比重、減少裸槽時(shí)間等方式,提高地下連續(xù)墻施工質(zhì)量,可以有效地控制基坑、軌交結(jié)構(gòu)的變形。

        2)緊鄰軌交車(chē)站、隧道的深基坑施工過(guò)程,由于軌交車(chē)站結(jié)構(gòu)剛度對(duì)隧道結(jié)構(gòu)剛度大,明顯可以看出軌交車(chē)站的變形比隧道變形小。

        3)隨著基坑支撐、墊層、底板的形成,軌交車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)有明顯的收斂,變形速率變緩。

        由此可見(jiàn),在緊鄰運(yùn)營(yíng)軌交的深基坑施工過(guò)程中,變形控制不僅需要注意施工過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)管理,還需要根據(jù)變形數(shù)據(jù),不斷地調(diào)整技術(shù)措施,進(jìn)一步減小因應(yīng)力釋放造成的基坑微變形,進(jìn)而降低對(duì)周邊環(huán)境的影響,才能確保運(yùn)營(yíng)軌交的安全。

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