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薄壁地下连续墙支护工程技术

2010-05-21 10:25  东南建设资讯网  【  【打印】【我要纠错】

  1前言

  钢筋混凝土构筑的地下连续墙,墙体刚度大,不但能承受作用于墙面上的侧压力,还具有挡水防渗能力,且变形小,可以作为主体结构的地下室外墙或其一部分。地下墙施工的成槽机械主要有抓斗式和利用泥浆循环的掘削式设备,施工对周围土体和邻近建(构)筑物影响小,对于基坑开挖工程量大,工期长,或利用地下墙作为主体地下室外墙的工程,具有较好的综合经济效益。但对于一般基坑,由于施工技术复杂,造价较高,现有设备施工的地下墙墙体厚度较大(一般厚800mm左右),故混凝土用量较大。因而,在一定程度上限制了它的推广应用。

  采用射水法建造的薄壁地下连续墙,成槽设备较简单,它利用高压射源破坏地层结构,水土混合使泥砂溢出地面,并通过成型器(长方形350mm×1500mm)上下反复冲击运动,其下刀具进一步破坏土层,修整槽壁,槽孔中泥浆护壁,形成规格尺寸的槽段,经灌注水下混凝土建成单块槽段,单块槽段墙厚380mm,墙段宽1560mm左右,采用间隔跳打,当施工两槽段之间的槽板时,开启侧向射源,将邻近两槽板侧向泥土冲刷干净,这样,使单块槽板相互紧密衔接,形成一道完整的地下墙体,保持了传统地下连续墙的优点,减少砼用量,且这种地下墙单位体积综合价与(冲)钻孔灌注桩接近,从而大大降低了造价。

  射水法建造地下连续墙适用于淤泥、粘性土、砂土、砂砾等土层。该法原用于土坝坝体防渗的防渗墙,近年来,该法应用于基坑支护,取得良好的效果,特别在砂土等透水性好的地层中,因其自身良好的止水防渗功能,可节省止水或降水费用,有利于保护环境,社会经济效益显著。

  这种地下连续墙壁厚较小,故墙体在开挖深度上的跨度不宜过大,一般一层地下室要设一层支撑,但其整体好,矩形断面有利于抵抗弯矩,在实际应用中发现其变形并不大,完全可以满足支护要求。

  2薄壁地下连续墙的设计计算

  地处福建漳州市闹市区的某工程,高20层,框架剪力墙结构,地下室两层,开挖深度8.5m(承台深度9.5m),基坑占地面积45×37㎡,场地西、北约4.0—5.0m外均为居民住宅楼,高1—4层,浅基,砖混结构,场地东侧6m外为某银行,高5层,天然地基,框架结构,场地南侧为街道,街道边埋设有地下管线,环境条件对基坑开挖要求高。场地土层及主要物理力学性质及其它有关设计计算指标见表1。

 表1场地土层主要物理力学性质指标

     支护结构采用薄壁地下连续墙加设两道钢筋砼角撑,4根立柱,连续墙厚380mm、长度12.5m,槽段宽1560mm,共有106块槽段,如图1所示。这种支护型式在漳州地区属首次应用,设计计算如下:

  图1薄壁地下连续墙支护设计图

  2.1土压力计算采用朗肯公式计算土压力,土的强度取固结快剪指标,被动侧粘性土取快剪指标。

  2.2墙体嵌入深度计算与稳定性验算场地顶部为杂填土、粉质粘土,利用其可自立深度,将第一道支撑降低至地面以下1.7m,支撑以上基坑外的土重、邻近建筑、施工荷载作为地面超载取P0=50Pa,则计算开挖深度为7.8m.根据静力平衡法原理,计算连续墙嵌入深度,第二层开挖力矩平衡所需的嵌入深度Ht=4.2m,设计嵌入深度Hd=1.1×Ht=4.7m,连续墙板块长度12.5m.将上述方法确定的嵌入深度进行基坑抗隆起稳定性验算,可得安全系数Kr=2.17>1.3,满足要求;并进行整体稳定性验算,安全系数Kt=1.59>1.25,亦满足要求。

  2.3地下连续墙内力计算地下连续墙内力取一个槽段计算,b=1560mm,h=380mm,保护层α=30mm,采用考虑支撑设置滞后面的m法按四种工况计算:表2为各工况弯矩、剪力、支撑力、位移计算结果,取各工况弯矩包络线计算配筋。

表2薄壁地下连续墙计算结果

    2.4降水设计计算本工程场地有两层承压含水层,上部含水层被连续墙止水,可不予考虑,下部承压水水位埋深1.4m,开挖后为防止坑底突涌,必须降低第二含水层的水头压力,满足:

  h<ΣrI.hI/rw/1.2(1)

  式中:h—含水层水头高度;rI—坑底土重度;hI-坑底土厚度;rw—水重度。

  将已知值代入上式,得h<2.7m,即应将第二层地下水位降低6.1m以上,取降至基坑底,S=8.1m。根据/大井公式计算基坑涌水量:

  Q=2.73K.M.S/〔lg(1+R0/r0)〕(2)

  式中:Q—基坑涌水量;K—含水层渗透系数;M—含水层厚度;S—水位降深;R—影响半径,,R0=R+r0;r0—基坑等效半径;r0=0.29(a+b),a、b基坑长、宽。

  将有关参数代入式(2),得:Q=634.8m3/d,单井设计出水能力q=108m3/d,降水井井数n=1,1Q/q≈7(口井)。

  2.5基坑开挖监测布置为了确保支护结构和周边安全,需进行监测,在连续墙中共布6个测斜管(与连续墙深度相同),监测不同深度连续墙水平位移;布一个墙身钢筋应力测试断面,8只钢筋应力计;周边建筑每幢布4—8个沉降观测点监测建筑变形。

  本工程基坑支护原设计采用(冲)钻孔灌注桩排桩加设一道圆拱形钢筋混凝土内支撑,圈梁与圆拱断面均为1500×800,8根立柱,排桩桩径900mm,桩长19.6m,桩中心距1240mm,桩后打两排500mm、长14m粉喷桩止水,场地内注浆加固被动土(从基坑底向下3m,桩向外宽4m)。

  与原设计相比,薄壁地下连续墙一种工艺就可达到原设计排桩、粉喷桩、注浆三种工艺的效果,可节省造价约182.5万元,新设计虽然采用两层支撑,但支撑造价仍比原设计节省5.5万元,两种支护形式经济指标对比见表3。

  表3两种支护设计经济指标对比

  3支护结构施工与基坑开挖及基坑降水

  3.1地下连续墙施工:施工前,将场地标高降低1.4mm,夯实连续墙走向附近地面,水平安放轨道,使造墙机在同一电动轨道上行走,确保各槽段垂直度小于1/300,防止连续墙板块之间接触错位,影响止水效果。

  每个槽段成槽时间约2-3小时,钢筋笼下笼,接头焊接及混凝土水下灌注共3-4小时,每日可施工3-4个槽段,本工程连续墙施工共43天。

  3.2基坑开挖:采用机械自北向南退挖,分两层进行,第一层开挖至深度5.1m(南侧中段土预留,以便停放挖掘机),第二层开挖至深度8.3m,配合少量人工开挖。支撑系统施工与基坑开挖共55天,总计98天,比原设计工期提前38天。

  3.3基坑排水、降水:开挖第一层时,基坑内只有少量集水,采用明排,开挖第二层时,场地勘察孔冒水,随着开挖深度增大,基坑底部涌水量增大,于是在基坑内打7个降水井抽水,抽取含泥砾粗砂含水层中的地下水,将场地水位下降至基坑底以下。

  施工期间,漳州受台风袭击,正在开挖的其它基坑都进水,唯独本工程基坑未进水。

  3.4存在问题及解决或改进办法:

  (1)没有专门的清渣设备,故沉渣厚度不能有效控制,本次施工采用加深造孔深度0.3-0.5m作为预留沉渣空间,同时采用隔水栓进行混凝土灌注,加大混凝土初灌的冲击力,减少沉渣。

  (2)由于连续墙较薄,灌注水下砼的导管口径较小,稍有不慎,就可能使管内存在空气,出现堵管现象,本次施工,采用的措施是在导管接头加垫密封圈,选用粒径较小的碎石或卵石(粒径小于10-30mm)。

  (3)各连续墙板块之间大部分连接效果较好,但有少量粘性土部位连接不够理想,有夹泥现象,说明侧向喷嘴对粘性土不能有效清洗,应将槽段宽度改为1540mm,增加在粘土层的清洗时间,或侧向喷嘴由目前并排3个改为5个呈梅花形布置,加大侧向喷射强度;另外,成形器两端应改成弧形,使板块之间能更有效咬合。

  4应用效果验证

  4.1地下连续墙变形图2为测斜点平均位移——深度平均曲线,连续墙最大位移在基坑开挖面附近,最大值4.6-17.4mm,计算变形稍偏小,主要是由于计算无法考虑时间效应,实际土体在开挖期间存在蠕变。

  4.2地下连续墙弯矩实测深度6.9m(圈梁顶之下5.2m)连续墙钢筋最大拉应力114.9MPa,最大压应力40.6MPa.根据矩形断面钢筋砼受力平衡条件,可计算出薄壁地下连续墙实际弯矩(如图3所示),与计算弯矩对比(测试时基坑周边没有堆载,故作为对比的理论计算不考虑施工超载20KPa),从图中可以看出:各工况弯矩变化规律基本相同,但计算值一般偏大,偏于安全。

  4.3邻近建筑沉降邻近建筑沉降一般为3-5mm,未见任何开裂破坏痕迹。

  5结论

  (1)本工程采用薄壁地下连续墙,变形较小,墙身钢筋应力仍有较大安全储备,止水防渗效果好,对周边影响甚微,说明这种支护安全可靠。

  (2)薄壁地下连续墙厚度小,混凝土用量小,兼具挡土防渗功能,造价较低。本工程与原设计的排桩支护结构相比,节省造价53.7%;如果利用薄壁地下连续墙作为地下室外墙的一部分,经济效益更加显著。

  (3)射水法建造地下连续墙,施工方法简单,施工速度快,对周边影响小。

  (4)应对成形器进行适当改进,形成不同厚度规格的成形器,以适用于不同条件的基坑支护,两端呈园弧形,以增强板块之间的咬合。

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