南京地铁奥体中心站软土边坡
复合式土钉墙支护技术
黄庆华1 叶祖圣2 杜 敏2 龚洪祥3
(11中铁十九局集团有限公司 辽宁辽阳 111004;21中铁十九局集团第二工程有限公司 辽宁辽阳 111000;
31南京地铁公司 南京 210024)
摘 要 土钉支护在我国地下工程施工中已得到了广泛应用,但在软土地区深度超过9m的基坑采用土钉施工的并不多见,介绍在淤泥质土层中土钉施工技术及施工过程中应急处理方法,并对土钉施工的优缺点进行了评述。
关键词 地铁车站 软土边坡 复合式土钉墙 施工
1 引言
奥体中心站是南京地铁西延线的起点站,全长
625m,由车站及前、后折返线3部分组成,采用明挖顺作法施工,基坑深915m。在南京市河西新区,超过8m的基坑采用土钉支护还没有成功的先例。奥体中心站基坑围护采用复合式土钉支护获得成功,其经验对类似的软土地区基坑土钉支护施工具有重要的参考意义。
奥体中心站位于南京市规划的上新河路和青石埂路交叉路口的西北角,周边空旷,车站主体为地下一层、地上三层,属浅埋地铁车站。地下一层为双侧式站台车站,有效站台长142m,宽418m,采用钢筋
收稿日期:20031009
混凝土四层多跨箱形框架结构,主体结构跨度一般为8m,最大部位达到1115m;折返线主要为单洞单跨结构,净跨度914～1016m,站前折返线一部分为双洞双跨结构,净跨度417～511m。
奥体中心站场地地貌为长江漫滩,地表水系发育,地表为杂填土,层厚1～2m,向下依次为厚4～6m软塑～流塑状淤泥质土,厚512～815m的粉土粉砂,均为可液化土层。结构底板落在粉土层中。
场地内淤泥质土饱含地下水,但透水性差,属弱～微透水层。淤泥质粉质黏土作为相对隔水层,上层为潜水,以下为承压水。
奥体中心站水位在地面以下013～015m,主要接受大气降水和沟、塘及长江的入、渗补给,水位受季节性控制,年最大水位变幅小于110m,一般在015m左右。
后,根据设计地质资料结合实际地质调查进行初步的地质分析,对隧道的地质情况分段(按100～200m)进行评价和预测以指导施工,确定什么地段需加密进行地质超前预报的测试工作。
(2)乌鞘岭特长隧道地质复杂多变且具有代表性,应用TSP203地质超前预报系统作地质预报是成功的,可以推广应用到其它需要超前地质预报的项目中;在工期紧、任务重且地质状况复杂多变的项目中用TSP203超前预报系统进行预测将比用其它单一方法预测效果明显。当然,如有条件,用地质雷达、TSP203、超前钻孔相结合的方法相互验证,效果会更好。
47
314 预测效果验证
我们根据TSP203超前地质预报结果采取了有针对性的施工方案和措施,顺利通过了该段不良地质,为确保总工期奠定了基础。
我们把预测结果与施工过后的实际围岩作了比较,共抽查了50个点,其中47个点与预测结果相同,预报不良地质体位置的精度达94%,有效预报距离为掌子面前方100～150m。
4 结论
(1)隧道施工前应认真收集隧道地区的地质、水
文资料,整体上对工程所处区域有个感性认识,然
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・岩土工程・
2 复合土钉墙设计
本工程采用二级放坡加复合土钉墙支护体系。开挖边坡与水平方向夹角接近60°,边坡中部设2m宽马道;在基坑外侧2m设止水帷幕,搅拌桩桩径<700mm,长15m,间距50cm,水泥掺量18%。土
钉长度上部为9m,基坑底部一排为12m,土钉直径48mm,壁厚315mm,间距110m×111m,采用两次注浆工艺,第一次注水泥浆,第二次注水泥砂浆。坡面铺设20cm×20cm、<8mm冷轧带肋钢筋网,土钉部位设<20mm井字压筋,喷射厚10cm混凝土进行防护,见图1。
图1 土钉墙支护(单位:cm)
根据提供土层数据,应用浙江大学开发的基坑
辅助设计系统软件、结合《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)建议的分析方法,对本工程土钉墙内部和外部稳定性进行分析评价。
(1)土钉支护计算基坑开挖深916m,基坑坡角为60°,土钉墙围护结构共设8道土钉。计算时考虑地面超载15kPa。地下水位高程为现有地面高程。计算模型见图2。
表1 土层数据
土层号
123
厚度
/m214418513
黏聚力
/kPa6131110919
内摩擦角
)/(°
101215132518
容重
/(kN・m-3)
191017171816
表2 土钉墙参数
土钉道号
12345678
竖向间距
/m115111111111111111111111
土钉与土体界面粘结强度
/MPa2020202030304040
土钉长度
/m9109109109109109109101210
注:土钉直径120mm,水平间距1m,土钉与水平面夹角15°。
图2 土钉墙稳定性计算模型
(2)土层数据(见表1)
(3)地基承载力取粉土的标准承载力。《岩土工
(5)计算结果
程勘察报告》所提供的粉土标准承载力为90～120kPa,本次计算取值为100kPa。
(4)土钉墙参数(见表2)48
土钉强度和长度满足要求。
每一步开挖和加钉后土钉墙内部整体稳定性安全系数=1117～1151>1110,满足要求。
土钉墙外部整体稳定性分析结果:抗倾覆稳定安全系数Kq=912>113,满足要求。抗滑移稳定安
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・岩土工程・
全系数Kh=118>112,满足要求。基底平均压力P
=176195kPa<地基承载力f=323182kPa,满足要求。基底最大压应力Pmax=234182kPa<112f=388158kPa,满足要求。深部土体圆弧滑动安全系数Ks=115>113,满足要求。
(6)评价计算结果表明,土钉强度、长度、土钉墙内部稳定性和外部稳定性等指标满足要求,但在坡顶和坡底边坡内部稳定性仍然偏低。为此,对边坡设置和土钉墙参数进行优化,办法是:在坡脚处设混凝土挡墙,既有利于边坡稳定,又作为主体结构的外模使用;从有利于边坡稳定的角度出发,在坡顶和边坡中部各设一个台阶;建议上层2道土钉适当加长。
(1)为保证止水帷幕的质量,搅拌桩的水泥掺量
选用18%,水灰比014～015。
(2)控制桩位偏差小于20mm,垂直度偏差小于1%。
(3)严格控制搅拌轴提升速度,一般不超出015m/min。
(4)保证连续泵送浆液,不得中断。412 降水施工
(1)降水在基坑开挖前20d开始。
(2)井管采用<360mm无砂混凝土井管,其孔
3 降水方案
由于本工程地下承压水层较厚、水头高、补给丰富、透水性好,为防止基础开挖时产生管涌和流砂,保证基坑边坡的稳定,基坑开挖前必须进行降水。为此,我集团邀请河海大学和南京市水文地质专家共同研讨,并通过抽水试验确定降水方案。
(1)浅部止水帷幕的设置浅部止水是利用黏土层有较好的隔水性能,且层位稳定,上层潜水不易下渗的特点,对总厚度5～7m淤泥质黏土采用深层搅拌桩作为止水帷幕,深层搅拌桩的深度按控制管涌的要求计算确定,达到浅层止水、改变土质条件的目的。
(2)管井结合井点降水
根据地质水文条件,上层潜水采用井点降水结合明挖明排降水,下层承压水按浅层原则布井,将水位降至底板下015～110m,井深16m,井距纵向15m,横向20m,共布置管井98口,管井布置见图3。
隙率不小于25%。
(3)钻孔时孔径比管径大013m;钻孔深比管底深110m,钻进时应取土样,并做好记录。
(4)滤料投放前应清孔洗井,滤料投放量不应小于计算量的95%。413 基坑开挖
总的原则是分层分段开挖基坑,横向从两侧向中间开挖,纵向后退式开挖,坑底留50cm的土体采用人工清底,以减小对坡面和坑底的扰动。施工时注意以下几点:
(1)竖向分层与土钉墙护坡高度相配合,开挖一层,支护一层;纵向分段与结构分段相一致,挖至设计高程后,及时浇筑垫层封底。
(2)在基坑开挖过程中,只有当上层土钉注浆体及喷射混凝土面层强度达到设计强度的70%后方可开挖下层土方。
(3)严格控制每层的开挖深度,杜绝超挖。(4)开挖、支护、降水、结构施工必须紧密配合,紧凑衔接。414 土钉的施工土钉施工工艺流程:分段挖土修面→初喷封闭→打入管钉→注浆→坡面挂网→二次喷混凝土→进入下一循环。
(1)坡面修整时,人工配合机械修整坡面,严禁超挖。
(2)为了有利于边坡稳定以及钻孔作业,坡面初喷厚3～5cmC20混凝土封闭,喷射作业分段、分片进行,每一段内喷射顺序自下而上,段与段、片与片的终端喷射成45°的斜坡,以便喷射混凝土牢固地连成整体。
(3)在边坡上作好孔位标志,用土层锚杆钻机钻孔,然后顶入管钉,水平管间距为1m,沿坡面排距
49
图3 管井布置
4 基坑开挖施工方法
411 施作水泥搅拌桩止水帷幕
搅拌桩施工选用双轴深搅机,施工进度快,搭接接头少,防渗效果好。
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・岩土工程・
为114m。
(4)采用<48mm×315mm的钢管周面带孔,端部密闭,高压间歇注浆,注浆压力为015～110MPa。在孔口部位设置止浆塞。
(5)网片为长118m、宽113m,网格不小于20cm,用扎丝扎牢。
(6)钢管端部与面层钢筋网用4根<20mm“井”字
压力还很大,形成喷涌,单从土钉中注浆封闭困难。
原因是长土钉穿过搅拌桩,破坏了止水帷幕,地下水沿土钉孔流出。
处理办法:在涌水地段边坡止水帷幕外侧打入竖向花管注双液浆,最后在土钉内注浆封堵。513 坡面隆起
形短钢筋焊接到面层钢筋网上。如图4所示。
坡面防护做完4～8h后,出现坡面隆起,将喷层破坏。
原因是软流塑状淤泥层强度低,具有压缩性、蠕变性,自稳时间短,稍有扰动易出现流淌现象,且支护的早期强度不足。
处理办法:减小基坑开挖分段长度和分层厚度,及时封闭,加密土钉间距,在每一根水平土钉附近增加竖向短土钉并连接在一起,用袋装土逐层堆码反压,再挂网喷射混凝土,阻止土体流失。
6 存在问题
图4 土钉钢管与面层钢筋网的联结
(1)土钉支护属柔性支护,地表变形相对较大,
(7)二次喷射厚5～8cm混凝土面层。
适合在场地空旷、无建筑物的地区施工。
(2)采用放坡开挖,占地面积比较大,征用土地多。
(3)由于目前还没有比较经济的回收方法,大多
5 施工过程中出现的问题及应对措施
511 边坡开裂、位移
在软塑粉质黏土地段,基坑开挖至马道时,边坡收敛位移均比较小,一般为2～3cm,但在由马道向下开挖后,在距坡顶8～9m的地表开始出现裂缝,随着基坑逐步挖深,地面裂缝也逐渐加大,达到4～6cm;地表沉降12cm。在流塑淤泥质土地段变形值更大,最大的坡顶位移达18cm,土体已经失稳。从地表开裂位置来看,正好是土钉端头附近,这说明土钉偏短。
采取措施如下:
(1)在马道与边坡的交角处设竖向土钉,将其与锁角土钉焊在一起,控制土体的位移;
(2)地表裂缝填流动性较好的水泥砂浆,既可粘结土体,又可止水;
(3)上层两排土钉加长至12m,以增加土钉支护的强度。
(4)在地表裂缝外侧10m处设竖向锚桩,用钢筋将锚桩与边坡上的锚杆连成一体并预加一定的拉力。512 边坡涌水
部分地段在土钉打入后,土钉周边有水涌出,有时50
将土钉留在地下,对以后的土地使用有影响,尤其是
在城市内更明显,这也是今后所要研究的课题。
7 结束语
本工程自2002年12月开工至2003年6月基坑开挖完,经过了2次持续大暴雨的考验,基坑处于稳定状态,未出现大的险情,证明软土地层基坑采用复合土钉支护是可行的。
土钉支护是一项时空性很强的施工工艺,在实施过程中要结合现场实际及时调整支护参数,措施要得当,工序要紧凑,处理要快。
软土含水地层土钉支护,要高度重视水的影响,采取切实可行的止水和降水措施。
土钉支护施工造价较低(8000元/延米,仅为混凝土排桩支护的1/3),且适用性强,具有其它围护结构不可比拟的优点。
由于没有内支撑,工作面大,便于机械作业,大大提高工效。
工法成熟,易于操作,不需大型机械设备。
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No.1,2004AbstractsandKeywords
Thedevelopmentofrailtransportationandtheapplicationofhightechnology
QianQingquan,HeZhengyou
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