機(jī)建建筑巖土工程探新范文

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巖土工程勘察

1管幕法設(shè)計(jì)施工中的巖土工程

1.1對巖土工程情況的要求

管幕-箱涵法施工的方法很多，且適用不同的地質(zhì)條件及各種工程場地。從巖土工程角度考慮，它有如下的要求：

1）由于它適用于各種地質(zhì)條件，所以要求調(diào)查相關(guān)的地質(zhì)、巖性、地下水等情況；

2）除主體工程外，輔助場地也需要作巖土工程分析；

3）工作井（基坑）與接收井需重點(diǎn)探查。

1.2地基土的加固

管幕段在軟土地層中需要加固。地基土加固的目的為：降低地表沉降、減少管幕段上方土體的沉降、降低管幕段的側(cè)向變形、增加管幕段開挖面的穩(wěn)定。軟土地區(qū)若設(shè)置預(yù)制箱涵工作井，如考慮不用抗浮構(gòu)件，可考慮采用地基土加固處理方案，以提高地基土的強(qiáng)度。

2巖土工程勘察要求

應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目了解工程實(shí)施方案的特點(diǎn)，明確工作井與接受井的布設(shè)方式，掌握和控制與巖土有關(guān)的施工難點(diǎn)問題。工程的主體段應(yīng)查清場地地層分布、巖土特性，特別是軟土地區(qū)土層的性質(zhì)；工程埋深很淺，需查明淺層市政設(shè)施分布等情況，同時(shí)應(yīng)查明場地地下水類型及對工程的影響，并判定對建筑材料的腐蝕性等。

3勘察方案的布設(shè)

3.1布孔原則

工程主體段寬度≥20m，布置2排孔；主體段寬度＜20m，兩側(cè)交叉布置；勘探孔間距≤30m，勘探孔布置在管幕外側(cè)3～5m。接收井應(yīng)專門布孔，工作井布孔應(yīng)加密至15～20m。輔助工作井（或預(yù)制場地）布孔同工作井。

3.2孔深確定

勘探孔一般布設(shè)控制性孔和一般性孔。結(jié)合《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》和《市政工程勘察規(guī)范》管涵相關(guān)條文，確定一般性孔深為箱涵埋深下8～10m，當(dāng)?shù)鼗林饕獮檐浲習(xí)r，應(yīng)適當(dāng)加深?？刂菩钥咨顬橄浜裆?壓縮層厚度?？碧绞侄沃饕獮殪o力觸探和鉆探，其比例可控制為2∶1。同時(shí)，軟土地區(qū)可沿管幕外側(cè)布置小螺紋鉆，以查明不良地質(zhì)發(fā)育、分布情況。管幕段視其長度選取不少于2個(gè)孔，在管幕以上2m至以下2m范圍內(nèi)連續(xù)取土樣。接收井、工作井井深依據(jù)基坑工程勘察情況來考慮。對設(shè)立預(yù)制箱涵的工作井，需考慮設(shè)立樁抗浮或根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案（工作井一般屬一、二級深基坑，支護(hù)結(jié)構(gòu)可采用地下連續(xù)墻或型鋼水泥土攪拌墻等）綜合考慮確定孔深，即孔深應(yīng)滿足圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗(yàn)算的要求，一般不宜小于工作井、接收井基坑深度的2.5倍。

3.3箱涵荷重的確定

地下工程一般情況下，下部土體不存在承受附加壓力問題。對管幕-箱涵法工程，管幕完成后的一段時(shí)間其內(nèi)部形成封閉狀態(tài)，可根據(jù)幾個(gè)工程實(shí)例估算管幕內(nèi)每平方米的箱涵荷重。如：北京首都機(jī)場T2—T3航站樓箱涵荷重約為84.0kPa；上海北虹路箱涵荷重約為80.9kPa；臺(tái)北復(fù)興路穿機(jī)場地道箱涵荷重為96.9kPa。箱涵下的管體間鎖口相連，可不看作為剛性層，估算上述管幕內(nèi)相應(yīng)土體（飽和狀態(tài)）荷重分別約為：60.2kPa（北京）、55.5kPa（上海）、71.7kPa（臺(tái)北），即箱涵荷重均大于相應(yīng)部位飽和土體質(zhì)量，施工期間的附加應(yīng)力分別為23.8，25.4，25.2kPa，壓力范圍處于彈性階段，但箱涵寬度大，長寬比約為3.6～10。以上海北虹路箱涵為例，箱涵寬度34m左右，估算壓縮層厚約20m左右。

4原位測試及土工試驗(yàn)

在管幕段和工作井部位需測量承壓水頭，軟土地區(qū)需做管幕內(nèi)地基土開挖穩(wěn)定及基坑穩(wěn)定驗(yàn)算所需的三軸CU試驗(yàn)及土層的滲透系數(shù)K、側(cè)壓力系數(shù)K0試驗(yàn)。工作井處在軟土地層中應(yīng)布置“十”字板孔。

5勘察實(shí)施中的問題

1）對擬建場地管線的分布，應(yīng)收集調(diào)查相應(yīng)資料，全面了解管線類別、走向、埋深等，一般可考慮采用物探手段加以探明；

2）進(jìn)行專門的水文地質(zhì)調(diào)查，特別是工作井和接收井處在地下水位比較高的粉性土與砂性土中應(yīng)作抽水試驗(yàn)，并了解地下水補(bǔ)給與排泄情況；

3）布置于管幕范圍的孔，勘探結(jié)束后，應(yīng)用黏土球填沒。

6勘察成果

勘察成果應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和施工要求，同時(shí)還要滿足除常規(guī)的管幕頂管及箱涵支撐、開挖、頂進(jìn)所需要的施工要求外，設(shè)計(jì)計(jì)算模型所需要的參數(shù)及反饋分析計(jì)算所需參數(shù)的要求。

巖土工程問題

1管幕內(nèi)開挖邊坡的穩(wěn)定性

軟土地區(qū)對管幕內(nèi)土體不加固的箱涵推進(jìn)方案，出洞時(shí)需要對土體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。

2管幕內(nèi)土體的加固

國外軟土地區(qū)的管幕內(nèi)箱涵施工，一般都要進(jìn)行管幕施工前的垂直向加固，或管幕施工后的水平向加固。在軟土地區(qū)管幕內(nèi)土體不進(jìn)行加固，但要對出洞地段在箱涵長度方向1倍左右高度范圍內(nèi)的土體進(jìn)行加固，目的是為了減少頂進(jìn)箱涵時(shí)管幕撓曲變形，進(jìn)而有利地表的環(huán)境保護(hù)。一般近井口處采用水泥攪拌樁，稍遠(yuǎn)處采用壓密注漿加固，并進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，以保證開挖面的穩(wěn)定。

3管排鎖口處及時(shí)注漿

在管排鎖口處抹滑潤止水漿液，起到減阻作用，管頂后漿液遇水固結(jié)。在箱涵頂進(jìn)中其外壁注入鈉基膨潤土和其他聚合物制成的復(fù)合觸變泥漿，使其四周形成泥漿套潤滑減阻，減少土體擾動(dòng)及支承上覆土體，同時(shí)合理控制好泥漿量、壓力及注漿點(diǎn)，也有利于頂進(jìn)時(shí)減阻及減少地表沉降。例如上海北虹路地道工程形成泥漿套后的注漿壓力為0.1～0.2MPa。為避免鋼管局部應(yīng)力集中而屈服，造成大的先期沉降，在鋼管內(nèi)可充填混凝土，以加大縱向剛度。

4管幕-箱涵法工程的沉降

管幕-箱涵法工程的沉降由兩部分組成，即管排頂進(jìn)形成管幕時(shí)的變形，以及在管幕內(nèi)推進(jìn)預(yù)制箱涵或現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)形成的沉降。對于用支撐現(xiàn)澆構(gòu)筑施工的，其引起的沉降較大。

4.1管幕施工過程中的沉降

管幕施工中主要的控制因素是地面沉降。對管幕變形量目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。日本的管幕法允許變形量[δ]＝5mm。北京機(jī)場T2—T3管幕頂進(jìn)完成后，鋼管在自重作用下，中間最大下沉量達(dá)到6.5mm。控制管幕頂進(jìn)變形主要是選用合適的管排頂進(jìn)施工順序，即先下排后側(cè)排，最后頂排施工。從實(shí)踐和理論分析都表明頂排管幕施工是減少沉降的關(guān)鍵。避免逐一單管頂進(jìn)引起地面沉降遞加效應(yīng)，以減少沉降；同時(shí)必須提高頂進(jìn)施工精度，且注意管幕頂進(jìn)過程的速度與出土量的平衡?？傋冃沃斜仨毧紤]土體擾動(dòng)超孔隙壓力消失后形成的壓密變形。減少頂進(jìn)引起的變形，其措施為選用合適的潤滑材料及其背后注漿和二次注漿。

4.2箱涵施工過程中的沉降

一般說，地表變形控制或地表沉降是管幕-箱涵施工引起的綜合沉降，而管幕施工引起的沉降是較快完成的。地表的下沉主要是管幕的厚度及剛度有限；管幕工程上覆土較淺，不能形成卸力拱，上方土體隨管幕下沉而下沉，即使是支撐下現(xiàn)澆箱涵或頂進(jìn)預(yù)制箱涵，同時(shí)采取注漿措施，但土體開挖引起的頂部管幕仍有下沉。在管幕封閉施工期間，其內(nèi)土體排除后置換箱涵結(jié)構(gòu)，基底的附加應(yīng)力很小，產(chǎn)生的沉降很小，箱涵基層下土體基本上處于回彈壓縮狀態(tài)；施工完成后仍處在飽和環(huán)境下，理論上不產(chǎn)生沉降，而且也未見過箱涵施工引起的單獨(dú)變形觀測資料。

地表變形與施工方法密切有關(guān)，更為確切的是與施工出土有關(guān)，以管幕-箱涵施工為例，在箱涵頂進(jìn)過程中有管幕變形效應(yīng)產(chǎn)生。例如上海北虹路工程即在施工切口前15m和切口后10m范圍內(nèi)有隆起變形，一般達(dá)50mm，分析認(rèn)為與土體固結(jié)時(shí)間有關(guān)，3d后孔壓消失土體固結(jié)，地表基本不隆起。將網(wǎng)格擠土頂進(jìn)與網(wǎng)格內(nèi)挖土頂進(jìn)比較，前者的固結(jié)沉降是后者的1/3。北京的管幕下土體雖經(jīng)水平向加固，但理論分析結(jié)果認(rèn)為，工作面前方5～40m范圍內(nèi)鋼管最大隆起1.5mm，開挖時(shí)仍引起箱涵上方管幕繼續(xù)下沉，地表最大下沉14mm。

控制地表的沉降，最主要的是提高管幕施工精度及盡可能縮小箱涵與管幕間的建筑空間；其次是上覆土不大時(shí)，需控制箱涵網(wǎng)格抬頭，在網(wǎng)格內(nèi)控制出土，減少地面隆起，而受兩側(cè)向管排約束隆起量則中間大，兩邊小。施工中控制箱涵推進(jìn)速度、調(diào)節(jié)泥漿套注漿壓力是控制地表變形的有效手段?？刂茲{液均勻、連續(xù)地注入，保證鋼管鎖口間及塘口處的密封性，以及后續(xù)水泥漿置換膨潤土，應(yīng)當(dāng)在推進(jìn)全部結(jié)束后，在管幕與箱涵間壓注固化材料，以減少后期沉降。從實(shí)測地表變形分析，箱涵推進(jìn)過程中地表的變形在靠近切口處沉降速率大，而在切口后的沉降速率小。

1節(jié)制箱涵推進(jìn)的地面隆起量可達(dá)40mm，見圖1。4巖土工程監(jiān)測在設(shè)計(jì)分析及施工預(yù)測中許多不確定因素需要通過現(xiàn)場觀測進(jìn)行監(jiān)控和合理的調(diào)整，以求得設(shè)計(jì)合理和施工安全。作為施工階段實(shí)行全過程的巖土工程監(jiān)測，應(yīng)將土層特性、出土量的分析、地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)整理后，反饋給施工人員，實(shí)時(shí)調(diào)整頂進(jìn)機(jī)械的推進(jìn)參數(shù)，指導(dǎo)施工。管幕監(jiān)測分3個(gè)部分：

1）一般性施工監(jiān)測。其內(nèi)容為地層變形、地表沉降與附近建筑物安全觀測，地下水位及其水頭觀測。

2）管幕內(nèi)施工監(jiān)測。其內(nèi)容為管幕下沉、底層管幕的隆起及側(cè)向管幕位移觀測，對設(shè)立支撐的則測其軸力。

3）箱涵推進(jìn)統(tǒng)計(jì)時(shí)網(wǎng)格前方土壓力以及網(wǎng)格壁與土體的摩阻力的測定。各觀測點(diǎn)的布點(diǎn)數(shù)量及觀測頻率由場地土質(zhì)、施工進(jìn)度及資料的重要性來確定，并在實(shí)施中作調(diào)整，但必須滿足指導(dǎo)施工與回饋分析需要。

結(jié)語

對于大斷面、短距離的隧道（如下立交道路），不可能采用明挖法施工，而盾構(gòu)法又不經(jīng)濟(jì)的特殊斷面隧道，選用管幕法施工較為合適。管幕法施工對地表的影響很小，對周圍建（構(gòu)）筑物影響不大。管幕法設(shè)計(jì)施工前應(yīng)查明管幕段和工作井、接收井處土層分布情況，詳細(xì)進(jìn)行巖土工程勘察，為管幕法設(shè)計(jì)提供相應(yīng)參數(shù)，同時(shí)分析可能產(chǎn)生的巖土工程問題，提出處理建議，在施工期間加強(qiáng)監(jiān)測，才能保證工程順利進(jìn)行。

作者：李民龔啟昌龔宇煦單位：上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司