膨账土地层基坑SMW工法桩加支撑围护结构的服役性能研究.pdf

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膨账土地层基坑SMW工法桩加支撑围护结构的服役性能研究1 膨账土地层基坑SMW工法桩加支撑围护结构的服役性能研究2 膨账土地层基坑SMW工法桩加支撑围护结构的服役性能研究3 膨账土地层基坑SMW工法桩加支撑围护结构的服役性能研究4 膨账土地层基坑SMW工法桩加支撑围护结构的服役性能研究5
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———文章编号:10094539(2018)增2020205・隧道/地下工程・膨胀土地层基坑SMW工法桩加支撑围护结构的服役性能研究孙锋(中铁十四局集团大盾构工程有限公司江苏南京211800)摘要:为研究膨胀土地层中基坑SMW工法桩加支撑围护结构的服役性能,本文以扬州瘦西湖隧道工程为依托,开展现场试验,分析了桩顶水平位移、桩顶沉降、支撑内力、地表沉降、地下水位等关键指标变化规律,论证了膨胀土地层中基坑sMw工法桩加支撑围护结构的可靠性与适应性,得出的主要结论有:sMw工法桩加支撑围护结构在膨胀土地层基坑中能很好地控制基坑围护变形;开挖过程中,桩顶水平位移体现出向基坑内侧位移变化的趋势、桩顶竖向位移体现为整体向上移动的特点;当混凝土支撑、钢支撑等多道支撑组合受力时,支撑的架设与拆除对其他支撑受力将产生明显影响,降雨可导致膨胀土压力增大、支撑轴力出现局部量值波动;基坑附近地表均发生不同“”程度的沉降,随着距离围护结构距离的增大,呈现出汤勺变化;开挖后期地下水位保持稳定,论证了SMW工法桩加支撑围护结构具有较好的止水效果。研究结果可为膨胀土地层及类似地层中土建施工提供经验参考。关键词:SMW工法桩膨胀土基坑围护现场试验地表沉降中图分类号:TU753文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1009.4539.2018.S2.052StudyonServicePerformanceofSMWMethodPileandSupportRetainingStructureforFoundationPitinExpansiveSoilLayerSunFeng(ChinaRailway‘14BureauGroupIJa弹ShieldEngineeringCo.Ltd.,NanjingJiangsu211800,China)Abstract:InordertostudytheserviceperformanceoftheSMWmethodpileandsupportretainingstructureintheexpansivesoillayerfoundationpit,basedontheprojectofYangzhouSlenderWestLakeTunnel,thefieldtestWascarriedouttofocusonthechangeresalationsofkeyindicators,suchasthepiletophorizontaldisplacement,piletopsettlement,supportinternalforce,surfacesettlementandthegroundwaterleveletc.,andobtainedthereliabilityandadaptabilityoftheSMWmethodpileandthesupportretainingstructureinthefoundationpit.ThemainconclusionsareasfoHows:theSMWmethodandsupportretainingstructureCancontrolthedeformationofthefoundationpitwell.Thehorizontaldisplacementofthepiletopreflectsthechangetrendofthedisplacementtotheinnersideofthefoundationpitandtheverticaldisplacementischaracterizedbythewholeupwardmovementduringtheexcavationprocess.Whenthemultiplesupportcombinationssuchasconcretesupportandsteelsupportareforced,theerectinganddismantlingofsupportwillhaveanobviouseffectonothersupportingforces.TherainfallCancausetheexpansionoftheexpansivesoilpmssllreandthelocalfluctuationofthesupportaxisforce,andtherearedifferentdegreesofsettlementonthegroundnearthefoundationpit.Thesettlement,withtheincreaseofenclosurestructuredistance,showsthechange“ofsoup”ladle,andtheundergroundwaterlevelisstableinthelaterperiodoftheexcavation.ItisdemonstratedthattheSMWpileandthesupportingstructurehavebetterwatersealingeffect.Theresearchresultscouldprovideareferenceforcivilconstructioninexpansivesoillayerandsimilarstrata.Keywords:SMWmethodpile;expansivesoil;bracingoffoundationpit;fieldtest;surfacesettlement1引言SMW工法桩具有施工噪声小,环境影响小,止——收稿日期:20180316基金项目:国家自然科学基金项目(51578462)作者简介:孙锋(1977一),男,高级工程师,主要从事隧道与地下工程施工及技术研究。…水效果好,自身强度高等优点,在基坑围护中具有显著优势。然而,目前基坑围护结构多以采用地连墙、钻孔灌注桩等常规围护结构为主,基于SMW工法桩的复合围护体系因研究较少旧。J,其推广使用受到一定程度的限制。扬州瘦西湖隧道工程基坑穿过粉土、粉沙、膨铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018I增2}万方数据・隧道/地下工程・胀土等复杂地质,周边环境复杂、施工难度大,基坑围护结构选用多种围护方式匹配复杂底层条件。目前,国内外对水泥土搅拌桩墙、地连墙等基坑围护结构形式的应用研究比较深入、工艺比较成熟MJ,而扬州瘦西湖隧道是国内有报道的为数不多的将SMW工法桩应用到膨胀土地层中,其施工工艺具有针对性、具体施工参数需要现场试验H1来确定,可参考的成功经验较少,需开展重点研究予以分析,达到经济效果的同时积累工程经验。2扬州瘦西湖隧道工程2.1工程概况扬州瘦西湖隧道工程贯通瘦西湖东西两侧,建成后将极大缓解湖东、西两侧的交通压力,促进两侧互惠互通、加快地区经济发展。工程全长5352.55m,其中主线隧道总长3025m,包括湖东、西段基坑及盾构隧道,其中盾构区间为1278m,隧道湖东段基坑全长580m,深度O.3~25.9m。工程平面如图1所示。2.2工程地质概况图1工程平面示意分析工程场区地质情况可知,场地土层分布较为均一,上层主要分布表层土、杂填土和粉土、粉—砂,其下主要分布4050m的下蜀黏土,基坑主要穿越该地层。其中,表层填土、粉土、粉砂稳定性差,易产生坍塌破坏,下蜀黏土蒙脱石含量较高,测试结果为硬塑形,属于典型的膨胀土地层。“膨胀土其主要特征表现为失水收缩、遇水膨”胀的胀缩性,即使在一定荷载作用下,仍具有这一特性,当水量增加和结构遭扰动后,其抗剪强度显著降低,设计时需引起重视。3基坑围护结构设计方案扬州瘦西湖隧道基坑工程分为湖东段、湖西段两部分,均采用明挖法施工。对于湖东段不同深度的基坑,考虑经济安全,匹配不同强度的围护结构,其中湖东段SMW工法桩围护结构示意如图2所示。以湖东段明挖基坑为例,根据不同基坑深度以及围护结构插入深度,膨胀土地层SMW工法桩围护结构分为两段,分别为D8一D10、D13~D15。铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGYI§丛堕墨鲞垫堆塾壅垄堑^§M盟三鲞垫』,图2湖东段SMW工法桩围护结构示意D8~DIO节采用6850@600SMW搅拌桩的围护方式,型钢(HNT00×300×13X24)间隔插入。维护支撑自上而下采用2道支撑,分别为:1道1m×1m,纵向间距9m钢筋混凝土支撑和1道拍09nlm,6=16mm的钢管支撑。D13节北侧采用(1)850@600SMW搅拌桩的围护方式,型钢(HN700x300×13X24)间隔插入;南侧采用姗450SMW搅拌桩的围护方式,型钢(HN500X200X10×16)间隔插入。D14、D15围护结构与D13南侧相同,桩的有效长度为11m。D13、D14节采用2道、D15节采用1道6609mm,6=16mm的钢管支撑。4现场试验方案及测点布置根据工程特点∞以及相关规范J,对基坑桩体水平位移、支撑轴力值等多个项目进行现场试验,测点布置如图3、图4所示。)・●)・●)・’,地表沉降.测斜孔.水位孔.轴力计、频率。接收仪图3测点平面示意b.桩顶沉降及水平位移点C.支撑轴力埋设d.地下水位孔图4测点布置实物2018(.fr02)203万方数据・隧道/地下工程・5结果及分析由于D13~D15节基坑相对较浅,围护结构总体趋于安全稳定,本节重点对D8一D10节基坑与围护结构进行分析。5.1桩顶水平位移结果分析现场试验结果如图5所示。从实测数据变化演进过程可以看出,在基坑开挖初期,桩顶水平位移整体体现出向基坑内侧位移变化的趋势(负值表示向坑内位移,正值表示向坑外位移)。受基坑开挖深度及支撑架设的影响,桩顶累计最大水平位移出现在D8节WY2测点,其量值为一12.41l/lin,小于设计允许变化量为±21nlnl,整个施工过程满足设计要求。图5累计变化-量/mm天数/d桩顶水平位移变化曲线累计变化量-/mm累计变换1l-/mm一难=掣:挚=挚=19..0………。,.42滤扩18扎D8节CX01b.D8节CX02c.D9节CX具体分析其演变过程发现:桩顶水平位移整体变化趋势是先上升然后趋于稳定、再上升最后趋于稳定。具体变化过程为:(1)在土方开挖阶段,受土压力的作用,水平位移曲线逐渐增大;(2)随着支撑体系的架设以及底板混凝土浇筑,变化基本保持稳定,支撑及混凝土浇筑对桩体变形起到了较好的抵制作用;(3)随着钢支撑的拆除,变化又有一定的增加,因为拆除钢支撑后、释放一定的应力,围护装受到该应力作用,水平位移也相对增大。基坑围护结构的总体位移情况,实测得到桩体深层水平位移变化情况如图6所示。从实测数据可以得出,SMW工法桩加支撑围护结构在膨胀土基坑开挖围护中具有良好的效果,随着开挖的进行以及后期支撑体系的拆除,桩体的整体位移均较稳定。围护桩深层水平位移最大累计值发生在桩底部,因基坑底部缺乏支撑约束,最大值为一18.4mm,变化幅值处于预警范围内、结构处于安全服役状态。图6桩体深层水平位移变化曲线5.2桩顶沉降结果分析桩顶沉降检测结果如图7所示。从实测数据可以看出,随着基坑开挖的不断推进,桩顶沉降表现为整体向地表移动的特点。分析其原因可以发现:由于基坑开挖,受土压力影响引起土体起鼓的现象,进而带动桩体上移,桩体的上移不仅影响自身稳定性,对基坑的安全与整体稳定性也有巨大影响。204—一u5下叽U1一u5中Uouzuy甲UoUl—一D9节OC02+D10节OcolDlO节QC02冒多式诌气哆够:一』二渺、IuI—J7r旷开花到第痢廨南二层土体‘…--=jJ=天数/d图7桩顶沉降变化曲线铁道建筑技术对于扬州地区膨胀土地层中的围护桩体,受到膨胀土体特殊性的影响,其竖向位移随开挖的不断推进而体现出不断增大的特点,且随着支撑架设和开挖造成的应力重新分布完成,桩体位移逐渐稳定。对于膨胀土地层中SMW工法桩138~D10节,桩顶累积最大沉降量出现在D9节QCOl测点位置,变化量为7.6111111,小于设计允许变化量±25nlln,满足设计要求。5.3支撑内力测试结果分析混凝土支撑、钢支撑轴力值变化曲线如图8所示。分析结果可知,开挖初期混凝土支撑轴力值随着开挖逐渐增大,但随着钢支撑的架设,混凝土支撑轴力值逐步下降并稳定变化;当钢支撑拆除时,由于钢支撑应力释放、混凝土支撑轴力值又出现明显增大。因此,当存在多道支撑组合受力时,支撑的搭设与拆RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018l增2)万方数据・隧道/地下工程・除对其他支撑受力产生十分明显的影响,在施工过程中应加强监测,避免支撑轴力值突增、骤降这一状况从而对基坑的稳定性及施工安全造成影响。4000z3ooO_魁2000棠辞l000。筠:圳D10掣饼r叭架设r謦L%.\7\|/『V≈≈入锵。,1拼撑_天教/da.混凝土支撑一D8节ZL02+D9节ZL02一D10节ZLff.——一、、,一、’——————\弋天数/db.钢支撑图8支撑轴力值变化曲线根据实测结果可知,两道支撑轴力的最大值分别为3446kN、306kN。混凝土支撑轴力的最大值超过设计值2700kN,但仍正常工作,充分发挥支撑轴力承载能力"1;钢支撑轴力值远小于设计值,一是由于施工中预加轴力不足,二是由于设计过于保守所致。5.4地表沉降结果分析现场试验采用复合水准路线形式进行地表沉降测试,实测结果如图9所示。从实测数据可以得出,地表沉降沉降量随着距离基坑位置呈现出类似“”汤勺状的变化。此外,从实测数据还可以得出,地表沉降量与开挖工序间存在一定相关关系:土方开挖至底板浇筑混凝土前,地表沉降体现出先增后减极不稳定的特点;支撑架设以及混凝土浇筑完毕后,地表沉降量趋于稳定,支撑及混凝土浇筑对地表变形启抑制作用;而钢支撑的拆除、支撑应力得到释放,地表沉降将出现局部调整。b.D9节图9地表沉降变化曲线5.5地下水位结果分析如图10所示,受基坑开挖及坑内降水影响,坑外水位也受到一定影响。开挖过程中水位升降很明显,造成这种地下水位变化较大的原因主要是因为扬州地区属于北亚热带湿润气候区,雨量丰沛,施工期经历了雨季,降雨频繁,强降雨导致地下水位出现骤然升高超出报警值的情况,而基坑各项监测项目值均在规范和设计要求范围内;开挖后期水位逐渐保持稳定,论证了该围护结构具有较好的止水效果。图10地下水位变化曲线铁道建筑技术RA『L蝴yCO ̄S丁尺UC"oN丁EcH『、『0fOGy6结论本文以扬州瘦西湖隧道工程为依托,开展现场试验研究分析了膨胀土地层中基坑SMW工法桩加支撑围护结构的服役性能,得出的主要结论有:(1)SMW工法桩加支撑围护结构在膨胀土地层基坑中能很好地控制基坑围护变形,其防渗性能有效解决膨胀土遇水及失水时土体缩胀性问题。(2)开挖过程中,桩顶整体移动趋势体现出向基坑内侧移动,且受开挖深度、支撑架设及拆除影响。开挖过程中桩顶竖向位移表现为整体向上移动的特点,且随着支撑架设和开挖造成的应力重新分布完成,其位移变化逐渐趋于稳定。(3)当多道支撑组合受力时,支撑的搭设与拆除对其他支撑受力影响明显,设计时应充分发挥支撑轴力值,提高材料利用率;此外,由于降雨导致膨胀土压2018t增2)万方数据・隧道/地下工程・力增大,支撑轴力在局部时间点处会出现量值波动。(4)施工过程中,随着基坑的不断开挖,基坑附近地表均发生不同程度的沉降,随着距离围护结构“”距离的增大,呈现出汤勺变化;地下水位的变化可以作为SMW工法桩加支撑围护结构止水性能的判断指标之一,以判断基坑是否漏水。参考文献[1]邹建风.SMW工法桩在地铁深基坑支护中的应用[J].江西建材,2017(19):181,183.[2]徐健.膨胀土边坡综合防治技术研究[J].铁道建筑技(上接第166页)时间/d图6地表沉降监测结果使用测斜管对地下连续墙的水平变形进行监测,观测结果如图7所示。通过在降水过程中对围护结构水平变形的监测,及时调整降水施工措施,使得基坑周边地层的水平变形也控制在安全范围内。因而基坑降水工程对周边大面积待开挖基坑的地层条件改变较小,不影响周边工程的正常施工。[3][4][5][6][7]—术,2017(1):9294.王博.膨胀土地区地铁深基坑设计研究[J].铁道建筑—技术,2013(2):3639.周俊,谭跃虎,李二兵,等.地下连续墙设计及施工发—展研究与展望[J].施工技术,2015,44(S2):2127.郑仲园,何春保,曾祥月,等.广东江河冲积地质SMW工法桩水泥土强度试验研究[J].施工技术,2017,46—(8):4145.安关峰,高峻岳.广州地铁公园前地下空间深基坑综合支—护监测分析[J].岩土工程学报,2007(6):872879.安关峰,宋二祥.广州地铁琶州塔站工程基坑监测分—析[J].岩土工程学报,2005(3):333337.中遇到的淤泥质软土降水难度较大、富水砂层存在地层变形以及周边基坑施工影响等问题进行研究分析,提出利用加密真空井点降水以及对基坑降水过程中地下水位、地层变形和基坑稳定性进行严密监测,有效防止由于基坑降水引发的地面沉降过大及地层塌陷,同时控制基坑围护结构及其周边地层的稳定,降低基坑降水对周围环境和在建工程的影响。参考文献[1]俞建霖,龚晓南.基坑工程变形性状研究[J].土木—工程学报,2002,35(4):8690.[2]黄宏伟,边亦海.深基坑工程施工中的风险管理[J].—地下空间与工程学报,2005(4):611614.[3]徐杨青.深基坑工程设计的优化原理与途径[J].岩—石力学与工程学报,2001,20(2):248251.[4]胡力绳.杭州地铁1号线深基坑地下连续墙变形有限—元分析[J].路基工程,2011(3):9093.[5]马宏建.紧邻既有运营铁路超大体量隧道基坑施工关—键技术[J].隧道建设,2012,32(5):690695.[6]徐向辉.虹桥综合交通枢纽深大基坑关键技术研究—[J].铁道工程学报,2009(6):4449.[7]祖辅平.中国东南部晚古生代以来典型盆地沉积构造环境演化特征[D].南京:南京大学,2012.[8]韦桃源.长江三角洲东部地区第四纪海侵地层、古气候古季风演化研究[D].上海:华东师范大学,2004.[9]沈珠江.软土工程特性和软土地基设计[J].岩土工—程学报,1998,20(1):100111.[10]梁国钱,张民强,俞炯奇,等.浙江沿海地区软土工程特性—[J].中国矿业大学学报,ztxr2(5):435437.[11]骆祖江,李朗,曹惠宾,等.复合含水层地区深基坑降水三维渗流场数值模拟一以上海环球金融中心基坑—降水为例[J].工程地质学报,2006(1):7277.[12]施成华,彭立敏.基坑开挖及降水引起的地表沉降预—测[J].土木工程学报,2006(5):117121.RAIl_WAYcoNSTRUCTlONTEcHNOLOGY2018l增21万方数据
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