复合土钉支护技术在深基坑中的应用

2010-07-04刘忠忠

河北工程大学学报(自然科学版) 2010年3期

刘忠忠

(南宁市勘测院,广西南宁 530001)

复合土钉墙支护技术是20世纪90年代研究开发成功的一项深基坑支护新技术。它是由普通土钉墙与一种或若干种单项轻型支护技术(如预应力锚杆技术,竖向钢管,微型桩等)或截水技术(深层搅拌桩,旋喷桩)有机合成的支护截水体系[1-2]。其支护能力强,适用范围广,可作超前支护,并兼备支护截水性能,是一项施工简便,经济合理,综合性能突出的深基坑支护新技术[3]。本文主要介绍该技术在南宁某隧道深基坑中的应用。

1 工程概况

南宁青山路南湖连接线工程兴建于南宁市区青山路与星湖路之间,该工程南起青山路,北止星湖路,分为道路部分和隧道部分:其中隧道部分横穿南湖,拟设置湖底隧道,隧道长1 256.5km,宽24.5m,隧道底面设计标高为61.37～76.16m;道路部分为隧道的附属部分,分别位于双拥路、园湖路、星湖路。隧道拟采用明挖基坑的方式施工。

2 周边环境概况

隧道所经过的场地依次为青山路、双拥路、南湖公园、南宁市体育局宿舍、星湖游泳池、公交公司停车场。其中隧道I段所经过的南宁市体育局宿舍楼、公交站办公楼及南湖公园内的建筑均为1～3层,据访,以上建筑基础型式均采用浅基础。隧道II段为南湖公园范围,在南湖公园内,隧道线路附近的地貌主要为草地,花圃、南湖等。隧道III段位于南湖,隧道的施工会对南湖湖水的水位、水质会产生一定的影响。由于场地内孔隙承压水稳定水位大多高于隧道设计底面,开挖时需降水,地下水位的降低有可能引发地面的下沉、塌陷。同时,场地附近比较难找到弃碴场地,施工弃碴如堆放在基坑边缘,会引起基坑的失稳,引发滑坡,崩塌等危害。

3 工程地质与水文地质条件

3.1 场地地形地貌

南宁市青山路南湖连接线南起青山路,北止星湖路,分为道路部分和隧道部分。隧道沿线为南宁盆地邕江Ⅱ级阶地,地形起伏不大。南湖横贯场地,为内陆湖泊。

据现场踏勘,全段未发现有崩塌、滑坡,落水洞、漏斗和地下河等不良地质作用,现场场地基本稳定。

3.2 地基岩体特征

与基坑有关的各地层特征及分布情况如下:

1)杂填土(Qml):杂色,褐灰色,松散,结构紊乱,土质不均,一般上部主要由砖块、碎石、瓦块、砼块等建筑垃圾与粘性土混杂而成,下部主要由塘泥、灰渣、腐殖物组成,含少量建筑垃圾。该层填筑不足2年,属高压缩性土层,场区普遍分布,厚度1.1～5.3 m。

2)淤泥(Q1):灰色,饱和,流塑状态,局部为淤泥质土,呈软塑状态,含较多泥炭及腐殖物,见螺壳,有臭味,场区普遍分布,属高压缩性土,厚度3.0～5.1 m。受填筑方式影响。该层与(1)层分界不明显。

3)粉质粘土(Q4al+p1):黄褐色、灰褐色,呈可塑状态,含灰白色高岭土条纹及铁锰质氧化物浸染,属中压缩性,场区普遍分布,层厚1.0～7.2m。

4)粉质粘土(Q4al+p1):灰褐、黄褐色,可塑状态,局部呈软塑状态,可见白云母碎片亮点,含腐殖物及铁锰质氧化物浸染,该层土变异性较大,层厚2.3～7.0m,属中压缩性。

5)粘土(Q4al+p1):黄褐、灰褐色,硬塑状态,局部可塑,含白色高岭土及少量铁锰质氧化物结核,属中压缩性,场区普遍分布,层厚差别大为1.5～14.5m,自西向东埋深有渐浅的特征。

3.3 场地水文地质条件

场区(1)层杂填土中赋存有上层滞水,由于杂填土层较厚,含水丰富。地下水主要接受大气降水和生活用水的补给,以蒸发排泄为主。勘察期间测地下水位埋深0.4～2.3 m。地下水对砼无腐蚀性,但对钢结构有弱腐蚀性。

3.4 基坑地层概化剖面

根据勘察资料及场地周边情况,将场地工程地质条件概化为三个剖面,可将基坑分三段进行计算:基坑西面部分为I段,开挖深度按5.8m考虑。基坑南面及北面为Ⅱ段,开挖深度按4.8 m考虑。东面为Ⅲ段,开挖深度按4.8 m考虑。另外考虑距离基坑约5.0m远、高出场地1.4 m地层。

3.5 基坑支护设计参数

《岩土工程勘察报告》提供了各土层物理力学性质指标,汇总于下表(如表1所示),并给出了有关基坑设计参数建议值。

4 设计思路及方案比选

4.1 基坑特点分析

根据地质勘察报告,(1)层杂填土成份复杂,主要为建筑垃圾与粘性土混杂而成,强度上硬下软,差异性较大,结构松散。(2)层淤泥呈流塑状态,自稳能力差。(3)、(5)层强度高,对基坑支护有利。基坑开挖后,(1)、(2)层将完全暴露,(3)、(5)层部分暴露,坑壁不及时处理或处理不当,有可能发生坑壁和坡脚土体失稳,造成地质灾害。因此对坑壁采取支护加固措施是尤为必要的。

表1 土层物理力学性质指标Tab.1 Indicators of soil physical and mechanical properties

场地地下水为上层滞水,分布于(1)层杂填土中,主要接受大气降水及地表生活用水的渗透补给。对上层滞水需采取合适的抽排水措施,防止上层滞水渗入基坑。基坑底部地层为(2)淤泥、(3)粉质粘土和(5)层粘土,均为良好的隔水层,地下水无突涌可能性。

4.2 安全等级

考虑到基坑上述特点,按照广西地方标准《深基坑工程技术规定》(DB42/159—1998)规定,本基坑划定为二级。

4.3 支护方案比选

选择基坑支护方案必须综合考虑工程本身所处的位置及特点。首先,应满足地下室施工的要求;其次,在确保施工顺利、周边环境安全的基础上,尽量做到经济合理和便于施工[4]。

针对本基坑的特点及南宁地区的工程实践,可选用的支护方式有如下几类:放坡、水泥土挡墙、排桩+土层锚杆、喷锚支护等方式。在条件许可的情况下,无支护放坡开挖无疑是最节省的,但本基坑场地不具备自然放坡条件,基坑本身也不安全。水泥土挡墙要求墙体厚度大,因而成本过高,且施工场地有限制。排桩+土层锚杆支护结构受力明了,能有效地控制变形,但费用较高。喷锚支护目前应用十分广泛,它施工快捷方便,造价低,但在深厚软土中应用有一定限制[5]。

淤泥层的处理:对本基坑而言,难点是如何处理(2)层淤泥,该层土正处于基坑侧壁,基坑西侧部分段还处于基坑底部,压缩性高,强度低。因此,本基坑不仅要解决坑壁稳定性问题,部分段还要解决坑底的抗隆起问题。

拟在基坑西侧淤泥较厚的地段,设置两排粉喷桩,对淤泥进行改性,形成挡土帷幕,起到加固坡脚的目的,同时利用其遮挡作用达到抗隆起的目的。在加打一排竖向超前钢管,以防止淤泥的流动,破坏坑壁[5]。

地下水的处理:根据场地地质条件及抗突涌计算结果,本工程不会产生地下承压水顶穿隔水层而发生突涌的现象,故仅需考虑上层潜水和滞水的处理[6-7]。

最终支护方案:基于以上分析以及通过对可能适合本基坑的各种支护方案的技术经济比较,最终确定了以下支护方案:

I段:顶部放坡+粉喷桩+土层锚杆。

Ⅱ、Ⅲ段:喷锚支护。