高地下水位砂土路基 [高地下水位\粉砂土中连续墙槽孔稳定性研究]

来源:工程科技 发布时间:2019-04-22 06:00:27 点击:

  摘要: 地下连续墙施工中经常会遇到高地下水位的情况,而地下水位对槽孔的稳定性至关重要,特别是粉土粉砂层中的槽孔,由于地下水位影响,泥浆的固壁作用会大打折扣。本文结合工程实例,就高地下水位、粉砂土中连续墙槽孔的稳定性进行探讨研究。
  关键词: 地下连续墙;高地下水位;泥浆;基坑
  
  某地铁换乘车站,采用明挖法施工,基坑开挖最大深度约21.8m,采用连续墙+内支撑围护结构体系,连续墙厚1000mm,墙深37.5m,为柔性接头形式。车站位于城市老城区,且地势较周边低洼,地下水位至地表,地面平均标高为1.0,在-6~-14标高范围内,是极不稳定的粉土和粉砂土层,对工程特别是地下连续墙的施工极为不利。本文对这种高地下水位粉土层中连续墙槽孔稳定性进行研究,便于更好的控制连续墙的施工质量。
  
  不考虑土体拱效应时,高地下水位中,连续墙槽孔稳定安全系数可按如下公式求解:
  
  式中分别为土层和泥浆的浮容重,单位为;
   为土层内摩擦角;
  为土层的粘聚力;
  为泥浆胶凝体的不排水抗剪强度(膨润土泥浆取;加重泥浆取);
  为连续墙幅宽(本文结合工程实际,取);
  为连续墙顶施工荷载(本文取);
  为连续墙槽孔计算深度;
  根据上式,④-1~④-2粉土层中不同泥浆比重下槽孔稳定安全系数见下表:
  
  根据表中计算可知,不管采用膨润土泥浆或是加重泥浆都无法保证在高地下水位、粉土层中槽孔的稳定性,而加大泥浆的比重对槽孔的稳定性作用极为明显。
  由于意识不足,在本工程的一期的地下连续墙成槽施工中在粉土层出现多处塌孔现象,严重影响了连续墙的质量,基坑开挖时在粉土层中有大量的混凝土鼓包,同时接缝出现多处渗漏,造成的损失巨大,工期严重滞后,这直接促使项目部技术人员研究采取其他的技术措施。
  既然加大泥浆比重对于高地下水位、粉土层中的槽孔稳定也无济于事,那就要考虑其他措施控制槽孔的稳定,而最经济、合理、有效的方案莫过于降低地下水位,使槽内泥浆压力与槽壁土层侧压力平衡,以下对此进行深入探讨。
  由于本工程周边控制保护建筑多,且紧邻城市主干道,降水时必须考虑因此产生的危害,确保周边环境安全。本文采用朗肯土压力理论及等效应力原理确定槽孔稳定的临界水位降。
  槽孔土层侧向压力按朗肯土压力理论,可以表示为:
  
  根据等效应力原理,槽孔内某一深度处泥浆的压力大于该处土体压力时槽孔是稳定的,即:(其中为安全系数,本文取)
  本文在分析过程中,成槽泥浆采用膨润土泥浆,比重取1.05,下图为不同地下水位情况下,槽孔内泥浆压力与槽孔土层侧压力曲线关系图。
  
  由图可知,地下水位为③层顶部(标高-2.0)时,粉土层④-1、④-2中槽孔均是不稳定的!而当地下水位降至③层底部(标高-6.0)时,两粉土层中任意位置处的泥浆压力均大于孔壁土层侧压力,亦即泥浆能够平衡土体侧压力,槽孔是稳定的。据此可知,保证槽孔稳定的临界水位必位于③层土体中。
  根据槽孔稳定安全系数公式,槽孔深度越大,安全系数越小,槽孔越不稳定,现分别以两粉土层底作为计算点,分析能同时满足两处槽孔稳定条件的临界水位。设地下水液面离③层土顶部为,要保证槽孔的稳定,在④-1、④-2两粉土层中地下水位降必须同时满足稳定性要求,即:
  
  根据有关数据,分别求得:
  
  因此,要保证该粉土层中槽孔稳定,只能取,地下水位降,即地下水位液面需降至标高时方能满足成槽施工时槽孔的稳定。
  在本工程后期连续墙施工时,在成槽孔两侧设置轻型井点,同时设置观测井,根据施工需要并结合周边环境,定时、定量、按需抽降地下水,在成槽时实时监测降水效果,并在临近地表设置沉降观测点,确保降水时周边环境安全。采取降水措施后施工的连续墙没有出现槽孔失稳坍塌现象,效果非常明显,有效保证了连续墙的施工质量,大大降低了连续墙接缝在基坑开挖时出现渗漏的风险。
  以上通过定量的方法确定高地下水位、粉砂土层中槽孔稳定性与地下水位之间的关系,利于指导连续墙的施工。经实际应用检验,作用非常明显。
  当然,除了地下水位,影响槽孔稳定性的因素还有很多,因此,在连续墙施工时需辅以其他措施保证槽孔的稳定,比如提高泥浆性能、合理组织施工、适当调整连续墙幅宽、控制施工时间,对不稳定的回填土进行换填后施工导墙等。对于粉砂土层中的槽孔,必须综合各种措施,方能确保槽孔的稳定。
  
  参考文献:
  [1]丛蔼森 地下连续墙的设计施工与应用北京 中国水利水电出版社2000.10

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