廣州地鐵五號(hào)線大坦沙南站深基坑滲流問題研究摘 要: 某地鐵站基坑按不同區(qū)段分別采用地下連續(xù)墻或排樁支護(hù), 因石灰?guī)r地區(qū)地質(zhì)和水文條件復(fù)雜, 需解決連續(xù)墻墻底繞流、排樁間滲漏和降水減壓方案布置等問題, 文中針對(duì)滲流問題進(jìn)行分析計(jì)算, 為施工提供安全保障。關(guān)鍵詞: 滲流場(chǎng); 減壓井; 有限元; 地鐵1 工程概況 廣州市軌道交通五號(hào)線大坦沙南站位于廣州市荔灣區(qū)雙橋路, 基坑長(zhǎng) 249.2m、寬 73.5m, 坑底設(shè)計(jì)高程為- 3.18m ̄- 3.50m, 最大開挖深度約 11m, 場(chǎng)地平面如圖 1 所示。
該場(chǎng)地位于雙橋路, 部分地段為農(nóng)田, 地形平坦, 地面高程 5.61m ̄7.70m, 為珠江干流沖積形成的江心沙洲, 東西兩側(cè)均為珠江流域?;幽蟼?cè)為廣三鐵路及公路, 西面距基坑邊 4m 處為木樁基礎(chǔ)的某娛樂城, 附近為天然淺基礎(chǔ)或木樁基礎(chǔ)的民居。附近無高層建筑。 該處地段為石灰?guī)r區(qū)域, 巖面起伏大, 溶洞發(fā)育,巖面以上土層分別為淤泥質(zhì)細(xì)砂、粗砂層及粘土層,其中大部分為強(qiáng)透水砂層; 巖面粘土層厚度為 1.5 ̄8.0m, 部分區(qū)域粘土層缺失, 巖面與砂層直接相連。場(chǎng)地地下水豐富, 平均高程 4.95m, 與珠江水存在水力聯(lián)系。 基坑支護(hù)采用地下連續(xù)墻或“排樁+樁間旋噴樁”的方法, 但連續(xù)墻槽段較長(zhǎng), 墻底在粘土層缺失地段難以有效止水; “排樁+樁間旋噴”則存在樁間漏水流砂的可能。為了滿足施工要求, 坑內(nèi)需進(jìn)行降水,但坑外一定范圍的降水有可能產(chǎn)生地面沉降, 為確保施工的安全進(jìn)行, 必須對(duì)基坑滲流問題進(jìn)行研究。2 地質(zhì)條件 本場(chǎng)地土層自上而下依次為: 海陸交互相淤泥、淤泥質(zhì)土層(Q4mc)、海陸交互相沉積砂層(Q4mc): 沖積~洪積中粗砂層(Q3al+pl); 灰?guī)r微風(fēng)化帶。場(chǎng)地內(nèi)溶洞發(fā)育, 石灰?guī)r分布地段鉆孔見洞率達(dá) 74%, 大部分地段還發(fā)育有多層串珠狀溶洞, 高 0.15 ̄10.6m, 平均1.84m, 洞內(nèi)大部分無充填物, 局部充填流塑~可塑的粘性土或砂土。3 墻底繞流滲流分析 從表 1 可知, 即使連續(xù)墻底距巖面僅 5cm, 各區(qū)弱透水層的最大承壓水頭仍高于允許值, 故需設(shè)置減壓井進(jìn)行減壓, 以確?;椎陌踩€(wěn)定。
4 排樁滲流穩(wěn)定分析 排樁方案的優(yōu)點(diǎn)是樁徑較小, 對(duì)巖層變化具有較好的適應(yīng)能力, 對(duì)巖層上部的砂層可完全封堵; 但缺點(diǎn)是排樁凈間距有 10cm, 主要依靠排樁之間的旋噴樁止水, 而該區(qū)域上方為廣佛放射線, 施工凈空不足, 旋噴樁施工質(zhì)量較難保證, 出現(xiàn)漏洞的機(jī)會(huì)較大, 漏洞區(qū)的水力坡降很大, 通常均超過砂發(fā)生流土破壞的極限值, 但是否發(fā)生破壞還與漏洞和基坑底面的相對(duì)位置有關(guān), 會(huì)產(chǎn)生不同的后果。 采用剖面滲流有限元計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算分析,假設(shè)排樁中出現(xiàn) 1 個(gè) 10cm 漏洞, 其所處位置有以下4 種工況: ①位于基坑底面以上 3m 處; ②位于基坑底面處; ③位于基坑底面以下 0.75m 處; ④位于基坑底面以下 3m 處。 工況①、②的漏洞位于基坑深度(基坑內(nèi)側(cè)臨空)范圍內(nèi), 其發(fā)生流土破壞的控制因素是水平水力坡降。從表 2 可知, 其水平水力坡降均遠(yuǎn)大于砂發(fā)生流土破壞的極限值(0.07), 因此若漏洞處發(fā)生流土破壞, 則基坑以外漏洞高程附近的砂就會(huì)迅速被淘蝕, 以致發(fā)生大規(guī)模涌砂而導(dǎo)致排樁失效。 工況③、④的漏洞位于基坑面以下一定深度, 其發(fā)生流土破壞的控制因素是垂直水力坡降。從表 2可知, 兩種工況下排樁內(nèi)側(cè)基坑底面處的垂直水力坡降均小于 0.99(根據(jù)太沙基公式)且安全系數(shù)均大于 1.5, 表層不發(fā)生垂直滲透破壞, 這兩種工況就不存在流土破壞的問題, 但滲流量就比較大。
5 降水減壓5.1 計(jì)算方法 為了滿足基坑坑底和結(jié)構(gòu)底板的抗浮要求, 需采取減壓降水措施, 主要解決減壓井的布置問題, 分析減壓降水效果, 得出基坑內(nèi)設(shè)減壓井后基坑內(nèi)部和周圍地層水頭的變化和分布情況, 同時(shí)要計(jì)算分析基坑減壓后地面沉降對(duì)周邊重要建筑物和道路管線的影響, 控制沉降在允許范圍內(nèi)。 根據(jù)地層特點(diǎn), 滲流計(jì)算采用改進(jìn)的水平二向滲流有限元計(jì)算程序[1], 它適用于對(duì)強(qiáng)弱透水層相間地層內(nèi)的地下水滲流場(chǎng)進(jìn)行分析, 其計(jì)算地質(zhì)層數(shù)最多為 4 層, 計(jì)算范圍可達(dá)數(shù)公里, 可方便地模擬地表溝塘引起的覆蓋層變化, 并可考慮防滲墻、減壓井等各種措施對(duì)空間滲流場(chǎng)的影響。5.2 計(jì)算區(qū)域 滲流計(jì)算區(qū)域?yàn)榛油庀虮?600m, 向東、南、西側(cè)各延伸約 600m, 除北側(cè) AB 邊外其余各計(jì)算邊界均取在江邊, 如圖 1 所示粗線范圍內(nèi)的區(qū)域。
5.3 減壓井的布置 由于地質(zhì)條件復(fù)雜和施工工藝的限制, 圍護(hù)結(jié)構(gòu)無法完全封堵連續(xù)墻底與石灰?guī)r巖面之間的透水砂層, 且連續(xù)墻底與巖面之間縫隙處的水平水力坡降較大, 淺層靠近連續(xù)墻處的垂直水力坡降較大, 而此部位也是布置減壓井后較易因抽水而發(fā)生管涌、流砂等險(xiǎn)情的地方。因此減壓井布置在基坑中央, 使其與周邊連續(xù)墻有一定距離, 井口直徑取 300mm,濾管長(zhǎng)約 5m, 伸入下層強(qiáng)透水層, 頂部在上層弱透水層底面以下約 1~2m, 井管在基坑內(nèi)居中布置, 其布置如圖 2 所示。考慮方便施工, 按施工方要求共布置 8 口減壓井, 當(dāng)井口高程為- 3m 時(shí), 因高于基坑底面(高程- 3.43m), 故采取自流方式; 當(dāng)調(diào)整井口高程為 - 5m 時(shí), 因低于坑底高程, 故采取抽水減壓方式。5.4 計(jì)算結(jié)果 ⑴ 連續(xù)墻與巖面之間漏縫 50cm 對(duì)于連續(xù)墻下粘土層缺失而直接為砂層的地方,考慮到巖面起伏, 取 50cm 的漏縫, 即石灰?guī)r上有砂層或粘土層厚度過小處不進(jìn)行擺噴施工。 對(duì)兩種不同井口高程的基坑底部覆蓋層的抗浮驗(yàn)算結(jié)果見表 3, 可見當(dāng)減壓井井口高程為- 3m 時(shí),Ⅱ區(qū)~Ⅴ區(qū)不滿足抗浮要求; 當(dāng)井口高程為-5m時(shí), Ⅱ區(qū)和Ⅴ區(qū)不滿足抗浮要求; 但Ⅱ區(qū)覆蓋層僅厚 0.23m,可采取挖穿弱透水層, 回填石粉或粗( 中) 砂作為反濾的方法減壓, 便可解決抗浮問題。 當(dāng)降低井口高程抽水時(shí), 對(duì)周圍建筑物的影響會(huì)增大, 但最大沉降僅為 33mm, 未超出規(guī)范規(guī)定的50mm 的限值。 ⑵ 連續(xù)墻與巖面之間漏縫 5cm 考慮到施工的現(xiàn)實(shí)性和可行性, 假設(shè)擺噴僅封堵了 90%的砂層, 連續(xù)墻底與巖面之間仍留有 5cm的透水間隙, 對(duì)此進(jìn)行計(jì)算分析。 從表 3 可以看出, 當(dāng)減壓井井口高程為-3m 時(shí),Ⅱ區(qū)采用挖穿弱透水層的方法后, 只有Ⅲ區(qū)和Ⅴ區(qū)不滿足抗浮要求; 當(dāng)井口高程為-5m 時(shí), 各區(qū)域均滿足要求。采用強(qiáng)抽時(shí)基坑周邊最大沉降量為 27.3mm,小于規(guī)范所規(guī)定的限值。
6 結(jié)論 6.1 當(dāng)連續(xù)墻墻底進(jìn)入到石灰?guī)r面以上粘土層內(nèi)1m 或墻底與石灰?guī)r面之間采用有效的擺噴注漿處理時(shí), 均可對(duì)墻底繞流進(jìn)行有效封堵, 此時(shí)墻底滲流量很小甚至是完全得到控制, 也不存在基坑底弱透水層的抗浮問題。 6.2 當(dāng)連續(xù)墻墻底與石灰?guī)r巖面之間存在 50cm 的強(qiáng)透水砂層時(shí), 此工況是考慮了施工中可能出現(xiàn)的最不利情況。由計(jì)算結(jié)果可發(fā)現(xiàn), 通過布置減壓井,大部分區(qū)域均可達(dá)到消減弱透水層底壓力的目的;當(dāng)弱透水層厚度較小時(shí), 可考慮挖穿弱透水層并鋪設(shè)反濾料進(jìn)行排水減壓。 6.3 當(dāng)連續(xù)墻墻底與石灰?guī)r巖面之間封堵了 90%的強(qiáng)透水砂層, 仍有 5cm 的砂層未能有效封堵時(shí),相比上一種工況, 基坑內(nèi)弱透水層底的水頭相對(duì)減小, 但滲流量仍較大, 說明連續(xù)墻底只要有縫, 滲流量都會(huì)很大, 因此應(yīng)盡量封堵好連續(xù)墻底與巖面之間的漏縫。 6.4 對(duì)于排樁支護(hù)時(shí)樁間的滲漏問題, 如排樁在基坑底面或以上部分存在漏洞, 則會(huì)成為砂發(fā)生流土破壞的出口; 若排樁在基坑底面以下部分有漏洞, 則無發(fā)生流土破壞的危險(xiǎn), 但滲流量較大, 所以基坑底面以上排樁間的漏洞應(yīng)確保完全封堵, 基坑底面附近排樁間的漏洞也應(yīng)盡量封堵。如施工過程中發(fā)現(xiàn)基坑底- 5.0m 以上存在漏洞時(shí), 建議采用兩種方案進(jìn)行處理, 一是用旋噴補(bǔ)噴進(jìn)行堵漏; 二是利用淤泥質(zhì)砂各向異性的特點(diǎn), 在排樁后面相距 1.2m處加設(shè)f 500@350 攪拌樁墻, 攪拌樁應(yīng)施工至基坑底-5.0mm以下。 6.5 通過在基坑內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量的減壓井, 可很好地滿足基坑坑底和結(jié)構(gòu)底板的抗浮要求, 當(dāng)需要更嚴(yán)格控制沉降或因抽水減壓而導(dǎo)致基坑周邊沉降過大時(shí), 可在基坑周邊設(shè)置回灌井注水來滿足沉降控制要求。參 考 文 獻(xiàn)[1] 曹洪, 張挺, 陸培炎. 北江大堤石角段強(qiáng)透水堤基滲流分析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2001(6)




