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【关键词】水文地质;数值法;问题;对策
中图分类号:F470.1 文献标识码:A 文章编号:
前言
文章简述了水文地质数值法的应用现状及其计算所需要的材料。同时通过具体事例,并结合自身实践经验和相关理论知识,提出了解决水文地质数值法中相关问题的对策。
二、水文地质数值法的应用现状
自60年代末期数值模拟应用于地下水计算以来,已取得了长足的进步和突破性的发展。数值方法不仅可以有效地解决各类地下水流问题,还能用来解决地下水水质和其他模型问题,诸如地下水中污染物的传播问题、海水入侵中咸一淡水界面的瞬时位置及其移动问题、溶质运移行为问题、热量运移和地热系统问题、地面沉降问题、最优管理模型问题。由于在高速计算机上进行的数值模拟具有其他方法(如物理模拟等)无法与之比拟的优越性,它已成为评估人类活动对地下水质和量的影响、评价地下水资源、合理开发利用地下水、预测地下水污染发展趋势、选择最佳防治措施等的最主要的方法和手段。我国自1973年以来,数值方法逐渐应用于水文地质的各个领域,并取得了一大批可喜的成果。它缩短了水文地质领域我们与先进国家的差距,并成为解决各类地下水问题无法取代的工具与手段。
三、水文地质数值法计算所需的材料
1.边界资料
确定计算范围,就要查清边界条件。由于它直接影响数学模型的建立与计算的工作量,所以是很讯要的资料。通常计算区最好是一个完整的水文地质单元,以便能正确反映出计算区内的水文地质特征,也减少人为边界提洪资料时的计算困难。
2水位观测资料和全区的初始水头值
要合理选用某一时刻的水位观测资料作为初值,对于没有观测孔的结点,可在相应时刻的等水位线图上求得,或采用其它方法亦可。
3提供抽水井、注水井、矿井放水点的位置和其流量资料,包括开泵、停泵时间,流量随时间可以变化,故要有连续的记录才行。
4.要查明每个结点处含水层顶、底板标高,以便求得含水层厚度。判断承压含水层转变为无压含水层的水位。没有观测孔的结点,含水层顶、底板标高可通过顶、底板的等高线图求得,或用其它计算方法求得。另外,对岩溶地区还要有岩溶发育规律和不同空间水平的岩溶率。这些资料是估算含水层厚度的依据,对疏干过程有用。
5.在一个水文地质单元中,含水层的富水性、厚度等,在水平方向和垂直方向上均有变化,各种参数也随之有变化,这就有必要进行水文地质分区。原则上是水文地质条件近似的为一个分区。每个分区的参数,通过抽水试验资料算出,也可用经验数据,然后上机模拟计算、调试,其中包括变更参数组和分区。由于从理沦上还未能很好解决最优化法求参数的唯一性,因此计算成果的好坏和给定的初始值的束条件的选择关系很大。
四、水文地质数值法的实例
西盐池位于新疆鄯善县东北部低山丘陵区,为解决当地矿山用水问题,新疆地质工作者在此地区开展了水文地质详查工作。西盐池地貌属山间盆地,为一完整的的水文地质单元,研究重点是第四系松散岩类孔隙含水层,计算区面积为74.67km2。在查明模拟区含水层结构、边界条件的前提下,进行了大量的抽水试验,对含水层水文地质参数进行了概化和区域化;以地下水动态观测资料、蒸发试验、降水入渗试验确定了灌溉水的入渗、潜水蒸发等因素对地下水的影响。以丰富可靠的野外资料、试验数据为依据,从水文地质概念模型出发,建立了水文地质数学模型,并进行数值模拟,计算得出的地下水允许开采量精度较高,取得了良好的勘查效果。
1.水文地质概念模型
五西盐池四面环山,南部山区存在构造缺口,地下水由周边山区降水入渗向盆地中心径流汇集,应浅埋带蒸发及通过南部缺口排泄为主要排泄方式。
模型边界:研究区地势西北高,东南低,地下水补给来源为山区降水融雪所形成的沟谷潜流和暴雨洪流,故在地势较高的北部和西部按沟谷方向设为流量边界,在地势较低的东部设为零流量边界。南部(未含构造缺口)边界作为隔水边界,南部构造缺口作为流出边界。
含水层的概化:区内第四系松散岩类孔隙含水层广泛分布于西盐池洼地山前倾斜和缓倾斜平原,由若干小规模的冲洪积扇组成,地下水由单一结构的潜水逐渐向多层结构的潜水-承压水转变。洼地中心第四系厚度大,最深处可达300m左右,地层结构在南部表现为多层结构,其中夹有粉质粘土、粉土互层,但粉质粘土或粉土厚度不大。故把第四系松散岩类孔隙含水层垂向上概化为一层潜水含水层。
2.数学模型的识别
研究区地下水补排和水位随时间变化,表现为非稳定流特性;参数随空间变化,体现了地下水系统的非均质性,且有明显的方向性。结合以上结构的概化,可将研究区地下水流概化成二维非均质各向异性非稳定地下水流系统,用下列微分方程的定解问题来描述。
3、模拟软件的选择
本次选用地下水模型软件GMS,建立研究区的地下水流数值模型。该软件基于美国地质调查局的地下水流有限差分计算程序Modflow,具有模块化特点,处理不同的边界和源汇项都有专门独立的模块,便于整理输入数据和修改调试模型。是一款可视化地下水流模拟软件。更为可取的是它提供了比较好的模型数据前处理和后处理的接口,原始数据不用过多处理就可以从软件界面输入,模型计算完成后可以可视化显示流场、水位过程线以及降深等,并且可以输出图形和数据。
4、模型的几何框架
模型的几何框架由边界、地表高程、模拟层底板等构成。数据来源主要有勘探孔数据、绘制的水文地质剖面以及地下水位等值线图。
5、计算域剖分
本次地下水流数值模拟将采用规则网格有限差分法进行模拟计算。首先采用分别平行于X、Y轴的正交网格对计算域进行平面上的剖分,考虑到计算域的较小,为74.67km2,但考虑到现有计算机的容量与计算速度,平面剖分间隔不宜过小。本次剖分采用100m×100m的等间距网格进行剖分,将整个模拟区在平面上共分成90行200列。
将模型边界范围与各含水岩组底板标高网格化模型整合到一起,便可获得模拟区的三维几何模型。
模型网格剖分图
6、含水层参数赋值
根据抽水试验计算结果,进行详细分析与对比后,共分为20个参数分区, GMS根据单元中心点所在分区的渗透系数值对单元赋值。
第四系散岩类孔隙含水层参数分区
后续经过汇源项处理,模型校正,就可以进行允许开采量计算和不同开采方案预测预报了。
五、水文地质数值法存在的及需要解决的问题
水文地质数值模拟中有许多问题仍需要研究解决,既有理论上的,也有实践应用中的。包括已建立的水文地质数学模型及模拟结果的对比,需要解决的问题很多。
1.模型参数识别的多解性问题。所建立的模型是由概念模型到数学模型,与实际的含水层存在
差异或是两系统,由实际系统转化为模型系统过程中,作为基础的各项概化会产生一种干扰现象使模型系统与实际系统存在差异,消除差异过程就是进行模型校正称之为模型参数识别或逆问题。贝尔在其地下水水力学中从理论上证明了求解逆问题并不总是适定的,而且也保证不了一个唯一稳定的解。毫无疑问,参数识别问题是模型应用的头等重要问题,这个问题如果得不到满意的解,求解任何预报问题,以及解决在预报基础上的水资源管理问题都是一句空话。水文地质数学模型是把复杂、庞大水文地质实体和要解决的问题用数学关系表达出来。模型自身可以说简单又复杂,简单是能够进行数学处理,复杂是模型中包含了各种信息,这些信息能够进行模型校正。对一个研究区域,并不存在唯一模型,因而不应该去寻找最完善或最精确的模型,但可以从增强完善性、精确性和准确性的立场出发,建立模型系列,选择最合适的模型,寻求解决地下水问题的最优解。
2.水文地质野外工作对建立模型的重要性。从概念模型到数学模型的建立依据是水文地质条
件,模拟成功与否主要取决于水文地质条件的研究程度,只有搞清地下水的补给、径流、排泄、动态特征和边界条件等,才能在简化和建立模型时心中有数。以水文地质条件的分析作为约束条件,尽可能减少模型参数识别的多解性。野外试验应该是获得水文地质参数的基本途径,应该以抽水试验所求参数为控制值或初值,再用数值反演方法根据水文地质条件和动态资料等综合信息去求得区域参数值。若无野外试验资料为依据,模型参数识别难以解决参数的唯一性。
3.加强学术交流,提高水文地质专业技术人员的计算素质和从事地下水数值模拟工作者的水文地质素质,加强双方沟通、合作。尽快普及数学模型在解决地下水问题中的应用,使先进的理论、技术更好地为实践服务。
六、结束语
水文地质数值法非常复杂,其中涉及到的知识和不定因素比较多,所以我们应该不断努力,结合多方面综合考虑,让数值法在水文地质计算方面发挥更大的作用。
参考文献:
[1]薛禹群,吴吉春.地下水数值模拟在我国)))回顾与展望[J].水文地质工程质,1997,(4):20-21.
[2]施鑫源.灌区地下水资源评价和系统管理模型[M].呼和浩特:内蒙古人民出版社,1992.
关键词:岩土工程勘察 报告 图表
报告分文字和图表两大部分,二者相辅相成,同等重要,缺一不可。下面谈一谈有关工业与民用建筑的详细岩土工程勘察报告编写内容,本文侧重于文字部分的论述。
一、报告论述的主要内容
报告应叙述工程项目名称、地点、类型、规模、荷载、拟采用的基础形式;工程勘察的发包单位、承包单位;勘察任务、技术要求及勘察工作所依据的主要规范、规程;勘察场地的位置、形状、大小;钻孔的布置原则和布置量,孔位和孔口标高的测量方法以及引测点;施工机具、仪器设备和钻探、取样及原位测试方法;勘察的起止时间;完成的工作量和质量评述。报告应附勘探点(钻孔)平面位置图、勘探点测量成果(孔位坐标、孔口标高)表和勘察工作量(钻探、测试等)表。一个完整的岩土工程勘察报告,由下面几部分组成。
1、场区地形地貌及地质构造
(1)地貌:地貌的论述应从大到小,先场区后场地,内容包括地貌部位、主要形态、次一级地貌单元划分,地形的平整程度、相对高差等。
(2)地质构造:主要阐述的内容是:地层(岩石)、岩性、厚度、岩层产状;构造形迹,勘察场地所在的构造部位;岩层中节理、裂隙发育情况和风化、破碎程度。
2、岩土分层
(1)分层原则:土层按地质时代、成因类型、岩性、状态和物理力学性质划分;岩层按岩性、风化程度、物理力学性质划分。
(2)分层叙述内容:对每一层岩土,要叙述如下的内容:①分布;通常有 “广泛”、“较广泛”、“局限”、“仅见于”等用语。对于分布较广泛的层位,要说明缺失的孔段;对于分布局限的层位,则要说明其分布的孔段;②埋藏条件:包括层顶埋藏深度、标高、厚度;③岩性和状态:土层,要叙述颜色、成分、包含物、饱和度、稠度、密实度、状态等;岩层,要叙述颜色、矿物成分、结构、构造、节理裂隙发育情况、风化程度、岩心完整程度;裂隙的发育情况,要描述裂隙的产状、密度、张闭性质、充填情况;关于岩心的完整程度,除区分完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎外,还应描述岩心的形状,即区分出长柱状、短柱状、饼状、碎块状等。
3、岩土物理力学性质
这一部分是岩土工程勘察报告着重论述的问题,是进行工程地质评价的基础,包括以下内容。
(1)取样和试验数据:应列表表示取样个数、主要物理力学性质指标。对每一物理力学指标,应有区间值、一般值、平均值,最小平均值、最大平均值,以便选用。
(2)原位测试情况:包括试验类别、次数和主要数据。也应叙述其区间值、一般值、平均值和经数理统计后的修正值。
(3)承载力:据室内试验资料和原位测试资料分别查算承载力标准值,然后综合判定,提供承载力特征值的建议值。
报告中地基承载力的提出非常关键。地基承载力是否准确合理,直接影响到了基础工程的安全和经济投入,因此对试验资料数据的取舍必须综合多方因素考虑后决定。
(4)岩体基本质量等级:根据岩石试验成果的单轴抗压强度平均值对场地岩体基本质量等级进行分类。
4、地下水简述
地下水是决定场地工程地质条件的重要因素。报告中必须论及:地下水类型,含水层分布状况、埋深、岩性、厚度,静止水位、降深、涌水量、地下水流向、水力坡度;含水层间和含水层与附近地表水体的水力联系;地下水的补给和排泄条件,水位季节变化,含水层渗透系数,以及地下水对混凝土的侵蚀性等。地下水对混凝土的侵蚀性,要结合场地的地质环境,根据水质分析资料判定。应列出据以判定的主要水质指标,即pH、HCO-3、SO2-4、侵蚀CO2的分析结果。
如地下水对混凝土有腐蚀性等特殊情况应提出处理建议。
5、场地稳定性
应从以下几个方面加以论述:(1)场地所处的地质构造部位,有无活动断层通过,附近有无发震断层;(2)地震基本烈度,地震动峰值加速度;(3)场地所在地貌部位,地形平缓程度;(4)场地及其附近有无不良地质现象,其发展趋势如何。报告对场地稳定性作出评价的同时,应对不良地质作用的防治,增强建筑物稳定性方面的措施提供建议。
6、地基基础方案及地基持力层选择建议
该部分应综合拟建物本身结构特征以及场地的工程地质情况,提出经济合理、安全可靠的基础方案及持力层选择建议。如采用桩基础,应建议桩型、桩径、桩长、桩周土摩擦力和桩端土承载力标准值;如为不良地基需作地基处理的,应提出地基处理意见,以供设计部门参考。
7、结论及建议
结论是勘察报告的精华,它不是前文已论述的重复归纳,而是简明扼要的评价和建议。一般包括以下几点:(1)对场地条件和地基岩土条件的评价;(2)结合建筑物的类型及荷载要求,论述各层地基岩土作为基础持力层的可能性和适宜性;(3)选择持力层,建议基础方案;(4)地下水对基础施工的影响和防护措施;(5)基础施工中应注意的有关问题;(6)建筑是否作抗震设防;(7)其它需要专门说明的问题。
二、主要图表
图表同样是岩土工程勘察报告不可缺少的组成部分,本文只作简单叙述如下。
1、主要图件
(1)勘探点(钻孔)平面位置图。
(2)钻孔工程地质综合柱状图。
(3)工程地质剖面图。
(4)专门性图件。
2、主要附表、插表
(1)岩土试验成果表。
(2)原位测试成果表。
(3)钻孔抽水试验成果表。
(4)桩基持力层一览表。
关键词:地铁;明挖车站;渗漏水;处理
Abstract: briefly Ming dig metro station subject structure engineering disposal leakage of different construction methods, detailed introduces various plugging, grouting, waterproof material the reasonable choice and construction methods. Summarize the main structure of the causes of the leakage of the situation is different, and moved to the plugging method, so as to ensure the metro project is a waterproof effect
Key words: the subway; Ming dig the station; The leakage of; processing
中图分类号:U231+.3文献标识码:A文章编号:
很多地铁的车站采用地连墙支护明挖施工,车站的结构防水为刚性防水,冬季施工完成。车站建成后,站厅层和站台层均有渗漏水现象,雨季特别是连续降雨后尤为严重。以前采取多种治理措施,如站内注浆、堵漏等,但都没有取得明显效果。为了彻底治理地铁车站的渗漏水,需要详细地调查了车站渗漏点的分布、渗漏水量及车站周围的环境,分析造成车站渗漏水的原因,包括外部环境和结构本身的原因,针对性地采取治理措施,并在治理过程中严格控制质量
一、渗漏水原因分析
本着根治的目的,我们调查了部分渗漏水车站的结构设计、当初施工的具体情况和周围环境,请有关专家共同分析,认为主要的渗漏原因有:
(1)地铁车站的层级变化使得地下连续墙的帽梁及部分墙体被凿除,导致地下连续墙的部分结构和防水遭到破坏,地下水向墙体内侧人渗。
(2)站厅层粱、板结构的钢筋与地下连续墙伸出的钢筋(胡子筋)连接,钢筋逐步锈蚀后成为防水的薄弱点,造成站厅层踢脚线位置严重渗水。
(3)车站防水采用防水砂浆,为刚性防水,路面道路施工时对车站结构的震动较大,防水层在一定程度上遭到破坏。
(4)由于出现止水带破损由于止水带在制作、搬运和施工时造成的破损,常见有以下情况:①由于焊缝质量差,焊接钢筋电渣损坏止水带;②由于混凝土表面有尖锐物,泵送混凝土时损坏止水带;③由于初期支护表面凹陷大而止水带张拉过紧在灌注混凝土时将止水带挤破。以上破损形成的漏水点在施工检查时未被发现或发现后未及时处理,均可能引起渗漏。
二、渗漏水的治理措施
根据对渗漏原因的分析,地铁车站一旦发生渗漏情况,对于维护结构、外包防水层则很难处理,一般采取对结构混凝土缺陷进行修复才能解决渗漏问题。地铁车站主体结构漏堵主要以注浆封堵结构缺陷为主。渗漏的形式主要以点渗、裂缝渗漏、面渗、施工缝渗漏、诱导缝以及变形缝渗漏等。根据不同的渗漏情况分别采取相应的处理施工技术。一般在车站结构封顶,内支撑体系及模架全部拆除,顶板外包防水层、顶板覆土完成、地下疏干井封堵完成后,上述各类缺陷引起的渗漏才会基本暴露,此时应全面检查结构墙面,确定各个渗漏部位以及渗漏的形式,并加以标识和记录。
根据渗漏水形成的原因,治理措施分为外部环境和内部治理。外部治理以堵截可能渗人的水源为主,内部治理根据不同部位的特点采取适宜的措施。考虑到地铁车站渗漏影响较大,方案设计时首先进行堵水,若堵水效果不太理想,则沿站厅墙脚设排冰沟进行排水。在实际施工过程中发现,当完成外部治理和内部堵水后,治理效果已达到要求,因此不再设置排水沟。
(1)外部环境的治理
外部治理以堵截可能渗入的水源为主。车站南侧为雨、污水管和停车场沉陷处,雨、污水管渗水和沉陷处下雨时积水严重。因此,首先在车站南侧地下连续墙外侧及停车场内沉陷处进行地面注浆。注浆管为φ42钢管,管长6—10m,管身周围梅花状布φ10小孔,间距为1-1.5m。注浆浆液为水泥、粉煤灰浆液,水灰比为1:1,注浆压力为0.2MPa。注浆完毕后对停车场内沉陷部位地面进行清淤硬化处理,并设1%的坡将流人停车场内的水引入雨水管中。
(2)站厅层南侧踢脚线渗水的治理
取芯和钻孔试验表明车站结构现浇混凝土振捣密实,防水性较好,但在站厅层底板与墙交接部位(胡子筋)钻孔时发现有水流出。这是由于地层中地下水通过地下连续墙防水破损处流人车站现浇混凝土外侧,一部分水沿墙上升,遇到墙面防水薄弱处则流出,一部分沿胡子筋渗入站厅层底板焦碴层实地砖潮湿并沿踢脚线流出。施工时首先采用钢筋检狈舣确定胡子筋的准确位置,再向胡子筋处钻φ10小吼,孔深300-500mm,尽可能接近胡子筋。采剧、巧、轻便的高压注浆设备压注聚氨脂嫁接浆液。浆液遇水膨胀,堵塞缝隙,排出胡子筋中的水,并防止地下水再渗入,具有良好的效果。
(3)变形缝处渗漏水的治理
由于站厅层地沟处变形缝渗漏水严重,施工时首先对变形缝两侧进行注浆,然后清理整个变形缝,清理槽宽20mm,直至橡胶止水带位置。若有明水,用“立止水”瞬间堵漏剂进行堵塞,然后刷两道“优止水”高效防水剂,再用柔性材料“水盾”填满,高度与沟底齐平。
(4)普遍注浆和重点注浆
混凝土防水性能差在施工中,施工缝、变形缝处理不当、配合比不当、振捣不当、灌注混凝土方法不当等,均可能形成漏水点。漏水的形式和治水方案的选择地下水从止水带的破损处进入,经止水带的模筑凝土间的空隙将地下水引到混凝土防水的薄弱处,从而渗出混凝土表面。根据漏水量的大小和漏水的方式,渗漏的形式可分为大面积渗漏和比较集中的点、线渗漏。根据不同的渗漏形式采取了不同的治水方法:第1种情况采用普遍注浆,第2种情况采用重点注浆。普遍注浆施工本方法主要用于渗漏严重、出水点多、面积大的地段。这种方法注浆止水的原理是:浆液从拱顶的注浆孔进入止水带和模筑混凝土之间的空隙,再进入其它部位的细小裂纹,用以堵塞混凝土出水周围的出水通道,因此起到大面积治水的作用。
三、地铁车站渗漏治理应注意的问题
通过对地面进行注浆及地面处理,减少了雨、污水对车站周围地层的灌人量,在很大程度上切断了地下水的来源。对渗漏水点打孔注入聚氨脂嫁接浆液,切断了地下水渗入途径,使局部渗漏水得到治理。该地铁车站渗漏水经过治理后,运营近一年,证实达到了预期的治理效果。通过调查研究,我们认为地铁车站渗漏治理应注意以下几点:
(1)应充分调查地下水的渗漏分布情况、地铁结构的施工情况和周围的环境,认真分析可能造成渗漏的原因;
(2)针对渗漏的原因应由外到内采取适宜的堵扫醋施,做到标本兼治,哪里漏水漏堵哪里是达不到治理效果的;
(3)应严格控制防水施工的质量,确保治理方案的落实。
结语:
地铁防水工程中, 细部构造的防水效果决定整个工程的防水质量。选择合理的防水方案、采取正确的施工工艺, 是确保细部构造防水质量的关键,以上关于地铁明挖车站渗漏水处理技术的观点, 希望对今后地下防水工程具有一定的借鉴意义
参考文献:
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关键词:施工时地下水处理结构自防水柔性外包防水
Abstract: aiming at the coastal city, geology and groundwater types, this paper combining the phase one subway engineering (line 3) waterproof is reviewed, and the construction of subway groundwater treatment, the subway from waterproof structure and flexible outsourcing waterproof summary.
Key words: groundwater processing structure construction from waterproof flexible outsourcing waterproof
中图分类号:U231+.3 文献标识码:A 文章编号:
近年来,我国地铁工程发展迅速,我国正在筹建轨道交通的城市有近40个,拟建运营轨道交通线路60多条,预计到2015年,线路总长将达1700多公里。
地下工程的防水一直是一大难题。施工地下水及后期渗漏水是影响工程使用效果和寿命以及隧道安全的主要因素。现把以青岛地铁为代表的岩质海滨城市地铁防水采用的材料、工法及需注意的问题做一下总结,以期能为类似工程提供参考。
工程概况
青岛地铁一期工程(3号线)线路全部为地下线,全线22座车站中,有12座是明挖车站,比重较大。本线沿线地形起伏比较大,岩土层竖向分布不均匀,浅部为土层或风化岩层,局部有砂层填充,深部基本为花岗岩,基本呈现“上软下硬”的特点。这样的工程地质及海滨城市的特殊地理位置,对结构防水提出了较高的要求。
水文地质特征
青岛地铁地下水类型较为独特,主要有两大类:第四系松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水。
1)第四系松散岩类孔隙潜水
第四系孔隙水主要分布于各大河流河道中,主要含水层为中粗砂、含砂粘性土、碎石土中,属冲洪积物,地下水丰富,渗透性较好。地铁3号线部分区间在河流附近穿越时,丰富的地下水及不稳定的砂层对区间隧道的开挖及防排水造成很大的压力。
2)基岩裂隙水(微承压水)
地铁3号线区间及车站大部分位于稳定的基岩中,基岩裂隙水是青岛地铁重要的地下水类型,基岩裂隙水主要赋存于强、中风化岩层中,地下水在基岩中的赋存量较小,迳流条件也差,主要由大气降水补给,透水性弱,属弱透水层。
根据相关的报告研究,青岛地区地下水对混凝土结构及钢筋有弱~微腐蚀性。
施工时地下水处理
3.1简述
隧道全部或部分位于富水地层,隧道穿越富水砂层时,地下水是处理的重点,处理的目的是在地下水周围形成止水帷幕,将隧道结构与富水地层隔离,对未开挖隧道做好保护。
3.2技术措施
1)洞内注浆封堵:施工中可采用全断面超前预注浆、洞内水平旋喷桩帷幕、洞内深孔预注浆,超前小导管预注浆等注浆封堵措施。
2)地面注浆隔离:通过地表深孔预注浆,旋喷桩等形成止水帷幕。一般针对富水地层,在洞内措施难达到堵水效果而地表又具备施工条件时,可作为洞内方案的辅助措施。
3)地面降水:通过在区间范围内打设降水井,将水位控制在区间基底以下,同样可以起到保护的作用。
4)适当引排:对地质较好的基岩,水量较小,采取注浆封堵的措施效果并不好,当地下水的流失不会引起地面的沉降、管线的位移及建筑物的倾斜时,可适当的引排地下水。
结构防水型式
在保证结构、设备的正常使用、行车安全及经济合理的前提下,青岛地铁采取了一套行之有效的防水体系:以结构自防水为根本,施工缝、变形缝、穿墙管、桩头等细部构造为重点,并在结构迎水面设置柔性防水层加强防水。
本文选取具有代表性的一明挖车站的防水形式做简要介绍。
4.1防水等级及标准
青岛地铁一期工程(3号线)地下车站防水等级为一级,不允许渗水,结构表面无湿渍。
4.2结构自防水
混凝土自防水为防水的根本。搞好结构自防水,需要大力解决三大类的问题:一是保证混凝土的抗渗等级,二是控制裂缝,三是混凝土的耐腐蚀问题。
按照新规范的要求,根据青岛地铁工程埋深实际情况,抗渗等级取为P10,个别埋深较大的地段等级会有所提高;
防水混凝土的裂缝宽度,迎水面不得大于0.2mm,背水面不得大于0.3mm,并不得出现贯通裂缝。。
在应用防水添加剂时,可考虑试点采用性能良好,抗腐蚀性高的添加剂增强混凝土的抗腐蚀性能。
4.3柔性外包防水
4.3.1防水涂料
地下明挖车站的顶板防水层,目前国内主要是以防水涂料为主,防水涂料可以适应于结构复杂的构造中,诸如上翻梁、斜坡、挡墙等,又可以和顶板混凝土基面紧密粘结,是较为理想的顶板防水材料的选择。
传统的防水涂料以聚氨酯类和聚合物类两大类型为主,聚氨酯类对基面的潮湿比较敏感,施工周期较长;聚合物类可解决潮湿基面的问题,但不适于长期浸泡在水中。
目前青岛地铁明挖车站顶板采用2.5mm厚单组分聚氨酯防水涂料,也是国内比较常见的、较为成熟的顶板防水涂料。
防水涂料的施工需注意几点:
1)基层必须平整光滑,侧墙模板接缝部位需严格要求;2)表面因涂刷产生的气泡、鼓包需修整;3)多道涂刷时,厚度需均匀,并应达到设计要求;4)阳角需打磨圆滑,阴角需做成钝角;5)涂料层表面未干前不能遇水,否则会影响防水效果。
4.3.2自粘防水卷材
明挖车站的侧墙防水层的选择根据围护结构的不同,材料有所不同,有围护结构(桩锚撑支护结构)的侧墙,一般选用双面或单面粘贴的自粘防水卷材,采用“外防内贴法”施工,将防水卷材预先铺设在围护结构基面上,然后浇筑结构混凝土。放坡开挖或采用吊脚桩施工的明挖车站的侧墙部位,因有施做侧墙防水涂料的条件,一般选用适应性更好的防水涂料。
自粘防水卷材能较好的解决窜水的问题,窜水是地铁防水中的一大难题,严重的窜水会对地铁后期堵漏维修工作产生较大的不利影响,自粘类防水卷材能与地铁结构满粘,有比较好的断裂延伸率,能满足地铁结构的变形及裂缝控制的要求。
综合分析其他已建成地铁,自粘防水卷材的防水效果较好,但在施工中还应该注意一下几个问题。
具体为:
1)基层平整度必须符合设计要求。基面的平整度,光洁度和明水对柔性防水层的防水起到至关重要的作用,基面处理不好,防水层会被刺穿,拉折,褶皱,失去了防水效果,因此形成了的汇水区域相反会对结构自防水产生负作用。
2)自粘卷材的搭接缝问题。搭接缝做不好,会成为以后地铁渗漏水的渗漏点,接缝粘结必须严密,不得出现翘边现象。铺设方向要统一,原则上不得出现四层搭接部位。
3)隔离膜的保护。隔离膜在绑扎钢筋前需全部撕掉,但不得提前全部撕掉,而且甩搓部位隔离膜不得提前撕掉并隔离保护。
目前青岛地铁明挖车站采用的自粘防水卷材为4.0mm沥青基聚酯胎预铺防水卷材,防水效果较好,性价比较高。
1--结构侧墙;2--4.0mm厚双面粘合II型沥青基聚酯胎预铺防水卷材;3--水泥砂浆找平层;4--永久砖墙;5―围护结构;6―70mm厚细石混凝土保护层;7―纸胎油毡隔离层(顶板有植被时。为耐根系穿刺层);8―2.5mm厚单组分聚氨酯涂膜;9―结构顶板;10--结构底板;11--50厚细石混凝土保护层;12--4.0mm厚双面粘合II型沥青基聚酯胎预铺防水卷材;13--混凝土垫层;
图1明挖车站结构防水设计
总结
目前我国防水材料市场仍处于低价竞争阶段,市场秩序较为混乱,防水造价在工程造价中一般占1%―2%,受重视的程度低,容易被忽视,但是渗漏水的隐性危害非常大,结构渗漏水会影响建筑的使用功能,严重时可能毁掉整个建筑。
【关键词】公路桥梁工程;地基施工;技术处理;要点;井式施工
一、公路桥梁工程地基施工方式与特性
地基施工方式的研选与结构载重、地形、地质、地下水位及周围环境等各项条件均息息相关,公路桥梁工程常采用的地基施工方式有:(1)直接地基;(2)筏式地基;(3)桩地基(4);井式地基;(5)沉箱地基;(6)壁式地基等六种类型。其中,直接地基为浅地基,为符合结构载重所需,必须依据地层分布,考虑承载力及沉陷量进行地基埋置深度以及尺寸设计,一般而言,其所需深度较浅,但平面所占面积较大,在工程性质良好、承载层较浅的地层以及用地取得容易的郊区较为适用;筏式地基可以同时提供多根柱(墩)载重的大面积RC地基板,则适用于建筑物等的地基采用;而桩地基为深地基,为一般位于软弱地层上的工程最常选择的地基施工方式,而桩长的研订通常取决于地层的特性,一般工程均会将桩底设计在较好的承载层深度,以取得较稳定的基础,目前而言国内基桩长度最深约达120m,而为能钻掘深层地盘,基桩工程通常需要使用的机具设备与施工空间较大,费用也较高;沉箱地基,顾名思义是以沉降的方式施作地基结构,然而为顺利让地基结构沉入地下,施工中必须要加载或小量超挖,因此地基常有倾斜或偏心等情况,而超挖过大时更容易造成工区附近地层下陷,施工控制精度较差,过去常用于河川地或高滩地等较无邻近构造物的区域,近年来在城市内部施工中也会有采用压入式沉箱工法的案例,但该沉箱常作为潜盾(或推进)工程的工作井使用;井式地基的结构型式类似沉箱,较大差异在于施工顺序,通常以人工或小型机械开挖的方式凿井,再于井中施筑地基结构,由于开挖期间必须保持井壁稳定施作壁面保护,例如喷凝土、岩钉、钢衬板等,避免坍方造成施工危险,一般会选择在工程性质良好,地下水位较深的地层施筑,因为以小型机具施工,地基平面尺寸较小(一般直径约5~10m),所以也是施工空间局限的工程所常选择的地基施工方式。地基施工方式的选择除了考虑水平侧向力、垂直承载力、侧向位移、沉陷量等,对于施工性也必须纳入考虑。以直接地基及桩地基而言,都必须要施作地基版来传递载重,因此必须视地层情况设计临时开挖挡土支撑来施作,在用地取得容易地区,可以斜坡明挖方式进行,速度快、施工容易,但若开挖深度较深或用地有限的情况下就必须先打设挡土支撑系统再开挖,但实践中在施工高度受限的环境(如桥下或电缆线下方施工)或在地形陡峭崎岖的斜坡面上,要打设挡土桩或架设水平支撑都有困难,而在这些困难施工环境下,井式地基则具有小型施工机具、施工面积较小及克服坚硬地盘等优势。
二、井式地基设计考虑
井式地基因具有可因地制宜采用小型机具施工、地基面积小、开挖工法可顺应地形等特点,因此在公路桥梁工程中,是使用较广泛的施工方式。井式地基设计除了必须考虑地层、地形坡度以及地下水的影响外,同时免不了必须依据上构的载重条件分析地基承载力以及沉陷量等,以维持地基的稳定性。此外,若于河川地或高滩地选择采用井式地基,其地基深度也须考虑河川的冲刷深度以决定井式地基深度,避免因掏刷地基外露而影响地基稳定;此外,井式地基断面通常考虑用地范围及上部结构载重、地层条件等综合分析,若采用直径大断面者(约8~12m以上)通常井式地基结构体会采中空,中空处会填砂或填充强度较低的混凝土,而若断面直径较小者(约8m以下),则必须要考虑施工空间会以实心井式地基结构体进行设计,并增加地基本身断面强度及重量以抵抗桥墩产生塑性铰后传递下来的力量,特别是当承受弯矩时,仍必须符合设计规范规定的偏心载重地基最小受压面积比。在井式地基的公路桥梁工程分析上,必须分别考虑水平及垂直向的支承力及变位量进行检核,以下简述之。井式地基在垂直承载力的考虑上,由于井式地基开挖时土体侧向解压,在开挖面侧壁常打设岩钉或锚筋等,造成地基施工扰动,完成后的周围土壤并无法完全包覆地基结构,恐无法发挥侧向摩擦力,故设计时常保守忽略侧向垂直摩擦力的贡献,仅考虑井式地基底部的地盘反力。而井式地基常使用于坡地环境,在斜坡上的地基则必须考虑斜坡特性进行适当折减,折减系数随坡度增加而减少。
三、井式地基施工注意事项
本文通过汇整所执行相关案例的经验,归纳井式地基常遭遇的问题如下:1.开挖过程中大量地下水涌入问题,施工阶段可用大型深井抽降,将地下水降低或导排,以利混凝土浇注作业保持较干燥的井壁;2.井式地基混凝土浇注后,混凝土须达预定强度方可停止抽水作业,以避免因地下水入渗造成保护层的混凝土浆流失;3.若采用较小直径井式地基时,因无法采用大型开挖机具于井内施工,挖掘进度较慢;4.软弱地层及松散土层使用井式地基时,可先地盘改良,以避免施工中的壁面坍塌、涌水或涌砂现象;5.若开挖挡土壁以钢衬板施工,则钢衬板与周围地层之间隙如何以砂浆灌满填实,必须特别注意;6.井式地基的开挖出土及运送等作业,随开挖深度越增加则越困难,须特别注意施工安全;7.若井式地基设计成中空的结构体,则钢筋组立及模板施作较为繁杂;8.地下水位较高时,井式开挖壁面较不易控制,表面较不平顺且容易超挖;9.井式地基于地下水位较高的地层中施工时,应特别注意降水及导排水问题;10.井式地基施工应注意挖土、出土作业安全,以及施工中开挖监测壁体情况。井式地基施工不须大型机具,具有因地制宜的特性,主要施工机具包括吊车、挖土机、钻机、卡车、发电机、空压机、送风机、喷浆机、电焊机等,而机具大小及设备多寡可视现地可用空间调整。井式地基在开挖之前必须先进行放样及整地,尤其在地形坡度较为陡峭的坡地区域,考量地基尺寸及施工空间,无法采用直接地基及桩地基时,井式地基可能为较佳的选择方案,考虑地形陡峭无法大规模整地的缘故,为降低坡地开挖范围,多以竹削工法搭配井式地基井口开挖,有关竹削工法的说明,可另行参阅相关技术文件,本文不再详述。完成整地及放样后,在井口施作高约50cm的RC环型梁,同时可作为防落护栏的地基,也可以防止地表径流灌入开挖范围内。开挖时,在深度约8m以内可于地表以PC300挖土机直接开挖,开挖深度较深时,则必须于井内以小型挖土机开挖,将土石倒入吊桶后吊出井外,而每次开挖深度以1m为原则,可视地层条件酌予调整,每次开挖后必须立刻进行开挖壁面保护(如钢衬板、挂网喷凝土、岩栓、钢支保等),开挖时须随时注意地下水渗入情况,轻微入渗时加强开挖面保护,避免壁面塌落,入渗较多时则必须于井外打设大口径深井抽水,将地下水降低至开挖面下,井内积水则设集水坑抽出井外。开挖至预定深度后,先在底部打设10cm厚,以便于结构施筑,再根据设计图说明施作底板及地基结构,井式地基钢筋组立作业可视施工条件,先行于地面完成钢筋笼绑扎后,使用吊车吊放至开挖完成的井内,或将加工完成的钢筋料吊入井内,钢筋笼在井内绑扎组立。施筑井式地基结构原则上以4m为一升层,逐层向上重复绑筋、组模、混凝土浇注作业,而由于井式地基深度较深,灌浆时常因灌浆方式不当或速度太快,导致施工质量不佳,因此必须注意灌浆时控制混凝土泵送速度,并控制灌浆管高度须维持在1m内,同时利用震动机捣实混凝土,避免混凝土粒料析离。另外,由于井式地基开挖一般深度较深(约>15m),属于危险工作场所,针对施工安全必须谨慎处理,为防止人员、物品自井口坠落,井口周围必须设置护栏与防护网,井内施工必须设备妥善的通风、照明、通讯与进出设备,进入井式地基内作业前须先行进行井内的氧气浓度与有害气体浓度侦测,确认施工环境安全。
四、结语
井式地基为各结构物于丘陵地形或麓山地带公路桥梁工程常选择的地基施工方式之一,必须依据其地层特性、结构需求、经济性以及施工性等进行综合评估分析其妥适性。井式地基不适合于软弱黏土、松散砂土及地下水位高的地层,较适合于适当深度内(一般约10~25m)存在坚硬承载层(如卵砾石层或岩层)的地层条件时采用之。井式地基因施工可不需大型机具,因此具备可因地制宜的施工特性,对于用地不足或地势陡峭的情况下,不失为合适的地基施工方式。地下水位分布对于井式地基施工的成败相当重要,在地下水位较高处的井式地基开挖必须式先考虑各种渗水的可能性,并预先做好降水、导排水或保护措施,避免开挖失败。井式地基一般深度均较深(>15m),井内开挖条件不佳,为高风险施工环境,必须考虑施工安全需求,设置保护措施。在陡峭边坡地形的井式地基可搭配竹削式挡土开挖工法,可有效降低开挖面积,对环境保护及边坡扰动较小。
参考文献
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[4]赵勇.浅谈公路桥梁施工的质量控制[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2012(01)
关键词:工程地质勘察;报告编制;程序;图表编制要点
中图分类号:F407.1 文献标识码:A 文章编号:
随着我国国民经济不断高速发展,越来越多的基础建设项目不断兴建。地质勘察在工程设计和施工中占有重要地位,加强地质勘察工作,有利于工程的施工质量和工程的顺利完成。而地质勘察报告是工程地质勘察的最终成果,提高工程地质勘察报告编制质量十分重要。当然,不同的工程项目,报告编制反映的内容和侧重有所不同。对于水利工程勘察而言,其勘察工作具有较强的隐蔽性、专业性等特点,对勘察报告编制的要求也更为严格。
1 报告的编制程序
一项勘察任务在完成现场放点、测量、钻探、取样、原位测试、现场地质编录和实验室测试等前期工作的基础上,即转入资料整理工作,并着手编写勘察报告。岩土工程勘察报告编写工作应遵循一定的程序,才能前后照应,顺当进行。不然的话,常会出现现场编录与实验资料的矛盾、图表间的矛盾、文图间的矛盾,改动起来费时费力,影响效率,影响质量。
2 报告论述的主要内容
工程地质勘察报告正文应包括绪言、区域地质概况、水库区工程地质条件、建筑物工程地质条件、天然建筑材料及结论和建议等。
绪言应包括:工程位置、工程主要指标、主要建筑物的布置方案,工程地质勘察提出的主要问题和结论,本阶段工程地质勘察工作概况,完成的工作项目和工作量。
区域地质概况应包括:区域地层岩性、地质构造、地貌和物理地质现象、水文地质及地震地质等概况,可溶岩区应重点说明喀斯特发育规律及喀斯特地下水的补排条件,有关区域构造稳定性的主要结论和地震基本烈度。
水库工程地质条件应包括:水库地质条件、水库渗漏的性质、途径和范围,计算参数的确定,计算公式的选用,计算成果及其分析和说明,处理方案的建议和结论。水库浸没区地质条件,地下水壅高计算参数和公式的选定及计算成果的分析说明,浸没标准的确定。根据水库运用水位预测的浸没范围,浸没区的分类,可能的发展情况和防护措施的建议。库岸稳定性分段,不同设计水位时的不稳定岩土体的位置、高程、方量,主要地质条件,计算参数选择,计算成果和观测资料等以及失稳影响和防治措施的建议。评价水库诱发地震的条件潜在震源区的确定及其震级上限的预测。
各建筑物的工程地质条件应包括:坝、闸址工程地质条件(包括地质概况与选定坝型、坝轴线、枢纽布置方案有关的工程地质条件,坝基岩体工程地质分类,工程地质问题及评价和有关工程地质问题处理的建议。引水隧洞工程地质条件应包括:工程地质条件分段及说明,围岩工程地质分类和工程地质问题评价及处理建议。渠道工程地质条件应包括:工程地质条件分段及说明,渠道建筑物的工程地质条件和工程地质问题评价及处理建议。厂址工程地质条件应包括:厂区工程地质条件,调压井或调压塔或压力前池,地下压力管道或明管,地面厂房或地下厂房。尾水渠或尾水洞的工程地质条件,主要工程地质问题评价及处理建议溢洪道,通航建筑物和导流工程等的工程地质条件及工程地质问题评价等。
天然建筑材料应包括:各类材料的实际需要量,并按不同材料和不同料场分述产地地形地质条件,勘探和取样情况,储量和质量评定,开采和运输条件等。
结论和建议应包括:阐明建筑物区的基本地质特点,对各建筑物主要工程地质问题及评价以及对技施设计阶段勘察工作的建议。勘察报告依据主要规范、规程说明工程地质问题是勘察工作的基础,工程地质问题的论证和解决则是勘察工作的核心。现对工程勘察报告组成的几个部分进行分述如下:
2.1 地质地貌概况
地质地貌决定了一个建筑工地的场地条件和地基岩土条件,应从以下三个方面加以论述:(1)地质结构构造。主要阐述的内容是:地层、岩性、厚度,构造形迹,勘察场地所在的构造部位,岩层中节理、裂隙发育情况和风化、破碎程度。如果勘察场地为平原区,应划分第四系的成因类型,论述其分布埋藏条件、土层性质和厚度变化。(2)地貌。包括勘察场地的地貌部位、主要形态、次一级地貌单元划分。如果场地小且地貌简单,应着重论述地形的平整程度、相对高差。(3)不良地质现象。包括勘察场地及其周围有无滑坡、崩塌、塌陷、潜蚀、冲沟、地裂缝等不良地质现象。
2.2 地基岩土分层及其物理力学性质
这一部分是工程勘察报告着重论述的问题,是进行工程地质评价的基础。下面介绍分层的原则和分层叙述的内容。
(1)分层原则。土层按地质时代、成因类型、岩性、状态和物理力学性质划分,岩层按岩性、风化程度、物理力学性质划分。厚度小、分布局限的可作夹层处理,厚度小而反复出现可作互层处理。
(2)分层编号方法。常见三种编号法:第一,从上至下连续编号,即①、②、③……层。这种方法一目了然,但在分层太多而有的层位分布不连续时,编号太多显得冗繁;第二,土层、岩层分别连续编号,如土层Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3,,;岩层Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3,,;第三,按土层成因类型分别编号。如某工地填土1;冲积粘土2-1、冲积粉质粘土2-2,冲积细砂2-3;残积可塑状粉质粘土3-1、残积硬塑状粉质粘土3-2;强风化花岗岩4-1,弱风化花岗岩4-2,微风花岗岩4-3。第二、三种编法有了分类的概念,但由于是复合编号,故而在报告中叙述有所不便。
(3)分层叙述内容,对每一层岩土,要叙述如下的内容:
①分布:通常有“普遍”、“较普遍”、“广泛”、“较广泛”、“局限”、“仅见于”等用语。
②埋藏条件:包括层顶埋藏深度、标高、厚度。如场地较大,分层埋深和厚度变化较大,则应指出埋深和厚度最大、最小的孔段。
③岩性和状态:土层要叙述颜色、成分、饱和度、稠度、密实度、分选性等。
④取样和实验数据:应叙述取样个数、主要物理力学性质指标。
⑤原位测试情况:包括试验类别、次数和主要数据。也应叙述其区间值、一般值、平均值和经数理统计后的修正值。
⑥承载力:据土工试验资料和原位测试资料分别查算承载力标准值,然后综合判定,提供承载力标准值的建议值。
2.3 地下水简述
地下水是决定场地工程地质条件的重要因素。报告中必须论述地下水类型,含水层分布状况、埋深、静止水位、降深、涌水量、地下水流向、水力坡度;含水层间和含水层与附近地表水体的水力联系;地下水的补给和排泄条件,水位季节变化,含水层渗透系数,以及地下水对混凝土的侵蚀性等。对于小场地或水文地质条件简单的勘察场地,论述的内容可以简化。有的内容,如水位季节变化,并非在较短的工程勘察期间能够查明,可通过调查访问和搜集区域水文资料获得。地下水对混凝土的侵蚀性,要结合场地的地质环境,根据水质分析资料判定。应列出据以判定的主要水质指标。
关键词:深基坑钢板桩施工技术
Abstract: in this article, through it states the steel sheet pile structure size of the design, mechanical check and construction method of deep foundation pit construction USES the steel plate pile supporting technology to have the certain reference value.
Keywords: deep foundation pit steel sheet pile construction technology
中图分类号:TV551.4+2文献标识码:A 文章编号:
一、前言
近年来,随着我国铁路建设事业的飞速发展,各种基础建设项目相继增多,基坑开挖的支护是铁路承台施工的重要环节。对于一些跨越地方河流的承台设计比较深,随之基坑开挖深度较深,加之地下水特别丰富,基坑开挖安全成了一个很重要的问题。对于地下水位丰富、开挖比较深的基坑,采用钢板桩支护可以有效阻止地下水,确保施工安全,加快施工进度,缩短工期。
二、施工特点
1、深基坑开挖采用钢板桩有效的阻止了地下水,确保基坑开挖的安全。
2、设备、人力投入少,劳动力强度低,安全性强。
3、施工简单、施工速度快,可以缩短工期,周转材料利用率高,施工成本低。
三、钢板桩围堰尺寸设计及力学验算
(一)钢板桩围堰设计
以我公司施工京沪高铁青沧特大桥跨河北省力通联钢管厂人工湖施工为例,承台尺寸为12.5m×8.1m矩形尺寸,承台基坑开挖前,选用15米拉森Ⅲ型钢板桩(型号为400mm×170mm×15.5mm)进行围堰施工,确保钢板桩入土深度不小于5米,围堰设置要求大于承台尺寸2.0米,钢板桩围堰尺寸定为:16.5m×12.1m矩形尺寸。围堰自上而下设置4道内部支撑,采取“分层开挖、分层支撑”设置原则;内部支撑由围囹、纵向支撑和斜撑组成;围囹采用35H型钢,纵向支撑、斜撑采用壁厚10mm的Ф426螺旋钢管。基坑开挖至承台底标高以下0.5米处,基坑底部浇注0.5米厚C25封底砼。见下图(尺寸:cm):
(二)钢板桩支护结构验算
1、内部支撑验算
对于多层支点的支护体系,常采用等弯矩布置的形式以充分利用钢板桩的抗弯强度,减少支护体系的投入量。其计算步骤为:根据所选钢板桩型号由以下公式确定最大悬臂长度h
(简明施工计算手册)
式中,f――钢板桩抗弯强度设计值;f=200MPa
W――截面抗弯模量;W=2270cm3
――土压力容重;
Ka――土压力系数;(见土压力计算)
根据表1计算各支撑的跨度
2、钢板桩验算
对于15米钢板桩,根据土压力分布特点,其第四层支撑和基坑底承受的荷载最大,那么只计算第四层支撑距离基坑底部的钢板桩受力情况。拉森钢板桩[σ]=200Mpa,I=38600cm4,W=2270cm3。
(1)土压力计算
根据地质资料,主动土压力的容重加权平均值, 被动土压力的容重加权平均值为,摩擦角=30°,土的凝聚力c=10kPa。内力图如下(尺寸:cm):
根据朗肯土压力公式(简明施工计算手册)
主动土压力应力公式
被动土压力应力公式
=18×15×0.333=89.91kN/ m2
=18×5×3=270 kN/ m2
第四道支撑的应力
=18×7×0.333=41.96kN/m2
=0.5×18×152×0.333=674.33kN
=0.5×18×25×3=675kN
(2)强度计算
受力情况为梯形分布荷载,故可以分解为均布荷载和三角形分布荷载,受力计算时采用两个荷载计算叠加。见下图:
故满足要求。
(3)挠度计算
,故满足要求。
四、施工方法
1、施工准备
将新旧钢板桩运到工地后,详细对其检查、丈量、分类、编号,同时对两侧锁口用一块同型号长2~3m的短桩作通过试验,锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷,采用冷弯、焊补、割除、接长等方法加以整修。为保证插打过程顺利,在锁口处涂以适量的黄油。
2、插打方法
插打钢板桩之前必须进行测量放样,放出钢板桩围堰尺寸,并洒出灰线,钢板桩采用单根插打,钢板桩插打顺序即先从远离便道侧向便道侧进行插打。将钢板桩运至指定位置,然后用吊车的两个吊钩吊起,使钢板桩成垂直状态,脱出小钩,用液压钳夹住钢板桩移向安插位置,插入已就位的钢板桩锁口中。钢板桩在淤泥质地段挤进过程中,受到淤泥中块石或其它不明障碍物等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜,采取以下措施进行纠偏:在发生偏斜位置将钢板桩往上拔1.0~2.0m,再往下锤进,如此上下往复振拔数次,可使大的块石等障碍物被振碎或使其发生位移,让钢板桩的位置得到纠正,减少钢板桩的倾斜度。与合拢口相邻的10-15片钢板桩先插打至桩的稳定标高,利用钢板桩调整桩的位置,并且合拢口两侧钢板桩具有高差,便于插打,待合拢后,再将钢板桩打至设计标高。
3、钢板桩围堰支撑的安设
基坑采用挖掘机进行开挖。结合本基坑工程的特点,围堰自上而下设置四层支撑,在确保安全的前提下,基坑支撑的施工与基坑开挖同步进行,采取“分层开挖、分层支护”的原则,围堰内部支撑由四周围檩围檩、纵向水平支撑、斜撑组成,其连接处全部采用焊接,必须焊接牢固。
基坑开挖时,由于钢板桩的咬合不紧密会出现漏水现象,现场采用棉絮、再生棉等物品进行堵塞。
4、钢板桩围堰支撑的拆除
钢板桩围堰支撑拆除与安制是一个相反的过程。支撑支撑必须严格按照“自下而上、分层回填、分层拆除”原则进行。即先给围堰内回填土,回填至要拆除的内支撑的位置,拆除该层内支撑。回填时,要保证回填的土顶面低于围囹30cm,严禁回填土过高,给拆除支撑带来不便;拆除支撑后,为了防止钢板桩和未拆除支撑的变形过大,回填土要求必须是干土,严禁回填淤泥等软土。
五、结束语
【关键词】地铁隧道;施工工艺;双侧壁导坑法
【Abstract】During the construction of tunnel, it is inevitable to go through complex geological conditions and poor rock section. Dalian city is located in peninsula, where the geological conditions are loose, abundant groundwater, jagged stratification. This article, taking the both-side heading method used in the Friendship Street StationOne Two Nine Street station interval for example, introduces the construction principles, characteristics, processes and methods of it, which provides reference for similar project.
【Key words】Subway tunnel; Construction Technology; Both-side heading method
0 前言
在城市隧道建设中修建浅埋大跨度区间隧道,洞室自稳性差、周边结构物、管线复杂,为确保浅埋大跨度隧道的施工安全及周边结构物与管线安全,施工过程中必须采用最佳的施工技术及方法,减少围岩扰动,最大限度地保持围岩应力,使隧道支护满足结构设计要求[1-2]。大连市位于半岛的城市,其地质条件主要体现为土松石碎、地下水丰富、岩层交错的典型复杂地质。地铁一二九街站~长春路站区间隧道渡线段围岩稳定性差、支护结构跨度大埋深浅,施工难度大,在施工中通过研究与创新,顺利完成该段主体施工,为类似工程积累了经验。
1 工程概况
本区间设计起讫里程为DK8+299.135~DK9+220.768,区间里程DK9+136.447处线路右侧设施工竖井,区间DK8+885.500处设联络通道,为线路最低点位置,与泵房结合设计,DK8+535.000处左右线均设人防段。本区间隧道采用暗挖法施工,为单洞单线或单洞双线马蹄形断面,复合式衬砌。线路纵断呈“V”字型坡,区间最大覆土厚度23m,最小覆土厚度10m。
本区间在里程DK9+124.168~DK9+203.856段设计为区间渡线段,渡线段隧道开挖断面宽度20.4米,高度14.2米,拱部埋深10.4~12.2米,设计采用双侧壁导坑法进行施工。
1.1 工程地质
本区间整体上看东高西低,属于剥蚀低丘陵。该场区位于复州-大连凹陷南部,四级构造单元在地层区划上属于旅大小区,除有太古界基底出露外,盖层以上为上元古界及古生界地层为主。中、新生界不发育。沿线NW断裂多为张性断裂; EW向断裂十分发育,为逆冲断裂,全部南倾,伴有燕山期辉绿岩脉侵入。断层活动性调查结果表明,两组断裂没有发现晚更新世以来的活动迹象,均属早中更新世活动断裂或前第四纪活动断裂。
1.2 水文地质
大连市的气候属温带季风气候,并具有海洋影响的特点。冬季气温较低,降水少。夏季气温较高,降雨集中,较多。气候和降雨量随冬、夏季风的转换而变化。每年5-9月为雨季。
本场地地下水按赋存条件主要为空隙水及基岩裂隙水。空隙水主要赋存在素填土层及卵石层中,基岩裂隙水主要赋存于强风化及中风化板岩中。稳定地下水位埋深5.9~9.40m,水位高程2.63~9.71m,年水位变幅约1~3米。地下水的排泄途径主要是蒸发和地下径流,主要补给来源为大气降水和周边低丘陵地貌径流补给。
1.3 周边环境
本区间主要沿中山路敷设,地下管线密集,区间两侧建筑物林立,主要为企事业单位、商铺、住宅和学校等。区间线路侧穿或下穿大连市公安局、大连市检察院、大连市法院、大连市市政府、大连医科大学附属第一医院、大连市百盛购物中心大楼、大连市人民广场以及人民广场下防空洞等。本区间地面为中山路,车流较大,地下管线密集,道路两边有重大型车辆通过,交通繁忙,车体重大,车速较快,隧道受到的冲击力较大。
2 双侧壁导坑工艺原理及特点
双侧壁导坑法工艺即在主体隧道两侧施作先行侧壁导坑,先行侧壁导坑提前进洞,进行支护和加固处理,使侧壁导坑之间的未被开挖掉的土体成为两道侧壁间的横撑,从而成一个稳定可靠的“地下基坑”的围护结构,承受因开挖主体隧道而产生的土体的侧向压力,并限制围岩土体的竖向变形(沉降) [3],同时,对富水地层进行洞内水平降水。在导洞临时侧壁支护下,区间隧道施工以新奥法为依托,采取加密超前管棚、加强超前注浆、初支背后注浆加固支护方法,控制地表下沉,通过全过程的施工监控量测,监视土体及结构的稳定,随时调整支护参数,使主体结构能安全顺利地建成。
双侧壁导坑法运用“新奥法”基本原理,采用锚喷支护,充分利用围岩的自承能力,对原状土体扰动小,并且能够将数据处理和信息反馈技术应用于施工,能确保施工安全、快速。利用双侧壁导坑法对隧道进行施工,能很好的解决围岩极易坍塌变形段大断面隧道开挖的安全性问题,且其自身结构简单,安全可靠,拆装方便、灵活。能有效地保护围岩原状土体结构,使工程的施工对原状土体的影响非常之小。
3 施工方法
3.1 施工技术难点
双侧壁法施工应遵循“超前支护、短进尺、强支护、早封闭成环、勤量测、衬砌紧跟、用量测指导施工”的原则进行施工[4]。
3.1 双侧壁导坑分部开挖尺寸的确定
双侧壁导坑法,一般是将整个断面分为8个或12个小的导坑断面,单个导坑高度在2.5~4.5 m之间[5],导致空间较狭小,一般不适于施工机械作业,只能采用人工开挖,掘进效率低。
考虑现场实际地质条件,先采用超前支护对导坑掌子面土体进行喷混凝土封闭加固,施工中单个导坑高度采用4.5~5.5 m,宽度约4.5~5.5 m,增加了开挖速度,在可自稳条件下减少了围岩暴露时间和对围岩的扰动。实际分部数为9个,见图1所示。
3.2 双侧壁导坑法施工顺序
施工顺序如图1所示。图中:1、4 部侧壁导坑断面开挖及相应的初期支护;2、5部侧壁导坑断面开挖及支护; 3、6部侧壁导坑断面开挖及相应的初期支护,回填部分土体以利行车及反压;7、8、9顺序开挖及相应的初期支护; 分段整体仰拱灌筑分段长度4~6m。
图 1 双侧壁导坑法施工工序
图2 双侧壁法施工工艺流程图
3.3 施工工艺流程简述
双侧壁导坑法施工工艺在特殊地质条件下具有特殊性,通过对本项目施工工艺流程进行简述,为相似工程提供参考(施工工艺流程图见图2)。
1)侧壁导坑施工
一侧导坑先施工,另一侧导坑滞后15~20m施工。
2) 导坑上半断面施工
开挖之前,在1号导坑测量画出开挖轮廓线,沿开挖轮廓线打设超前小导管(Φ42@300,t=3.25mm,L=3m,两榀一打)并注浆;台阶法开挖1号导洞,每次开挖进尺0.5m,采用人工开挖,装载机运土至洞外装车;周边初喷混凝土进行初期支护及中隔板,厚度5 cm;架立工字钢架,挂外侧钢筋网,焊外侧纵向连接钢筋,工字钢架间距0.6 m,在底部横向设H17.5 型钢临时支撑并纵向连接钢筋;在周边钻锚杆孔,安装系统径向锚杆并注浆,安装锁脚锚杆(Φ42,t=3.25mm,L=3m,每榀工字钢2根)并注浆;周边临时支撑间喷纤维混凝土至一定厚度,临时支撑间一次喷满;周边挂外侧钢筋网,焊外侧纵向连接钢筋;周边复喷纤维混凝土至设计厚度。
3)中导洞断面开挖施工
待1号导坑开挖15m后,台阶法开挖2号导洞;周边初喷混凝土,厚度5 cm;架立格栅钢架,挂钢筋网,焊纵向连接钢筋,格栅钢架间距0.6 m;在周边钻锚杆孔,安装系统径向砂浆锚杆及锁脚锚杆并注浆;周边复喷钢纤维混凝土至设计厚度。
4)导坑下半断面施工
待2号导洞开挖15m后,台阶法开挖3号导洞;如上完成侧墙及仰拱初期支护;在侧墙钻锚杆孔,安装系统径向砂浆锚杆并注浆;待3号导洞开挖完成后,施做该导洞仰拱防水垫层及防水保护层;按照设计图纸施做左侧仰拱二衬钢筋及二衬混凝土,完成左侧仰拱二衬结构施工。
5)侧墙二衬结构施工
待底部仰拱二衬结构施工完成后中部支撑断面施工之前,施做仰拱回填部分;仰拱回填施做完成并达到强度后,分段拆除临时中隔板,采用整体液压台车施做侧墙二衬结构;侧墙二衬结构拆模后,及时采用工25b工字钢进行侧向V字型支撑,确保施工安全,左右两侧交错施工。
6)中部支撑断面施工
左右两侧侧墙二衬结构完成后,在7号导洞(中部上导洞)拱部打设超前导管,注浆加固地层;台阶开挖7号导洞,及时施做初期支护,并在中部做竖向临时钢支撑;7号导洞(中部上导洞)开挖8~10m后,分段拆除左右两侧导洞内壁上部的临时中隔壁和拱部的竖向临时钢支撑,及时铺设拱部防水层并施做拱部二衬结构,每循环长度不大于6m;分段拆除中隔壁和临时横撑,由上向下逐步开挖8号导洞(中部中导洞)及9号导洞(中部下导洞);分段开挖底部仰拱,并及时封闭初期支护,仰拱每次开挖长度不超过2~3榀钢架间距;仰拱开挖长度达到6m时,分段拆除相应中隔壁施做仰拱防水垫层及保护层,并施做仰拱二衬结构;最后施做9号导洞(中部下导洞)仰拱回填,完成区间渡线段开挖及二衬结构施工。
4 结论
大连地铁隧道,从2009年12月1日开始施工, 2013年12月主体竣工,工程的成功实施,积累了在复杂地质条件下大跨径地铁隧道施工技术的宝贵经验。主要结论如下:
(1)通过施加超前小导管可增加摩擦力,改变围岩的自身支撑强度。
(2)对各导坑采用台阶法施工时,可有效的减少工序循环时间和施工干扰,加大施工进度。
(3)复杂地质条件下大跨径地铁隧道采用双侧壁导坑法虽然施工工序繁琐,但通过对施工工艺进行调整,合理安排人员和机械,控制好施工工序和施工要点,仍可以在确保安全施工的前提下有效提高施工进度。
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关键词:电性特征;地层特征;变质岩裂隙水;断层
中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1672-1683(2017)03-0126-06
Abstract:To find out the relationship between the hydrogeological properties and electrical characteristics of metamorphic rock fissure water in water-shortage areas of Taihang Mountains contributes to analyse occurrence patterns of metamorphic rock fissure water.The metamorphic rock area in Fuping County is a typical water-shortage area.Based on the regional geological data,we studied the electrical properties of metamorphic rock fissure water using audio frequency telluric electricity field method,radioactivity exploration,audio frequency magnetotelluric method,and induced polarization method.An efficient and rational combination of technical methods to search rich part of underground water was formed.The results showed that there is evident consistence between the hydrogeological properties and electrical characteristics of the metamorphic rock fissure water in Fuping County.The groundwater exploration in the metamorphic rock fissure water area in Fuping County has huge practical significance, and it will serve as an example for finding groundwater in other metamorphic rock areas of this type.
Key words:electrical characteristics;strata characteristics;metamorphic rock fissure water;fault
位于太行山和五_山余脉交汇处的河北省保定市阜平县,其区域地下水分布规律主要受新华夏系构造体系的控制,地下水类型主要为松散岩类孔隙水和变质岩类裂隙水,地下水分布规律较为复杂。该县地表水、浅层地下水水质差,泉水水量小,深部地下水开采程度低,严重影响人民生活、制约经济发展[1]。
近六十年来,太行山变质岩地区的基岩裂隙水研究积累了丰富的资料[6-8]。廖资生认为地质构造制约了基岩裂隙水的分布和富集规律。宋献方认为基岩裂隙水循环机理不清,急需各类技术手段成果对水文参数的研究提供技术支持。
20世纪50年代,太行山变质岩地区的水文地质工作开始起步,近60年来积累了各类丰富的资料[6-8]。廖资生认为基岩裂隙水以裂隙为主要的贮、导向空间,其地下水运动和富集规律主要受地质构造条件所控制。宋献方认为山区径流减少原因缺乏实验数据的支持,山区水保工程及水利工程对山区基岩水循环影响机理不清,水文参数缺乏,地下水补给机制急需查明。
本次工作以典型的太行山变质岩裂隙水分布区-阜平县为例,研究了该区基岩地下水的电性特征。在搜集、分析区域地质、水文地质资料的基础上,广泛进行了多种方法的探测工作,对各类电性参数分布特征进行了合理的地质-地球物理解释,对比分析了研究区基岩裂隙水的电性特征和水文地质特征。在此基础上,形成了一套高效合理的适合研究区寻找地下水富水部位的技术方法组合。实践证明,该技术方法组合具有高效、快捷、准确的特点,能为地下水的合理利用与保护提供决策依据,具有明显的社会意义。
1 研究区地质概况
选择阜平县史家寨乡凹里村为例对太行山区典型片麻岩局部富水部位进行研究,其地质特征简述如下:
①研究区属于风化片麻岩地区。
②第四系为冲积物,主要为砂、砾石和卵石。
③基岩为阜平期坊里片麻岩,岩性主要为黑云斜长片麻岩、浅粒岩和角闪斜长片麻岩。
④研究区岩脉发育,辉绿岩、正长斑岩为主,闪长玢岩、石英钠长斑岩次之。
⑤研究区各类地质构造较为发育。
⑥片麻岩节理发育,呈强风化状态。
⑦断层破碎带为主要控水构造。
2 研究区电性特征及电探方法的选择
在收集分析前人研究资料的基础上,在凹里村进行了多种电探方法的物性试验工作[9-12],总结了凹里村研究区地层的电性特征(见表1)。
分析前期物性试验成果,凹里村的电性特征研究选择了音频大地电场法(audio frequency telluric electricity field method,简称TEF)、放射性法(radioactivity exploration,简称RE)、音频大地电磁法[15-18](audio frequency magnetotelluric method,简称AMT)和激电法(induced polarization method,简称IP)。根据研究区水文地质条件,上述方法测线的布置应尽量垂直于地质构造体的走向。在满足各种场地的前提条件下,尽可能多的采用两种及其两种以上的方法,多参数、多角度的总结和提高研究效果。
3 研究区变质岩基岩裂隙水电性特征
阜平县变质岩基岩裂隙水主要赋存于太行山北、中段构造隆起部位的各类变质岩裂隙中,其岩性一般为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、浅粒岩、斜长片麻岩和斜长角闪岩等。
在阜平县凹里村进行了地质调查。(1)地表出露第四系冲积物,主要由砂、砾构成。(2)局部出露角闪斜长片麻岩风化壳,呈现全风化、强风化状态,裂隙发育明显。(3)岩脉发育,主要为闪长岩,条带状产出,走向近东西。(4)地质构造发育,大致呈东西向展布,为正断层,具供水意义。(5)断层破碎带为主要控水构造,也是导水通道。因此,找水方向为风化壳裂隙水、断层构造水以及基岩裂隙水。
在凹里村重点部位布置了地质剖面A-B(地质剖面A-B位置见图1),地质剖面见图2。剖面显示,凹里村地表分布为第四系砂、砾,厚度约为5 m。下伏地层由浅到深依次为角闪斜长片麻岩、浅粒岩和黑云斜长片麻岩。角闪斜长片麻岩为风化壳,裂隙十分发育,厚度不足20 m。剖面前部有闪长岩脉出露地表。剖面中后部有北倾正断层出现。相对下盘,断层上盘基岩裂隙更为发育。
在凹里村布置了各类电探方法测线(见图1),对比分析了各测线的电性研究成果。
图3显示,TEF01测线(横轴为距离X,单位为m;纵轴为电位差ΔV,单位为mV)的220 m(电位差为1.2 mV)和TEF03测线的250 m(电位差为1.2 mV)τΤ鱿值缥徊畹椭担推测为断层的反映。需要注意的是,其中TEF01测线在220~260 m之间存在一个宽缓的低值带(电位差为1.0~1.3 mV),说明该区域内基岩裂隙十分发育。TEF01测线10 m处以及TEF02测线30 m处出现电位差高值,推测为闪长岩脉的影响。阜平至史家寨公路西侧为山体,凹里村向东约400 m为板峪河,第四系覆盖层由西向东逐步增厚,导致由西向东电位差异常变化幅度由TEF01测线的陡峭变为TEF03测线的平缓。
图4显示,RE01测线(横轴为距离X,单位为m;左侧纵轴为电位差ΔV,单位为mV;右侧纵轴为3分钟内放射性读数counts/3min,无单位)放射性读数异常高值出现在190 m处(放射性读数值高达36),对应的TEF01电位差异常低值在220 m处,据此可推测前述断层北倾。需要注意的是,RE01测线190~270 m的放射性读数高值异常带(放射性读数值为21~36),正好与图3中TEF01测线220~260 m之间的电位差低值宽缓异常带相对应,证明该区域内基岩裂隙十分发育。
图5显示,AMT01测线(地电断面解译图中横轴为距离X,单位为m;纵轴为深度D,单位为m;等值线为电阻率,单位为Ω・m)210 m附近,埋深50~150 m电阻率曲线出现近乎陡立的下降,推测该处存在前述近东西向断层,并可根据电阻率等值线变化趋势推测断层大致北倾,结论与放射性法和音频大地电场法一致。AMT01测线210~270 m之间出现电阻率低值“洼地”(电阻率值低于500 Ω・m),推测该区域内基岩裂隙十分发育。
在上述结论的基础上,考虑场地条件对布置钻机的限制,设置了两个激电点IP01和IP02。IP01和IP02分别位于AMT01测线的165 m和210 m处。初步推测210 m处变质岩基岩裂隙水富水性比165 m处优越。
在AMT01测线的165 m和210 m处分别设置激电点IP01和激电点IP02。图6显示,当激电点IP01和激电点(横轴为供电极距AB/2,单位为m;纵轴为极化率polarizability,单位为%)的AB/2小于20 m时(据AB/2=20 m,根据经验公式推测埋深大致应该约为14 m),IP01的极化率(范围为2.16%~2.47%)基本上大于IP02(范围为1.85%~2.16%),测线165 m处浅部地层呈现高极化特征,推测该处浅部角闪斜长片麻岩风化壳裂隙水的富水性比210 m处优越。AB/2大于20 m后,IP02的极化率(范围为2.30%~2.98%)基本上大于IP01(范围为2.31%~2.86%),测线210 m处深部地层呈现高极化特征,推测该处由浅到深分布有浅粒岩裂隙发育区以及黑云斜长片麻岩断层破碎带,变质岩破碎程度高,裂隙十分发育,深部富水性更佳,该处深部富水性比165 m处优越。
在AMT01测线210 m处布置ZK01,实施探采结合井1眼,井深100 m,进行了抽水试验(见图7)。
抽水试验证明:(1)第四系松散砂、砾层厚度为4.0 m,富水性一般,涌水量为3 m3/h。(2)角闪斜长片麻岩风化壳,厚度为13.21 m,风化程度高,富水性好,涌水量为21 m3/h。(3)断层钻遇深度为76.52 m。下盘基岩较完整,具阻水作用。上盘破碎程度较高,为重要的富水部位,涌水量为31 m3/h。断层破碎带为主要的控水构造,也是导水通道。(4)断层北侧的浅粒岩基岩裂隙十分发育,基岩厚度为59.31 m,富水性好,涌水量为25 m3/h。该井总涌水量达80 m3/h。
凹里村电探方法研究成果显示,基岩裂隙水的电性特征与地层特征之间具有一致性,且电性特征参数之间能够互相验证,大大增加了电探方法地质解释的可靠性。
适用于该研究区水文地质特征的电探技术方法组合可总结如下:根据不同方法的适用性和物性前提,认为音频大地电场法、放射性法、音频大地电磁法和激电法等方法组合适宜于太行山片麻岩地区局部富水部位的勘查。首先利用音频大地电场法进行扫面,初步确定研究区可能存在的基岩裂隙发育带和断层构造带,然后在基岩裂隙发育带和断层构造带使用放射性法进行对比,验证该构造的可靠性。随后应用音频大地电磁法确定其具置及其含水构造特征,最后布置激电法,利用极化率特征推断含水构造的富水性。
4 结论
在阜平县开展了变质岩基岩裂隙水的电探方法研究,分析了各类方法成果,研究了电性特征分布规律和变质岩裂隙水的赋存特性。
(1)研究区地下水主要为风化壳裂隙水、断层构造水以及基岩裂隙水。风化壳裂隙水广泛分布在风化壳裂隙中,埋藏浅,富水性一般。断层构造水一般受到断层走向的控制,埋藏深,富水性好。基岩裂隙水主要分布在变质岩裂隙发育处,埋藏深度中等,富水性好。
(2)研究区变质岩裂隙水的电性特征,一般体现为TEF电位差低值、RE放射性读数高值、AMT电阻率低值以及IP极化率高值的组合,各特征参数能够互相验证,且电性特征与地层特征之间具有一致性。
(3)适用于该研究区水文地质特征的电探技术方法组合具有快捷、高效和准确的特点,值得在类似地区推广使用。
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