摘要:為了避免地下水對富水地層地鐵車站深基坑施工造成影響,進(jìn)而提高深基坑的穩(wěn)定性和安全性,降低基坑沉降,以西安市軌道交通一期工程第二個車站D1aTJSG-3標(biāo)為依托,開展富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)研究。基于工程背景做好施工設(shè)備及材料準(zhǔn)備工作,勘察地質(zhì)狀況,為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。針對工程項目進(jìn)行深基坑降水開挖方案設(shè)計,采用真空井點降水法降低深基坑地下水位,優(yōu)化降水效果。制定土方開挖方案,采用各級邊坡豎向分層開挖方式,完成整個深基坑的開挖。監(jiān)測結(jié)果顯示,監(jiān)測點所在基坑位置的沉降值最大不超過0.5mm,能夠有效保證基坑的穩(wěn)定性和安全性。
關(guān)鍵詞:富水地層;深基坑;真空井點;開挖
0 引言
在城市化快速發(fā)展的背景下,城市軌道交通作為一種主要的公共交通方式,對緩解城市交通壓力,提升居民出行品質(zhì)起著舉足輕重的作用。富水地層是一種常見的地質(zhì)條件,是指地下水位高、水量豐富、透水性強的地層[1]。
這種地層通常由砂巖、礫巖、石灰?guī)r等組成,具有較大的孔隙率和滲透系數(shù),因此地下水可以在地層中自由流動[2]。在地鐵建設(shè)中,為了防止地下水的干擾,在富水地層中進(jìn)行深基坑降水施工,需要滿足一定的條件。為了確保地鐵工程的順利進(jìn)行和周邊環(huán)境的穩(wěn)定,研究和應(yīng)用先進(jìn)的深基坑降水開挖施工技術(shù)顯得尤為重要。
傳統(tǒng)的深基坑降水開挖施工技術(shù)多采用文獻(xiàn)[3]提出的技術(shù)原理。富水地層具有復(fù)雜性和不確定性,導(dǎo)致傳統(tǒng)降水開挖施工技術(shù)往往需要大量抽取地下水,由此可能導(dǎo)致周邊地下水位下降,影響周邊建筑物的穩(wěn)定性和正常使用,甚至引發(fā)深基坑結(jié)構(gòu)變形等災(zāi)害[3]。
為了避免地下水對富水地層地鐵車站深基坑施工造成影響,進(jìn)而提高深基坑的穩(wěn)定性和安全性,降低基坑沉降,本文以西安市軌道交通一期工程第二個車站D1aTJSG-3標(biāo)為依托,開展富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)研究。
1 工程背景
西安市軌道交通一期工程D1aTJSG-3標(biāo)段的灃東路站地形屬于渭河地區(qū)的一級階地,具有一定的地域特色,地表發(fā)育包括厚度不均勻的全新統(tǒng)人工填土、沖洪積黃土狀土、上更新統(tǒng)沖擊粉質(zhì)黏土等。結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料和地區(qū)降水經(jīng)驗可知,該地區(qū)黏性土滲透系數(shù)介于5~10m/d之間,砂類土的滲透系數(shù)介于25~35m/d之間,綜合滲透系數(shù)約為25m/d。
掌握工程概況信息后,針對這一具體工程,對富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)展開研究,并通過施工效果來驗證本文提出的開挖施工技術(shù)是否可行。
2 施工前準(zhǔn)備工作
充分的施工準(zhǔn)備能夠有效地保證后續(xù)各項深基坑降水開挖施工工序的順利進(jìn)行。
2.1 風(fēng)險評估
首先需要進(jìn)行充分的地質(zhì)勘察,了解工程的地質(zhì)條件、水文條件和周邊環(huán)境等因素。然后根據(jù)勘察結(jié)果,進(jìn)行風(fēng)險評估,預(yù)測可能出現(xiàn)的工程風(fēng)險和安全隱患[4]。
2.2 制定施工方案
初步制定施工方案,準(zhǔn)備所需的施工設(shè)備和材料,本次施工過程中主要采用的設(shè)備及材料,具體如表1所示。
根據(jù)表1準(zhǔn)備深基坑降水開挖施工技術(shù)中需要使用的施工設(shè)備和材料,并根據(jù)工程實際情況和設(shè)計要求進(jìn)行選擇和配置,確保設(shè)備和材料的質(zhì)量符合要求,能夠滿足施工要求[5]。
3 深基坑降水開挖施工方案
根據(jù)工程資料,分析富水地層的特性,包括地層的巖性、結(jié)構(gòu)、含水層分布等,為降水方案的設(shè)計提供依據(jù)[6]。綜合考慮降水方法的性能后,本文選擇真空井點降水法來降低深基坑地下水位。
3.1 深基坑降水方案
3.1.1 降水施工流程
在基坑周圍,埋設(shè)一根小直徑的井管,將該井管的上方與主管道相連,并通過管道泵送地下水。啟動真空泵,將井內(nèi)空氣抽出,形成負(fù)壓,記錄水位下降情況和相關(guān)數(shù)據(jù)。地下水通過地面孔隙流入井中,然后被真空泵抽出。持續(xù)抽水直到地下水位降至所需的深度,當(dāng)?shù)叵滤唤抵了枭疃葧r,完成降水作業(yè)。
3.1.2 降水參數(shù)設(shè)置
根據(jù)富水地層的特性,將降水井布置在基坑周圍或基坑內(nèi)部,便于排水和收集降水[7]。根據(jù)工程需求和地下水位,確定降水井的深度。降水井的深度應(yīng)該比基坑底部深一些,以確保能夠有效地降低地下水位。
在此基礎(chǔ)上,計算深基坑地下水位降低幅度,以便確定降水效果,地下水位降低幅度計算公式如下:
(1)
式中:Q表示深基坑地下水開采量,K表示含水層滲透系數(shù),g表示重力加速度,?t表示開采時間,?h表示地下水位降低幅度。
根據(jù)降水效果計算結(jié)果,調(diào)整降水井深度與數(shù)量,若地下水位降低幅度較小,則采用較深的降水井或增加降水井的數(shù)量,以優(yōu)化降水效果。
3.1.3 沉降量監(jiān)測設(shè)計
為了驗證深基坑降水開挖施工的效果,需進(jìn)行施工監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。采用沉降量監(jiān)測的方法,對基坑穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測和記錄,以便對試驗結(jié)果進(jìn)行分析和評估。
根據(jù)工程實際情況和監(jiān)測目的,確定沉降監(jiān)測點的位置和數(shù)量。本文中,將沉降監(jiān)測點隨機布設(shè)在基坑邊緣,總共布設(shè)6組監(jiān)測點,分別標(biāo)號為JCD-01#~JCD-06#。
在基坑開挖之前,分別對各監(jiān)測點進(jìn)行初值觀測,并求出各測點對應(yīng)的初高。據(jù)此設(shè)定富水地層地鐵車站深基坑沉降監(jiān)測頻率,如表2所示。按照表2所示的監(jiān)測頻率,在基坑開挖過程中,定期對所有監(jiān)測點進(jìn)行觀測。
3.2 深基坑土方開挖方案
3.2.1 深基坑土壓力計算
完成深基坑開挖降水設(shè)計后,實行深基坑土方開挖。在開挖施工前,首先,計算深基坑土壓力,具體公式如下:
P=K0 γz (2)
式中:K0 表示深基坑土壓力系數(shù),γ表示深基坑土的重度,z表示深基坑土體深度,P表示深基坑土壓力。
通過計算,獲取深基坑土壓力。根據(jù)工程地質(zhì)和深基坑土壓力實際情況,制定土方開挖方案,包括開挖順序與開挖方式等。之后進(jìn)行現(xiàn)場勘查和測量,確定開挖邊界和標(biāo)高。根據(jù)開挖方案與施工要求,安裝支撐結(jié)構(gòu),包括鋼支撐與混凝土支撐[8]。
3.2.2 開挖方案設(shè)計及實施
為了避免開挖施工對富水地層地鐵車站深基坑土體造成過大擾動,本文采用各級邊坡豎向分層開挖方式,如圖1所示。此種開挖方式按照豎向分層的原則,將各級邊坡分成若干個獨立的開挖層,逐層進(jìn)行開挖。
根據(jù)開挖邊界,將深基坑分成若干個段,每段長度不宜超過10m。確定各級邊坡的開挖順序和每層的開挖深度,在每層開挖的邊坡上,設(shè)置相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu),以保持邊坡的穩(wěn)定性和安全性。
利用挖掘機、裝載機等土方開挖設(shè)備,按照規(guī)定的開挖順序和每層的開挖深度,在每個開挖段內(nèi),采用階梯狀開挖,對各級邊坡進(jìn)行開挖[9]。在每層開挖完成后,及時進(jìn)行清理和修整,確保邊坡的平整度和穩(wěn)定性。
按照設(shè)計要求,對每層邊坡進(jìn)行噴漿處理和加固。在完成每層邊坡的開挖和處理后,進(jìn)行下一層的開挖,直至完成整個深基坑的開挖。
在土方開挖過程中,需要進(jìn)行位移、沉降、地下水位等方面的監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。最后將挖出的土方運輸?shù)街付ǖ亩逊诺攸c,注重環(huán)保,文明施工,盡量降低對周圍環(huán)境及行人的影響。
4 施工沉降監(jiān)測分析
根據(jù)前述設(shè)計的方案和布置的監(jiān)測點,獲取每個觀測點的沉降數(shù)據(jù)。采用對比分析的方法原理,將本文提出的富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)設(shè)置為實驗組,將文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[3]提出的施工技術(shù)分別設(shè)置為對照組1與對照組2,對比3種施工技術(shù)應(yīng)用后,深基坑沉降變形情況,結(jié)果如圖2所示。
通過圖2的對比結(jié)果可以看出,3種深基坑降水開挖施工技術(shù)應(yīng)用后,表現(xiàn)出不同的性能。其中,應(yīng)用本文提出的施工技術(shù)后,6組監(jiān)測點所在基坑位置的沉降值始終小于另外兩個對照組,沉降值最大不超過0.5mm。由此不難看出,本文提出的施工技術(shù)可以有效減少土體中的含水量,提高土體的穩(wěn)定性,從而減少基坑沉降值,說明本文施工技術(shù)具有較高的可行性,能夠保證基坑的穩(wěn)定性和安全性。
5 結(jié)束語
在富水地層中修建地鐵車站,由于地下水位高、水量大,使得基坑降水施工成為了一項常見的技術(shù)難題。如果降水措施不當(dāng),可能導(dǎo)致基坑滲水、坍塌等安全事故。
為了避免地下水對富水地層地鐵車站深基坑施工造成影響,進(jìn)而提高深基坑的穩(wěn)定性和安全性,降低基坑沉降,本文以西安市軌道交通一期工程第二個車站D1aTJSG-3標(biāo)為依托,開展富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)研究。
監(jiān)測結(jié)果顯示,監(jiān)測點所在基坑位置的沉降值最大不超過0.5mm。由此說明,應(yīng)用本文設(shè)計的地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù),可有效地提高土體的穩(wěn)定性,從而減少基坑沉降值,保障周邊環(huán)境的正常使用和安全性。在未來,需繼續(xù)通過不斷探索和實踐,完善和提高這項技術(shù)的水平和應(yīng)用范圍。
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