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时间:2020-04-22
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1、广州地区花岗岩残积土中地铁深基坑开挖的变形分析及对策 摘要:目前,广州地铁建设正在向广州东部地区延伸,面对广州东部地区广泛分布的花岗岩残积土的特殊性质,如何提前预防风险、科学推进工程的开展一直是大家普遍关注的问题。文章以花岗岩残积土的性质为立足点,通过在花岗岩残积土地层中开挖的某基坑为例,对开挖过程中的风险进行分析,并探讨相应对策以及其合理性。 关键词:深基坑;花岗岩残积土;变形分析 1花岗岩残积土的成因及工程特性 1.1花岗岩残积土的成因和分布情况 花岗岩残积土主要为花岗岩和混合花岗岩节理发育,经过物理风化和化
2、学风化后残留在原地的碎屑物。花岗岩的主要成分是石英、长石、云母以及角闪石,质地坚硬,性质均一。但是因长石和云母具有节理,在热胀冷缩过程中,花岗岩表面容易产生裂隙,且因南方气候温润湿暖,雨量充沛,化学风化作用强烈,占花岗岩主要成分的长石在水、空气等的作用下发生水解和酸化,最终风化成土。花岗岩残积土通常表现为砂砾质土、砂质粘性土以及粘性土组成的混合体。 花岗岩广泛分布在福建、广东以及湘、赣一带。在闽、粤地区,花岗岩的出露面积占全国花岗岩总出露面积的30%~40%。 1.2主要工程特性 花岗岩残积土在天然状态下,强度较高,
3、但具有如下特性: 不均匀性:花岗岩残积土的颗粒级配的分布特征表现为“两头大、中间小”,即粗颗粒(粒经大于0.5mm)以及细颗粒(粒径小于0.005mm)的颗粒含量较多,中间颗粒含量较少,由粗粒构成土骨架,粗粒之间主要由游离氧化物包裹以及填充实现联结,孔隙比较大。或来自原岩矿物性质,又具有砂性土的性质。且由于花岗岩中的岩脉抵抗风化的能力具有差异性,导致花岗岩残积土还具有显著各向异性,原生及次生结构面强度显著低于土体的强度。工程性质复杂。 软化性:花岗岩残积土中含有较多的可溶于水的游离氧化物,在土体中起胶结作用。当土体的含
4、水量增加时,这些游离氧化物的溶于水,胶结作用丧失,土体强度随之降低,压缩性相应增大。 崩解性:经崩解试验研究,可知花岗岩残积土只需要在水中浸泡10min左右,就会快速地崩解,并呈散粒状、片状或块状剥落崩解的状态。 2工程实例分析 2.1设计概况 广州市轨道交通二十一号线某区间中间风井位于广汕公路北侧,也作为盾构始发井,结构占用公路北侧绿化带、辅道及空地。交通疏解后,围护结构距离公路最近距离为5.2m。 (1)工程地质情况描述。目前提供的工程勘探资料表明,场地工程地质相对复杂,基坑开挖所涉及到的地层从上到下依次为:
5、杂填土层、中粗砂层、粉质粘土层、花岗片麻岩可塑状残积土层、花岗片麻岩硬塑状残积土层、花岗片麻岩岩石全风化带、花岗片麻岩岩石强风化带。 地下水位平均埋深2~3m,基岩风化裂隙水发育。 (2)施工情况概述。中间风井平均开挖深度约达到20.48m,且基坑下方为花岗岩残积土,中间风井基坑内土方共计4层,从上到下层高依次为4.23m、5.5m、5.75m、5m,基坑第1~3层土方开挖深度为1m~16.6m,土方开挖工况统计详如表1所示。 基坑共计1040平方米,考虑到降水需要,基坑内共设置2口降水井,单口降水井降水范围约为20
6、0平方米。基坑共设置4道支撑,其中第1道支撑为混凝土支撑,第2道、第3道以及第4道斜撑为混凝土支撑,直撑为钢支撑。 基坑共设置8个墙体水平位移监测孔、4个土体水平位移监测孔、2个立柱沉降监测孔、10个混凝土支撑轴力监测计、9个钢支撑轴力计,另外还设置有墙顶水平位移监测孔、坑外地下水位监测孔、地面沉降监测孔、管线沉降监测孔、房屋沉降监测孔等,监测点布置如图1所示。 施工过程中,正值当地雨季,施工单位严格按照施工方案执行。 2.2监测情况及变形规律分析 2.2.1墙体水平位移。 J05位于基坑东侧中部连续墙上,现以该
7、点为研究对象进行围护结构变形分析。基坑从基坑东侧土方开挖及支撑架设期间,其水平位移变化情况如图2所示。 由上述监测情况,可以看出:(1)在开挖第1~3层土方的过程中,J05所在的墙体在开挖面位置持续向基坑内位移,连续墙墙顶持续向基坑外位移,并且随着基坑开挖深度增加,地下连续墙在开挖期间变形速率及变化量不断增大。支撑架设之后,墙体变形趋于稳定。墙体测斜变化情况符合连续墙变形规律。(2)在开挖至最后一层土方时,连续墙水平位移监测数据显示连续墙发生整体向基坑外倾斜的情况,且在墙顶变化速率较大。结合支撑轴力的监测情况,第一道轴力
8、以及第二道支撑轴力未明显减小,与此相反,最下面一道支撑轴力明显增大。通过与墙顶位移监测点监测数值进行对比,可判定连续墙出现踢脚变形。(3)基坑进行最后一层土方开挖至垫层浇筑完成期间,连续墙持续发生踢脚形变,且变化速率较大(一般为3mm~5mm),至垫层浇筑完成后,连续墙踢脚变形速率逐渐趋于稳定(每天位移
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