浅埋暗挖法施工大跨度风道通过楼房的沉降控制技术摘要:文章旨在介绍软土地层浅埋暗挖大断面地铁车站风道,顺利通过地面楼房建筑区,保证楼房不发生开裂的开挖沉降控制技术。通过地表树根桩加固技术的应用,有效地控制了地表沉降,保证了楼房的安全,为风道开挖的顺利进行创造了条件。关键词:浅埋暗挖法 风道 沉降 树根桩1 工程概况 某城市地铁车站风道埋深7.5ｍ,长为82ｍ,风道高度13ｍ,开挖宽度11.6ｍ,穿越粘土层、粉质粘土、粉细砂层、中粗砂层、卵石圆砾层、粘土层。风道竖井位于某公园建筑区内,风道破马头门进洞后经90°转弯向东继续开挖,从公园旅游服务部二层楼的北侧穿过,风道开挖边线距公园旅游服务部二层办公楼基础边仅有1.3ｍ。二层楼为20世纪80年代修建,楼房长29.4ｍ,宽12.2ｍ,砖砌条形基础,埋深3ｍ,楼房主体为砖混结构,位置关系见图1。
2 开挖可能产生的沉降量分析2.1沉降产生原因 在隧道开挖过程中,上覆地层的竖向沉降一般是由开挖后的地应力释放、地层土体损失引起的。对浅埋暗挖施工的隧道而言则为开挖后、支护结构达到强度要求前的时间段内,隧道上方一定范围内土体向隧道内移动所引发的地层整体变形。 由于该风道埋深浅、断面大、穿越地层自稳能力差、易坍塌,故设计施工方法为ＣＲＤ工法,即分四个台阶八部开挖,具体如图2所示。同时采用井点降水,小导管超前注浆,架设格栅钢架,网喷支护,拱背后水泥浆回填。ＣＲＤ法分八部开挖具有对周边土层扰动次数多,累积沉降变形量大等特点。风道恰从楼房的北侧通过,风道开挖线距离二层楼基础边线较近,楼房整体结构位于沉降槽分布范围内,特别在开挖风道南侧导洞(3、4、7、8部)时,会对靠近二层楼房基础下土体产生扰动,从而加速楼房的不均匀沉降。
2.2 沉降量分析 按设计要求风道中线位置地表最大允许沉降值为50ｍｍ,根据地表沉降槽变化曲线(见图3),计算楼房北侧墙和中心位置的不均匀沉降值Ｓ:Ｓ=Ｓｍａｘｅｘｐ(-ｘ2 (2ｉ2)) 式中的Ｓｍａｘ为隧道中线处最大沉降量;ｉ为隧道中线到沉降曲线反弯点的距离,在砂层ｉ=9.32-0.21Ｚ0(式中Ｚ0为地表到隧道拱顶的距离);沉降槽宽度为5ｉ;ｘ为距隧道中心线的水平距离。 因此,Ｚ0=7.5ｍ时,沉降槽宽度为39ｍ,楼房在沉降槽影响区内;当Ｓｍａｘ=50ｍｍ时,取ｘ1=7.1ｍ(北侧墙体处)时,计算得出Ｓ1=19.0ｍｍ;取ｘ2=13.2ｍ(楼房中心处)时,计算得出Ｓ2=1.8ｍｍ。 从上述计算结果得出,楼房北侧墙不均匀沉降差值为Ｓ1-Ｓ2=17.2ｍｍ,则相对于楼房中心的差异沉降为0.003>0.002(规范允许值),楼房基础将会出现开裂破坏。在施工过程中,当地表沉降值Ｓｍａｘ>50ｍｍ时,楼房产生的不均匀沉降差异值将会增大。因此,为避免楼房结构出现变形开裂,影响使用安全,需采取加固措施控制因地表沉降变形而造成的楼房不均匀沉降。
3 沉降控制方案3.1地表加固方案 考虑到风道边线距离楼房基础仅为1.3ｍ,作业场地狭窄,在方案制订过程中既要保证能够实现楼房控制沉降目的,也要保证加固措施结构不能侵入风道开挖净空内,同时应减少对楼房周围土体的扰动。通过方案比选决定采取沿楼房北侧、风道开挖边线外侧施作树根桩方案,具体施工参数如下: 1)用钻机钻Φ130孔,埋设直径Φ108、壁厚5ｍｍ的无缝钢管,树根桩由1排竖直桩,2排斜桩组成,沿楼边纵向间距为0.5ｍ,呈梅花形布置,横向间距0.3ｍ。竖直桩长度为25ｍ,伸入风道底板3ｍ,斜桩斜插角度为分别为15°、30°,长度分别为17ｍ、20ｍ(见图4),钻孔顺序为先转奇数孔,注浆后再钻偶数孔。 2)在树根桩顶部沿二层楼基础施作厚0.8ｍ、宽1.0ｍ的Ｃ20混凝土纵梁(东西向)。为了保证树根桩与既有二层楼条基连接形成整体扩大基础,决定对楼房基础采取植筋技术,沿南北向植入Φ22钢筋,间距100ｍｍ,上下两排,并与混凝土纵梁中钢筋连接以形成整体受力结构(见图4)。
3)树根桩内注入水泥浆,水灰比为(0.6∶1)～(0.4∶1),浆液先稀后稠,根据注浆量和注浆压力调整水灰比。注浆时为保证浆液扩散效果,要求间隔注浆,同时采取反向注浆措施,即用与钢管桩同等长度的ＰＶＣ管插入桩底,使浆液从底部向上升起,利用浆液水头压力达到止浆目的。3.2 其他加固措施 1)风道开挖严格按设计步序开挖,缩短开挖支护循环时间,及时封闭仰拱,严格遵守“管超前,严注浆,紧支护,快封闭,勤量测”的原则。 2)调整超前支护参数,即加密原设计超前导管,环向间距由0.3ｍ改为0.2ｍ,每根管长1.5ｍ,每榀格栅施作一环,注现场调配的改性水玻璃加固砂层,控制超挖和坍塌。 3)及时对初支背后空洞进行填充回填注浆,保证初支背后密实,减少因土体损失而造成的沉降。4 实施效果 施工过程中的监控量测显示,设于拱顶正上方地表监控量测点最大累计沉降值为48.55ｍｍ,随各部开挖地表沉降状况见图5;而设于楼房北侧墙体上的监控量测点的最大累计沉降值为2.56ｍｍ(含测量误差),远小于理论计算值19.0ｍｍ,楼房处于稳定状态,且墙体没有裂纹现象发生。说明通过树根桩的施作,有效地阻止了不均匀沉降槽向楼房基础范围内的发展,达到了控制楼房不均匀沉降的目的,保证了楼房的使用安全。同时通过开挖揭示,靠楼房侧开挖断面边墙位置土体内可见浆脉发育,地层得到了有效加固,保证了开挖安全。5 结语 1)通过地表树根桩的施作,具有加固范围大、施工方便、经济实用的特点。一方面通过注浆加固了楼房基础土体,提高了基础土体的整体稳定性;另一方面通过向楼房基础内的植筋,使楼房基础与树根桩、纵梁形成了有效的扩大基础,对控制楼房沉降起到很好的作用,同时通过树根桩自身的刚度,有效地阻止楼房基础下土体受开挖扰动所产生的倾覆变形,切断了沉降槽向楼房基础范围内的发展。 2)通过采取此方法对楼房区域地层进行加固处理,有效地控制了楼房的沉降变形,实现了软弱地层中,浅埋暗挖大断面隧道成功通过楼房区,为地铁后续施工顺利进行和保证楼房安全创造了有利条件,为类似工程施工提供了借鉴。
