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浅析综合管廊湿陷性地基处理方案

2019/11/15 阅读:

摘要:近几年来,随着国家“一带一路”战略的逐步推进,我国的城市化进程逐渐加快,对城市地下空间的开发利用也越来越广泛。城市地下综合管廊作为近几年来国内新兴的一种地下空间开发形式,能够很好的解决城市地面空间拥挤、雨污水、电力通信等不同部门拉链式开挖造成施工浪费、管道维修困难等问题。在我国的中西部地区分布着一种特殊的地基:湿陷性黄土地基。黄土的特殊结构导致它遇到水之后会产生湿陷,因此当综合管廊建设在湿陷性黄土地基场地上时,必须对其进行处理。本文结合实际的工程案例,通过对综合管廊不同湿陷性地基的处理方案进行对比分析,给同类工程作出一些参考建议。

关键词:综合管廊;湿陷性黄土;地基处理

近十年来,随着我国西安、西宁、兰州等中西部城市综合管廊建设步伐的逐渐加快,广泛分布在这些地区的湿陷性黄土地基处理问题变得越来越突出。关于综合管廊湿陷性地基的处理,前人已经做过一些研究。周旻娴提出对于黄土地基时,对其进行素土分层换填,并满足一定的压实度要求,可以消除黄土部分的湿陷性[1]。雷华使用MIDASGTS对地基加固后的综合管廊进行建模分析,研究了其对受力性能的影响[2]。褚方平从实际工程出发,提出了一种三轴水泥土搅拌桩的方法,其采用长桩与短桩相结合,对湿陷性黄土地基的处理提供了借鉴经验[3]。贾秉志将双向搅拌粉喷桩应用在湿陷性地基上,效果显著[4]。《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB50025-2018)[5](以下简称《黄土标准》)于2018年12月26日发布,并于2019年8月1日起正式实施。其中对于单层丙类建筑湿陷性地基处理规定中降低了对剩余湿陷量的要求,同时规定了最小处理厚度。大多数管廊项目都适用于这一规定。本文结合工程实例,对新的《黄土标准》实施后综合管廊的湿陷性地基处理方案进行研究。

1项目背景

本次综合管廊工程位于咸阳市渭城区东侧,为双舱钢筋混凝土结构,全长约950m,拟进入综合管廊的管线如表1所示。综合管廊设置于道路东侧非机动车道及人行道下,顶板上部覆土厚度3m,如图1所示。沿线共有管线分支口4个,通风口6座,吊装口2座,参观出入口1座,地下交叉口2座,端井1座,分变电所1座,倒虹段2座。管廊中心线距道路中心线为19.5m。 拟建综合管廊场地地势北高南低,属黄土台塬,最大高差约8.58m。拟建场地湿陷带下限深度为15.50~22.20m,土层从上到下分布如表2所示。根据《黄土标准》综合判定,该场地为自重湿陷性黄土场地,湿陷等级属Ⅱ~Ⅲ级。本管廊工程基础位于黄土③中。根据水文资料与地勘报告,本工程场地范围内地下水埋藏很深,不考虑地下水。根据规划,管廊西侧有一条污水管道,污水管道内常年有污水流过,其发生渗漏的可能性很大。黄土遇水会发生湿陷变形,如果沉降量过大,会对管廊的主体结构造成危害。因此必须对其进行地基处理。

2管廊的分类

《黄土标准》3.0.1条中对建设在湿陷性黄土地基上的建筑物进行了分类,根据其重要程度、浸水受潮的可能性大小以及不均匀沉降对建筑物的影响程度分成了甲、乙、丙、丁四类。

2.1重要性

综合管廊工程为该地区重要的市政民生工程,结构设计使用时间为100年,而一般的常规构筑物,设计使用时间只有50年,与其相比,无疑管廊是更加重要的,且本次综合管廊中设有DN350热力管和DN300给水管,如图2所示。如果其遭到破坏会给周边地块和管廊本身来带很大的危害。

2.2地基受水浸湿可能性

本次综合管廊位于绿化带以下,绿化浇水存在下渗的情况,且旁附近有一条规划污水管,未来存在渗漏的危险;综合考虑,本管廊地基浸水的概率较大。

2.3地基不均匀变形对管廊的影响程度

本管廊内设有DN350热力管和DN300给水管,其均为有压管,对变形的要求较高,相应的对管廊地基变形提出了一定的要求。若是管廊变形过大管廊内的热力管和给水管产生爆管,则会对管廊内其他管线形成影响;同时管廊内因爆管产生的水也可能通过变形过大的接头处渗入地基,造成地基受水浸湿产生二次危害。综合以上因素,结合国内湿陷性黄土地区的设计经验,确定本次综合管廊的分类为丙类。

3地基处理方案

本管廊工程地基为自重湿陷性地基,湿陷等级为Ⅱ~Ⅲ级,根据《黄土标准》中第6.1.3条与6.1.5条中的规定,对于丙类构筑物,不用消除其地基中的全部湿陷量,只需消除部分,且满足处理厚度的要求即可。当湿陷等级为Ⅱ级时,最小处理厚度为2.0m;当湿陷等级为Ⅲ级时,最小处理厚度为2.5m。如果地基遇水的概率比较小,最小处理厚度为2m。根据上述要求以及结合本项目实际情况,并综合地方以往设计施工经验,本文给出以下三种地基处理方案:

3.1挤密桩方案

挤密桩为中西部黄土分布地区处理湿陷性地基的一种较为常用的方法。本次设计选用灰土挤密桩,直径为400mm,根据地勘报告中提供的土力学参数计算,桩与桩之间间距取1m。桩长根据管廊底部黄土层厚度取6~8.5m,正三角形布置。并在桩顶设置一层300mm厚3:7的灰土褥层,褥层上铺设100mm厚的C20素混凝土垫层。地基承载力特征值不小于150kPa。在进行正式施工前,选取一节段地基进行加固实验。加固效果良好后方可进行正式施工。

3.2垫层换填方案

垫层换填方案为管廊两侧各外放3m,采用1m厚1:7水泥土垫层+1m厚素土垫层+0.5m厚原状土翻挖回填进行换填,换填总深度为2.5m。开挖至垫层底以上300mm时,采用人工开挖。要求处理后地基承载力满足设计要求,管廊结构底板下做100mm厚素混凝土垫层,范围为超出结构底板结构外壁100mm。

3.3强夯法方案

强夯法方案,单击夯击能取5000~8500kN•m,根据本项目黄土分布厚度,夯点与夯点之间最大距离取5m,各个夯点之间呈正方形分布,施工时夯击遍数不小于3遍。正式施工前需进行夯击实验,结合夯击实验结果来确定每个夯点的夯击次数,避免夯击过度,对地基造成破坏。夯击施工结束后,需对地面进行复测,比较夯击施工前后的高程,检测夯击是否达到预期效果。管廊结构底板下做200mm厚素混凝土基础,范围为超出结构底板结构外壁200mm。在新的《黄土标准》实施以前,受限于老规范对剩余湿陷量的严格要求,处理大厚度湿陷性地基大多只能采取挤密桩的方案,工程造价高,而且需要施工单位具有较高的施工水平。强夯法虽然可以满足处理深度的要求,但由于是处理管廊基底以下的土层,管廊基底埋深约为6~7m,在施工过程中如果是挖至坑底后再进行强夯施工,存在坑底施工空间有限和基坑侧壁影响较大的问题;如果是在地面就进行强夯施工,需要处理超过12m的地层,处理效果不佳。在《黄土标准》实施后,丙类建筑进行地基处理时不再对剩余湿陷量提出严格要求,因此可以采用垫层法,这不仅节省了成本,还降低了施工难度,加快了施工进度。对以上各个方案优缺点对比分析后,本管廊工程地基处理采用垫层换填的方案,垫层为1m厚1:7水泥土垫层+1m厚素土垫层+0.5m厚原状土碾压挤密层,如图3所示。对最底下一层0.5m厚原状土翻挖回填时,用压路机对原状土进行碾压,次数不小于8遍,压路机的碾压也有助于消除黄土的部分湿陷性。管廊基坑开挖采用1:1放坡开挖,管廊顶部及两侧采用原状土回填,压实系数≥0.95。道路结构层或绿化范围内按道路及绿化要求回填。

4结语

综合管廊是一种长条形的构筑物,而湿陷性黄土地基作为一种特殊的地基,其经过处理后剩余湿陷量与综合管廊变形之间的关系至今仍处于研究阶段。本文在新的《黄土标准》发布并实施后,对综合管廊的湿陷性地基处理给出了几个方案并进行了对比分析,为湿陷性黄土地区综合管廊工程的地基处理提供了一些经验。

参考文献

[1]周旻娴,孙旻,王国欣,等.不同地质条件下地下管廊地基处理及工程应用[J].施工技术,2018,47(S4):1213-1216.

[2]雷华,黄鑫.地基加固刚度对矩形综合管廊受力性能的影响研究[J].山西建筑,2017,43(19):69-71.

[3]褚方平.某综合管廊地基处理方案研究[J].城市道桥与防洪,2017(6):296-300+33.

[4]贾秉志,朱进军,邵勇.双向搅拌粉喷桩在地下综合管廊地基处理中的应用[J].江苏建筑,2019(2):85-87.

[5]湿陷性黄土地区建筑标准:GB50025-2018[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.

作者:王孜 单位:同济大学建筑设计研究院有限公司

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