深圳机场新填海场地深基坑支护技术的研究

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新近填海场地有深厚的欠固结淤泥层和人工填砂(土)层,地下水位埋深浅、水量丰富,深基坑工程技术难度大,工程隐患和事故时有发生。分析新填海场地工程特点,总结工程经验,研究基坑设计方法,对于提高新填海场地深基坑工程技术水平,节约工程投资具有重要意义。  本文依托深圳机场扩建项目轨道交通工程,该工程位于新填海场地,基坑深13.0~17.0m,周长3500m,在场地刚完成填海后施工围护结构,排水固结软基处理卸载之前开挖基坑,经分析认为具有欠固结淤泥层、强透水砂层和支锚困难等显著特点。  对于欠固结淤泥土层,按现有的规范采用推荐的固结排水试验强度指标打折的方法显然不合理,若采用不固结不排水试验将会严重低估土层强度。本文提出了十字板原位测试并考虑排水固结时间强度增长效应,确定欠固结土层强度指标的方法。在此基础上,改进了排水固结强度增长估算的有效应力法,提出了欠固结地基利用土的物理性质指标、地基处理实测沉降曲线等推算强度的方法,经过依托工程初步勘察、基坑勘察、基坑开挖前勘察和软基处理验证勘察的证明了该法的合理性、可行性。钻孔取样试验室不固结不排水强度只有实际强度(十字板原位测试强度)的1/4;本工程基坑设计阶段淤泥固结度约50%,内摩擦角φ约7.5°,基坑开挖时淤泥固结度约80%,内摩擦角φ约10.7°。  该基坑欠固结淤泥层超静孔隙水压力高,钻孔桩和地下连续墙成孔和成槽不稳定,填砂层渗透系数大、水量丰富,经研究后采用了全套管钻孔咬合桩围护方案。基坑设计和开挖阶段,主体结构桩基础未定,基坑支护不宜采用桩撑结构;场地有深厚的填砂层和淤泥层,一定程度上限制了锚固技术的运用,经研究后利用空间条件采用锚碇作为第一道拉锚,第二、第三道拉锚采用锚索,锚固段穿越淤泥层,实现了基坑桩锚支护。  本文用Madis有限元分析软件对采用不同阶段淤泥的强度指标计算了基坑支护结构的内力和变形,并与实测结果进行了对比分析。结果表明,1)若不考虑排水固结时间强度增长效应,基坑设计阶段淤泥固结度约50%,取此时淤泥强度指标,推算的支护结构内力、桩身变形远大于实际,工程造价将会大幅度地提高;2)考虑排水固结时间强度增长效应,推算基坑开挖时,淤泥固结度81.2%,取此时淤泥强度指标,推算的支护结构内力、桩身变形接近实际;3)支护结构内力计算结果受淤泥强度指标的影响大,基坑越深、淤泥厚度越大,影响越大,不考虑淤泥强度增长时间效应计算的支护结构内力约为考虑时间效应计算结果1.19~1.37倍。  本工程锚碇填方呈台阶形,锚碇的极限抗拔力与台阶形填方的大小、形状有关。基坑设计结合场地台阶形填土条件,推导了锚碇的极限抗拔力计算公式,采用作图法确定了锚碇拉杆长度,平面有限元法计算了锚碇拉力和前方土体的变形。锚碇拉拔试验验证锚碇设计是安全的、合理的。同时,利用排水固结堆载预压实测的沉降曲线,推算了锚碇埋设之后场地的沉降量,计算了场地沉降引起的锚碇拉力,通过适当减小锁定力,避免了锚碇下沉产生次应力的影响。
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