基坑封水、降水、排水系统设计总体布置见图 1 所示, 主要分项工程见表 2。
3 基坑封水、降水、排水设计 311 墙底灌浆帷幕
(1) 布置。 沿地连墙底部设置, 布置 2 排灌浆孔, 第 1 排布 置在地连墙内槽壁靠外侧, 第 2 排布置在地连墙内 槽壁靠内侧。灌浆孔采用预埋钢管, 钢管底口用砂浆 封口。 (2) 帷幕深度。 帷幕顶部包裹地连墙底部至一定高度, 底部应深 入岩石透水率小于 1 L u 的基岩中, 平均深度 10 m。 (3) 灌浆孔距及排距。 为确保孔间灌浆范围相互搭接, 宜采用分序灌 浆方法逐步加密调整。 计算孔距为 3146 m , 设计采 用 210 m。 计算排距为 117 m , 设计采用 1125 m。 (4) 帷幕厚度。 实际施工可形成灌浆帷幕厚度为 2145 m , 设计 采用 2100 m。 通过三维稳定渗流计算, 帷幕实际最 大坡降小于容许坡降。 (5) 灌注浆液。 针对岩层灌浆要求和特点, 设计采用水泥稳定浆 液, 即在水泥浆中掺入少量稳定剂(膨润土或高塑性粘 土) , 塑性屈服强度不小于 2 Pa, 析水率不大于 5% 的 浆液。这种浆液又称为塑性浆液, 具有以下优点: ①灌注阶段不沉淀, 到一定范围便不再扩展, 易于 控制浆液扩散范围, 确保形成封闭、完整的灌浆帷幕; ②沉淀析水性小, 克服了不稳定浆液沉淀析水 大的缺点, 不会因为灌浆后浆液继续析水而留下未 填充的空隙, 浆体结石的强度高、密实性好; ③可避免浆液过多损失; ④工艺较简单, 灌浆时间短。 但必须采用高速搅拌进行机械分散, 掺用高效 减水剂进行化学分散来改善流动性; 膨润土也必须 先膨化, 因此辅助工作量较大。
倾角 75°, 走向西北, 规模较小。为正断层, 且为稳定 断层, 对南锚碇影响不大。 112 水文地质条件
松散岩类孔隙潜水: 水量受降水量及地表排水 量的调控, 一般水量较小。
松散岩类孔隙承压水: 主要接受侧向迳流的补 给, 与 长 江 水 具 有 密 切 的 水 力 联 系, 呈 互 补 互 排 关系。
1 地质条件 111 工程地质条件
南锚碇位于长江南岸 级阶地, 地面标高约 2115 m , 覆盖层厚 5014～ 5116 m , 下伏砾岩、砂岩。 长江防洪堤堤内多分布有渊塘、洼地和排水沟, 堤外 为江滩。 锚区地质分层及特征如下。
(1) 人工填土 (Q me) : 厚 013～ 015 m , 较松散。 (2) 第四系全新统冲积层 (Q 4al)。 粘 性 土 层: 以 亚 粘 土 为 主, 软 塑, 饱 和, 层 厚 5120～ 14100 m。 淤泥质土层: 层厚 0～ 7130 m , 层底标高 8127～ 13149 m , 分布广泛, 层位较连续。 亚粘土夹亚砂土与粉砂层: 层厚 0～ 914 m , 层 底标高- 0180～ 9176 m , 分布广泛, 相对较连续。
(2) 孔隙承压含水层为强透水层, 承压水的测压 水位明显受江水水位及大气降水的综合影响, 由上 往下渗透系数逐渐变大, 各层透水性能较均一, 但水 平方向透水性比垂直方向要大。 将基坑降水管的滤 水管置于该层, 抽水效果好, 能精确控制基坑内的地 下水位。
(3) 基岩为微弱透水层, 上层为全、强风化层, 相 对破碎, 下层为弱风化层, 相对完整, 且上层厚度不 大, 易 通 过 水 泥 灌 浆 方 法 封 堵, 使 渗 透 系 数 降 至 10- 5cm s 以下, 因此灌浆帷幕深度进入下层内一定 深度即可。
(3) 白垩- 下第三系东湖群沉积岩。 全、强风化泥质砂岩、砾岩、砂砾岩: 层厚 3100 ～ 9180 m , 底板标高- 38139～ - 32143 m。 弱风化砾岩、砂砾岩: 分布广泛, 厚度极大。 弱风化泥质砂岩: 层厚 5130～ 7180 m。 在锚碇基础南部约 50 m 处分布一条 F 2 断层,
衬的刚度强弱对地连墙的受力影响比较敏感, 为保 证地连墙受力, 内衬的径向刚度需予以保证, 因此, 一般情况下, 内衬设计主要受其径向刚度控制。
公 路 2004 年 第 10 期
粉砂层: 层厚约 0～ 17180 m , 层底标高 4117～ - 9105 m。
214 岩体裂隙渗流计算结果 计算结果表明: 在无灌浆帷幕情况下, 基坑内渗
流量为 2 329m 3 d; 建造帷幕后, 渗流量有明显的降 低。坑底的逸出坡降在不同部位有所不同: 靠近地连 墙处即基坑底周边, 逸出比降变大, 并且越靠近地连 墙周边, 逸出坡降陡然增大, 一直过渡到地连墙处的 渗透坡降。
碎屑岩类孔隙裂隙水: 与第四系孔隙承压水水 力联系密切, 具承压性, 水量较小。
锚区孔隙承压含水层呈现由上往下渗透系数逐 渐变大的趋势; 水平方向的透水性能大于垂直方向 的透水性能, 各层透水性能较均一。锚区含水岩组的 水文地质参数建议值见表 1。
表 1 南锚碇水文地质参数
岩性 亚砂土 亚粘土
粉砂 细砂 圆砾 砂岩 砾岩
细砂层: 层厚约 1413～ 31145 m , 层底标高17162～ - 25103 m , 层厚大。
中砂层: 层厚 3170～ 5150 m , 分布在锚址与长 江大堤之间。
圆 砾 石 层: 层 厚 4160～ 10140 m , 层 底 标 高 - 29163～ - 28159 m , 分布广泛, 层位稳定且连续。
( 4) 若仅采用降水方案, 降深 10 m 时, 影响半 径已超过长江大堤堤身范围。若水位降深 15 m 时,
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即使是枯水期涌水量亦达 19 998 m 3 d。为保大堤安 全需采用回灌措施, 由于地面因降水引起沉降主要 发生在上部粘性土层, 回灌效果很小。 因此, 必须采 用能形成隔水防渗帷幕的支护结构, 同时在地下连 续墙施工过程中, 为了确保防洪安全, 降低基坑封水 风险, 在地连墙外围设置挡水帷幕。
导水系数 I (m 2 d) 越流系数 K (m d)
56518
4104×10- 4～ 3108×10- 3
渗透系数 K (cm s) 7152×10- 4 1174×10- 4 1149×10- 2 1158×10- 2 2174×10- 2
2131×10- 5～ 1116×10- 4 1116×10- 4～ 2154×10- 4
徐国平1, 刘明虎1, 王连新2
(11 中交公路规划设计院 北京市 100010; 21 长委长江水利勘测规划设计研究院 武汉市 430000)
摘 要: 武汉阳逻长江大桥主桥, 南锚碇基坑工程采用圆形地下连续墙加内衬的支护结构型式, 其封水、降 水、排水系统是基坑开挖施工成败的关键, 也密切关系到长江主干堤的防洪安全。 主要介绍南锚碇基坑封水、降水 及排水系统的设计, 以及防洪风险控制措施、施工预案等。
公路 2004 年 10 月 第 10 期 H IGHW A Y O ct12004 N o 110 文章编号: 0451- 0712 (2004) 10- 0017- 07 中图分类号: U 4451553 文献标识码: B
阳逻长江大桥南锚碇基坑工程 封水、降水、排水系统设计
自身受力不大。结合支护结构受力分析可以看出, 内
表 5 内衬强度验算结果
内衬类别
115 m 厚内衬 210 m 厚内衬 215 m 厚内衬
混凝土应力 Ρh M Pa
114
219
3102
钢筋应力 Ρg
截面配筋率 Λ %
0133
0125
0126
注: 表中混凝土压应力为正, 钢筋拉应力为正。
弹性释水系数 u 压力传导系数 a (m 2 d)
2148×10- 3
273 689
2 基坑封水、降水、排水系统总体设计 211 水文地质条件分析
(1) 孔隙潜水含水层为弱透水层, 主要接受大气 降水及地表水的入渗补给, 还可越流补给孔隙承压 水。 其中亚粘土夹亚砂土、粉砂层易产生流土, 基坑 开挖时宜将基坑内地下水位降至开挖层以下。
收稿日期: 2004- 09- 02
表 4 内衬截面验算内力
类别
弯矩 (kN ·m ) 对应轴力 kN
115 m 厚内衬
10910
1 78317
210 m 厚内衬
41118
4 65719
215 m 厚内衬
70619
6 11010
对应剪力 kN - 4187 - 4153 1175
2 结语 上述计算结果表明: 内衬属于全截面受压构件,
关键词: 阳逻长江大桥; 基坑工程; 封水; 降水; 排水; 自凝灰浆挡水帷幕; 设计
武汉阳逻长江大桥南锚碇采用重力式深埋扩大 基础、空腹三角形框架锚体的结构型式, 基坑采用外 径 73 m、深 6115 m、开挖深度4515 m 的圆形地下连 续墙加内衬的支护结构型式。由于工程规模庞大, 可 借鉴经验少, 加上其独特的水文、地质条件, 其封水、 降水、排水系统是基坑开挖施工成败的关键环节; 同 时由于锚址前缘以北约 150 m 即为长江防洪大堤, 其封水、降水、排水系统也密切关系到长江主干堤的 安全。 为此, 基坑工程设计采取地连墙墙下灌浆帷 幕、坑外自凝灰浆挡水帷幕、坑内管井降水、砂砾渗 井等层层措施, 以及墙段接缝间高压旋喷注浆处理, 坑外管井降水、坑底灌浆封底、大堤监测等防洪风险 控制措施及施工预案, 以确保基坑开挖施工和大堤 防洪安全万无一失。
(5) 当采用地连墙围封后, 基坑内渗水以坑底渗 流为主。当地连墙下部形成灌浆帷幕后, 上部第四系 孔隙水不能直接水平流向基坑, 但将通过坑外竖向 渗流补给基岩, 并绕过灌浆帷幕, 通过锚区坑底基岩 裂隙渗入基坑。 长江水的这种间接补给量仍是施工 期抽降地下水量的主要组成部分。
(6) 水泥浆液最适宜作为这种为降低有裂隙基 岩的渗透性和变形性的灌浆浆材。 采用合适配合比 的塑性灌浆技术, 水泥浆液能渗入宽度仅 011 mm 或透水率仅 1 L u 的岩体裂隙中, 形成有良好防渗效 果的防渗帷幕。