[摘 要]:武汉新区存在深厚软土,建设后期的大面积填方,可能引起地基的不均匀变形及桩基的负摩阻力;而软土地区桩基及基坑工程对周边环境及工程本身也可能造成影响;工程建设也可能对环境水文地质条件有所改变。对这些环境岩土工程问题进行了分析和探讨。
[关键词]:环境岩土工程,路基的变形,桩的负摩阻力,基坑工程
规划并已经开始实施的武汉新区,是武汉市未来几年工程建设的又一大型联片开发区。由于存在大面积深厚软土,工程地质条件差,另外场区曾经出现过隐伏岩溶地面塌陷等不良地质现象,加之水系改造、吹填洼地等大型人为改造工程,由此可能引起一些环境岩土工程问题,以下对这些问题进行分析和探讨。
1 场区岩土工程条件概述
武汉新区地处汉阳,北临汉江,长江在其东南侧通过。地貌上属于长江一级阶地,向北向西逐渐过渡为三级阶地。地层分布大致可以分为三个区,临长江地带以冲洪积为代写建筑工程职称论文主,覆盖层上部为河漫滩相粉土、粉质粘土层,下部为冲积成因的砂性土;西北部为大面积剥蚀堆积平原,有零星岗地,中上更新统老粘土直接出露,属长江高级阶地,剥蚀低洼处有湖泊分布;在一级阶地后缘为湖相沉积物,地势低洼,软土厚度一般可达15 m~20 m。另外需要说明的是,场区下伏基岩为中生界地层,部分地段有灰岩埋藏。
场区地下水主要分布于沿江冲洪积地层中。上部粉性土中赋存少量潜水,下部粉细砂层富含承压水,水量较大,与长江水力联系密切。下伏灰岩中存在岩溶裂隙水,局部岩溶水含量丰富。该区地表水丰富,在长江与汉江之间,高阶地洼地及一级阶地后缘分布大量湖泊。
2 场区环境水文地质问题
引江汲湖,五湖连通,即从场区西北引汉江水补给湖水,并将五大湖连通,这样改变湖水的来源结构,增强湖水的自净能力,减轻湖水的污染程度,可以保护区域的生态和居住环境。规划设计过程中应尽量减少改变湖水水位,特别是沿江地带的湖区水位,否则可能抬升地下水水位。
大面积吹填低洼区,其填料以粉土、粉砂为主,由于地面抬高,降水补给,这样人为形成含水层,即表层潜水层。由于吹填区处于一级阶地后缘,在枯水季节,对沿江地带的潜水层形成补给源。在一定程度上抬高了一级阶地表层潜水水位,长期渗流作用下也会抬高下部承压水水头。
前已述及在沿江地带场区存在隐伏岩溶,并出现过岩溶塌陷的不良地质活动,这主要是由地层结构及水文地质特征决定的。塌陷区覆盖层以河流冲积砂层为主,下伏岩溶发育的灰岩与其直接接触,砂层与灰岩均富含地下水,水力联系明显,地下水位的波动会造成含水层之间的相互补给,在未充填的溶洞与砂土接触处,当局部渗流的水力坡降超过临界值时,会造成砂土层的原始结构渗透破坏,而使得砂土向溶洞充填。因此,地下水位的波动是地面塌陷的一个主要诱因。临江地带地下水位的上升,在丰水季节可以减小因江水上升补给造成的水位差值幅度;但在枯水季节又会增大地下水补给江水的水力梯度。由于不能确定隐伏岩溶地面塌陷的诱因与哪一因素关系更大,所以对其影响的趋势还不好确定。但是,如果在此特殊地层结构地带进行基坑开挖时人工降低地下水位,对隐伏岩溶的影响则是明显不利的,应引起足够的重视。
3 前期道路施工及大面积填方的环境岩土工程问题
在一级阶地后缘的低洼区地势较低,前期道路施工时一般填方高度在3 m~5 m,这样形成填方路堤,因此软土路基的处理是必须面对的首要问题。针对大面积软土路基,处理方式主要有柔性桩复合地基或排水预压等。
道路建成后的路基变形,如果不能控制在一定范围内,可能会对城市道路造成功能性破坏。在该区已施工的部分道路,由于后期沉降大,投入使用不久即要进行翻修。因此,道路设计施工中,应特别注意控制路基的后期沉降,并尽可能延长路基固结沉降时间,若有条件时也可采用临时低等级柔性过度路面,待沉降相对稳定后,再铺设管线及高代写建筑工程职称论文等级路面。另外,对于场区内不同微地貌单元分布相差较大的过渡地带,及差异沉降可能对路面稳定产生影响的地带也应有较充分的估计。
前已述及,由于城市主干道的路面被抬高,所以规划新区大部分区域需填方抬高。据了解准备采用从长江河道吹砂填方。这样在先期形成的路堤两侧大面积填方,会形成大面积超载,其超载可达80kPa~90 kPa,使得软土路基上的路堤,即使前期沉降已经趋于稳定,此时又会产生附加沉降,可能对前期施工的路面及排水系统造成影响甚至破坏。
大面积填方对相邻路基沉降的影响程度与多种因素有关,其中主要的应该是处理后路基的压缩特性以及加载区域距沉降点的距离。有条件时,应尽量延长填方与土地使用的间隔时间。
4 建筑基础设计施工中的环境岩土工程问题
4.1 桩基设计施工中的环境岩土工程问题
在深厚软土场区施工挤土桩,由于大方量桩体短时间压入地层中,可形成超静孔隙水压力,而软土中超静孔隙水压力消散很慢,可引起土体的侧向水平位移或向上隆起。场地地面浅层位移对周边地下管线等市政设施的影响应予以足够的重视,其对周围相邻建筑地基的扰动也应有充分的估计,必要时应采取措施,如挖防震沟等进行保护。土体的向上隆起可能对相邻已施工桩产生向上的拔桩力,如果处理不当,孔隙水压力叠加到一定程度,会使桩体上抬,不得不采用二次复压来保证桩基承载力(已有工程实例报道)。如果通过塑料排水板、袋装砂井等改善桩周土的渗透性能,则是消除孔隙水压力叠加的一个治本方法。
在已有挤土桩施工的场区开挖基坑也应避开超孔隙水压力消散期,否则,桩基施工造成的软土扰动在基坑支护设计时应予以考虑。桩基施工过程中一方面是超静孔隙水压力对支护结构的作用,另一方面是由于软土灵敏度较高,桩基施工对土层扰动使得土层抗剪强度降低。因此,应尽量拉开桩基施工与基坑开挖的时间间隔。
另外,桩基规范[1]明确规定:当桩由于穿越较厚松散填土、深厚软土大面积堆载或降低地下水位等原因,引起桩周土沉降速度大于桩的沉降速度时,桩基设计应考虑桩侧负摩阻力。从拟建新区的岩土工程条件可知,在大面积填方堆载区及深厚欠固结软土沉降区应考虑桩基负摩阻力。
4.2 基坑支护施工中的环境岩土工程问题
在吹填区开挖基坑,首先要面对的就是吹填土层中地下水的治理。由于吹填土成分以粉土、粉砂为主,在较小的水力梯度下,即会形成流土、流砂,如果处理不当,对环境破坏性很大,其具有发展速度快、变形大的特点,应引起重视。一般可采用对含水层进行封隔或轻型井点降水来治理该层地下水。对于深层承压水也可采用封隔含水层或深井降水的方法,但应注意大降深造成周边地面沉降及对隐伏岩溶稳定的影响。
基坑开挖对周边环境的影响除以上地下水的作用外,主动土压力作用也不可忽视,它可使得侧壁土体向坑内及垂直向下产生位移。因此,通过对竖向桩墙变形的计算,可以对地面沉降进行初步估计。
对于一些深度不大且无支挡的基坑,如果基坑底部土层较好不会发生基底隆起,其变形范围主要为朗肯潜在破裂面的范围。对于基坑底部以下存在软土,坑底隆起明显的情况,基坑变形范围与软土埋深相关。那么,依上所述,同一场地设置板桩墙后变形范围将变大,但由于板桩墙的支护作用,其沉降曲线挠曲程度要小得多。
总得来说,地面沉降范围为1~3倍开挖深度(与支护桩设置长度相近),其大小与土层性质及支护结构形式有关。基坑设计时应对土压力、地下水等会对周边环境产生影响的因素分别进行计算,综合评估。并有针对性地对已有建筑进行基础加固或托换。
另外,基坑土方开挖施工对基坑内软土层中的小直径桩的影响也较大。目前使用较多的高强预应力管桩,其抗弯性能差,土方施工造成桩身断裂的事故时有发生。在大型挖掘机开挖土方时,应做好施工组织设计,特别注意分层开挖厚度不应大于1 m~2 m,并在坑底预留1 m采用人工清底,避免开挖过程中的扰动造成局部土层滑移引起桩顶位移。如果周边环境宽松,坑深不大,可采用先放坡开挖基坑及换填坑底部分软土,后施工桩基的顺序,避免软土土方开挖对工程桩的影响,这也可作为施工方案总体思路的有益补充。/
5 结论及建议
(1)工程建设中应尽量减少对区域地下水条件的改变,特别是在有隐伏岩溶塌陷可能的场区,严禁大量抽取地下水。
(2)道路设计施工中,路基设计应以控制后期沉降为主。
(3)应设置合理的预填路基宽度,使道路主要设施处于后期填方的主要影响范围之外。
(4)建议建立土层的长期固结沉降观测系统、桩基负摩阻力监测系统。
(5)注意挤土桩施工中软土的超静孔隙水压力引起的工程问题,应改善桩周土的渗透条件或采取其它预防措施。
(6)基坑支护设计施工应注意对场区内外环境的影响,也应注意基坑土方开挖施工对工程桩的影响。
参考文献
[1] 建筑桩基设计规范(JGJ94-2008)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008
[2] 林宗元.岩土工程勘察设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1996