復(fù)雜巖溶高邊坡深坑建筑重載平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

復(fù)雜巖溶高邊坡深坑建筑重載平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

0巖溶地質(zhì)條件隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步以及城市的發(fā)展和擴(kuò)張，原礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用留下的廢棄礦坑的環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)被納入國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。在巖溶地區(qū)遺留下來(lái)的礦坑受開(kāi)采過(guò)程的擾動(dòng)影響，巖壁巖體巖溶、裂隙發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，植被凋零，再次開(kāi)發(fā)利用難度大。如何進(jìn)行礦坑半地下空間的生態(tài)修復(fù)與利用是當(dāng)前需要解決和研究的課題，以推動(dòng)礦坑半地下空間生態(tài)修復(fù)與利用技術(shù)的發(fā)展。1巖石及邊坡巖石層湘江歡樂(lè)城冰雪世界項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙、株洲、湘潭的幾何中心，湖南長(zhǎng)沙坪塘鎮(zhèn)老工業(yè)區(qū)的采石礦坑上(見(jiàn)圖1)，占地1.6km場(chǎng)地內(nèi)巖石層主要為土、礫-卵石、灰?guī)r及溶蝕物，邊坡巖體主要為灰?guī)r。根據(jù)鉆孔資料，地層可分為:人工填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、耕土、粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土、圓礫、卵石、殘積粉質(zhì)黏土、微風(fēng)化灰?guī)r。2保證巖體的完整性冰雪世界位處礦坑內(nèi)，依附山體建造，充分利用礦坑特有地形，主體通過(guò)樁、柱、剪力墻及環(huán)形基礎(chǔ)承受豎向荷載。其中，邊坡樁基礎(chǔ)及平臺(tái)環(huán)形梁將主體部分荷載傳遞至礦坑巖壁巖體。要求在邊坡處理過(guò)程中，保證巖體的完整性，使其適用于承載。在邊坡成型過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)及實(shí)踐、振動(dòng)監(jiān)測(cè)，提出微擾動(dòng)綜合爆破技術(shù)。復(fù)雜破碎溶巖地質(zhì)地區(qū)邊坡爆破微擾動(dòng)控制指標(biāo)如下。1)允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為3.5cm/s。依據(jù)爆破安全規(guī)程，振動(dòng)頻率≤10Hz條件下，永久石質(zhì)邊坡允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度取5～9cm/s。考慮本工程巖體破碎，爆破控制速度為允許振動(dòng)速度的30%～70%可認(rèn)定為微擾動(dòng)爆破。2)臨近設(shè)計(jì)邊坡時(shí)巖體損失范圍<2m。根據(jù)預(yù)留靜態(tài)爆破過(guò)渡段長(zhǎng)度，爆破巖石損失范圍<2m為微擾動(dòng)。3維地形模型通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)掃描成像技術(shù)和超前鉆孔勘察技術(shù)，查明巖體裂隙發(fā)育充分，填充及半填充型溶洞分布密集，整體見(jiàn)溶率達(dá)90%(見(jiàn)圖2)。采集地質(zhì)雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖3)和激光三維地形掃描數(shù)據(jù)，共同導(dǎo)入BIM系統(tǒng)生成三維模型，用于錨索及格構(gòu)梁設(shè)計(jì)，調(diào)整錨索及格構(gòu)梁的布設(shè)位置，避開(kāi)溶洞及裂隙發(fā)育的地段。同時(shí)，對(duì)溶洞及裂隙發(fā)育地區(qū)給出合理的加固方案。在實(shí)施過(guò)程中可依據(jù)模型給出設(shè)計(jì)坐標(biāo)放樣，施工精度更高。4錨索成孔技術(shù)礦坑巖壁錨索施工穿越多層溶洞和裂隙，成孔困難。鉆進(jìn)過(guò)程中常出現(xiàn)塌孔、卡鉆、偏孔、突泥涌水現(xiàn)象。經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，摸索出一套復(fù)雜巖溶地質(zhì)陡峭巖壁錨索成孔技術(shù)。1)采用綜合預(yù)注漿處理技術(shù)，根據(jù)不同地質(zhì)采用單、雙液水泥漿進(jìn)行水平、豎向綜合預(yù)注漿處理，提前對(duì)溶洞、溶槽進(jìn)行注漿填充。2)研發(fā)自扶正防縮孔錨索成孔裝置，鉆進(jìn)過(guò)程中保證鉆頭受力平衡，防止偏孔與縮孔(見(jiàn)圖4)。3)采用逐級(jí)跟管成孔施工技術(shù)，成功解決了復(fù)雜巖溶地質(zhì)陡峭巖壁錨索成孔施工難題，保障了成孔質(zhì)量和速度。4)鉆進(jìn)過(guò)程中，研發(fā)了一種滑動(dòng)式測(cè)斜儀，對(duì)錨索成孔線形及角度進(jìn)行檢測(cè)，保證成孔線形及角度符合設(shè)計(jì)要求。5深孔建筑負(fù)荷平臺(tái)基于巖石環(huán)繞著兩點(diǎn)的滑動(dòng)支撐技術(shù)5.1kn/m水平拉力冰雪世界主體結(jié)構(gòu)通過(guò)數(shù)值模擬分析，低溫作用下，樓面收縮60mm，并產(chǎn)生400kN/m水平拉力。大變形造成建筑物與周圍巖體連接處破壞，對(duì)巖體和建筑物產(chǎn)生不利影響。為充分利用巖壁作為結(jié)構(gòu)受力體，采用多點(diǎn)滑動(dòng)支撐的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)支座傳遞方式解決建筑物豎向荷載、因溫度產(chǎn)生的水平徐變和約束應(yīng)力(見(jiàn)圖5)。5.2大型滑動(dòng)支護(hù)樓面梁通過(guò)巖壁環(huán)梁基礎(chǔ)與巖體連接，為減少平臺(tái)對(duì)巖體的連接破壞，根據(jù)變形及受力情況繞平臺(tái)周邊設(shè)計(jì)不同轉(zhuǎn)向的滑動(dòng)支座;考慮不同的豎向荷載及水平荷載，設(shè)置多組30000～60000kN大型滑動(dòng)支座，使基礎(chǔ)與巖體之間可滑動(dòng)(見(jiàn)圖6)。該柔性支撐設(shè)計(jì)解決環(huán)形重載平臺(tái)對(duì)高邊坡巖壁水平拉力的影響，又能為平臺(tái)提供有效支承。通過(guò)支座將建筑物徐變應(yīng)力進(jìn)行釋放和傳遞。6混凝土結(jié)構(gòu)與巖石邊坡快速綠化技術(shù)6.1生態(tài)水平較低1)巖質(zhì)邊坡缺乏植被生長(zhǎng)的土壤和養(yǎng)分條件，難以快速恢復(fù)生態(tài)水平。2)邊坡高聳陡峭，巖面起伏不定，材料設(shè)備運(yùn)輸均需人工進(jìn)行多次轉(zhuǎn)運(yùn)，降效嚴(yán)重。3)在混凝土結(jié)構(gòu)上進(jìn)行景觀營(yíng)造，依靠單純生物護(hù)坡，難以長(zhǎng)久保持，后期維護(hù)工作量大。6.2維植被網(wǎng)、客土噴播技術(shù)、植被混凝土等目前常用的巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)主要有三維植被網(wǎng)、客土噴播技術(shù)、植被混凝土，但均操作繁瑣，維護(hù)成本高，傾斜面角度過(guò)大，用于百米深坑巖壁植被復(fù)綠有局限性。6.3增加土壤的吸收苔蘚植物生長(zhǎng)速度快，抗寒能力強(qiáng)，可快速在適宜的環(huán)境中分裂生殖。它能吸收蓄積在空氣中的粉塵顆粒等物質(zhì)形成土壤，同時(shí)還可以改變環(huán)境濕度、pH值等指標(biāo)，形成適宜其他高等植物生存的土壤。經(jīng)過(guò)優(yōu)選，采用適應(yīng)暴曬、耐旱、活性率在99.5%以上的整塊苔蘚，可以快速營(yíng)造景觀效果。6.4景觀植物的功能可降解定植生物膠可以牢固附著在混凝土以及巖石表面，為苔蘚生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，可自然降解，解決了植被在混凝土結(jié)構(gòu)基底上難以成活的問(wèn)題，可以加快植物群落的演替，快速營(yíng)造景觀效果。7基于bim的錨索成孔與成孔技術(shù)1)復(fù)雜破碎巖溶地質(zhì)地區(qū)邊坡爆破微擾動(dòng)控制指標(biāo):允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為3.5cm/s，臨近設(shè)計(jì)邊坡時(shí)巖體損失范圍<2m。2)將地質(zhì)雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)和激光地形掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM系統(tǒng)生成三維模型，優(yōu)化調(diào)整錨索及格構(gòu)梁設(shè)計(jì)，提高施工準(zhǔn)確性。3)復(fù)雜巖溶地質(zhì)陡峭巖壁錨索成孔技術(shù)通過(guò)綜合預(yù)注漿處理、自扶正防縮孔裝置、逐級(jí)跟管成孔、孔斜檢測(cè)等措施保障成孔質(zhì)量。4)深坑建筑重載平臺(tái)依托巖壁環(huán)向多點(diǎn)滑動(dòng)支撐解