特殊性软土地区深基坑支护的点滴体会.doc

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动态设计 信息施工一、 前言随着城市建设及旧城改造进程的加快，各类工程建设向着高、深、重发展，须进行深基坑支护的工程随之与日俱增，深基坑支护设计、施工中的技术要求越来越严格，它不仅要保证支护结构体系的安全，控制岩土体的变形，而且要保证周边环境（道路、建筑、管线等）的安全，所以深基坑支护已成为城市建设中一个亟待攻克的课题。深基坑支护是一门理论性和实践性相结合的的技术，作为一门新兴的学科，它涉及到岩土力学、水文地质学、结构力学、钢筋混凝土等科学，主要研究岩土体的强度与变形，支护结构体系的强度及岩土体与支护结构共同作用机理等问题。土压力计算理论主要郎肯理论和库伦理论，深基坑设计依据主要采用郎肯理论，郎肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法，是以墙背与土接触面上剪应力为零的边界条件推出主、被动土压力的计算方法，所以深基坑支护设计采用经典理论，存在着许多不成熟和不完善之处，必须通过大量的工程实践信息来检验、修正，所以在基坑支护过程中必须牢牢把握“动态设计，信息施工”的原则，以提高每个深基坑工程的安全性。二、 工程实例1、工程概况某工程位于厦门厦禾路西段，拟建筑物地上33层，设有两层地下室，基坑深度约8.0米，基坑侧壁安全等级为一级。拟建场地原始地貌为典型的港湾滩涂，后因城市建设需要，经人工回填改造成现状，基坑支护主要土层有杂填土、淤泥、含泥砾砂、残积土及强、中风化花岗岩，其中杂填土主要由建筑垃圾、碎石块、碎砖组成，以砂质粘土填充空隙，未作过专门压实处理，均匀性差；淤泥层厚度大（8.212.8米），呈软流塑桩，工程性能极差，土层构造较为特殊，基坑支护地质条件较为恶劣。拟建场地地下水主要附存和运移于杂填土、含泥砾砂的孔隙中以及下部强、中风化花岗岩的孔隙网状裂隙中，地下水位埋深最浅的0.6米。拟建筑为厦禾旧城改造项目，西、北两侧有已建6层的建筑，采用沉管桩作为基础，桩基以残积土作为持力层，南侧为规划路，东侧为市政道路，基坑四周空间较为有限，地下室及基础施工要求必须进行深基坑支护。2、本深基坑支护设计采用的典型土层参数 指标土层名称重度r粘聚力C内摩擦角压缩模量土层厚度KN/m3KPa度MPam杂填土18.08152.54.5淤泥16.012.8含泥砾砂20.00278.00.73.4残积土19.8342强风化21.0800.510.1本场地基坑支护主要土层为杂填土和淤泥，地下水位较高，淤泥土层较厚，呈流软塑状，透水性差，固结时间不长，所以抗剪强度采用天然快剪指标进行计算。3、设计思路（1） 该基坑因属旧城改造，场地狭小，没有足够的放坡空间，加上场地地质条件差，所以必须采用排桩加内支撑的支护方式。拟建场地淤泥层较厚，支撑若采用锚杆，根据以往同地区的锚杆抗拉实验结果，在该种淤泥土层，采用二次注浆的锚杆设计抗拉力不足10KN/m，难以满足本基坑设计的要求，且在淤泥层中制作长锚杆，施工难度大。利用本工程地下室的平面几何尺寸趋近于一个边长50米的正方形的特点，内支撑设置成一个半径27米的圆形钢筋混凝土圈梁外加若干小支撑的支撑系统，充分利用圆形的几何受力特性和钢筋混凝土的受力特性，减少圈梁受弯，达到圈梁混凝土处处受压的理想效果。圆形圈梁截面几何尺寸设定为1400700mm2，后经与围护桩协同计算，最大的弯距与剪力只要求圈梁构造配筋即能满足受力要求，达到较为理想的效果。（详见附图1）（2） 围护桩采用何种桩型最后在人工挖孔桩与冲钻孔桩之间比较。若采用冲钻孔桩，施工场地狭小，施工工期长（约为人工3挖孔桩的2倍），造价高（约为人工挖孔桩的1.8倍），淤泥层间容易造成缩径，桩身质量较难保证，且冲钻孔形成的泥浆对周边的污染是不可避免，现场文明施工很难作到。若采用人工挖孔桩，本场地特殊的土层构造决定着人工挖孔桩存在成孔难度大，杂填土含水量大，淤泥土层厚，工程性能差，含泥砾砂层将会出现流砂现象，甚至局部区域存在着淤泥层底即为强风化岩，没有残积土揭露，该层间地下水为承压水，以上问题的存在均会对人工成孔造成阻碍。通过多次方案比对和论证，综合考虑两种桩型的优、缺点，最后确定围护桩采用人工挖孔桩，另外在围护桩施工之前，先在基坑边上设置4口130降水井进行局部场地降水，降水井打设深度为入中风化岩2.0米，降低人工成孔的难度。（3） 围护结构体系受力计算方法采用弹性支点法和极限平衡法进行分析比较，最后发现本工程这两种电算结果基本相同，由此可证实，计算模式及边界条件假定与实际状况基本吻合。计算参数控制：a、支护结构的抗倾覆安全系数K1.25，整体稳定（采用瑞典条分法）安全系数K1.30，抗管涌安全系数K1.50。计算结果详见右附图2。（4） 围护结构内支撑换撑受力计算：在地下室地板同标高处，对应每根围护桩设置一根250250mm2的临时支撑，支撑在地下室底板上，待这些临时支撑混凝土强度养护达到设计强度的100%以后，拆除圆形内撑圈梁，围护体系转变成以临时支撑为结点的悬臂结构，桩顶理论最大水平位移fmax=12mm。（5） 围护结构最终设计结果：围护桩选用900间距19002200的人工挖孔桩，根据计算弯距的分布及大小，采用变截面的配筋方式，节约围护桩的成本。考虑到基坑土方开挖时，桩间及背后的淤泥会因自重及上部荷载而产生侧向变形，从而加大地面沉降量，在围护桩间设置一道180mm厚的砖砌反拱。围护结构体系经协同计算后，发现在边长中部均出现水平最大挠度，南侧fmax=42.3mm，针对这一特点，利用以前成功的设计经验，把每边中部的围护桩在不变水平间距的前提下，桩位轴线错开1.2米，形成双排桩的支护形式，基坑土方开挖至设计标高后一个月内，边长中部最大监测水平位移尚不足10mm，由此证实此种构造型式对减少基坑变形的效果显著，今后可结合工程具体情况大力推广。围护锁口梁至地面3.0米区间采用1：1自然放坡。（6） 围护桩的施工抽取地下水导致的地面沉降量计算：采用太沙基-维固结理论计算降水期间内的地面沉降量，采用分层总和法计算地面最终沉降量。计算公式：最终沉降量S=z*H/Es z =(ri- ri)hi 期间沉降量St=Uz*S 竖向固结时间因数Tv=Cv*T/H2 其中Cv=K(1+e0)/(*rw)其中z为降水后附加荷载，K为土层渗透系数，为土层压缩系数，Es为土层压缩模量。经计算得出Tv=0.015，查得Uz =0.12，围护桩抽取地下水三个月，地面理论沉降量为68mm。三、 基坑支护施工中出现的问题及成因分析1、 围护桩在杂填土段成孔过程中，出水量大，地面严重下沉，在此期间，西侧人行道最大累计监测沉降量约为40mm，大部分路段的路面错裂。究其原因主要是：西侧杂填土最厚，且其成分主要由建筑及生活垃圾组成，挖孔桩一抽水，杂填土中的部分物质在水力作用下，被地下水带走，导致部分孔桩出现流泥、流砂现象，这就造成本来就不密实的杂填土有足够的下陷空间。针对该问题，在距基坑边3米以外补充设置一排口径130mm，水平间距3.0米的回灌井，打设深度入淤泥层2.0米处，常压24小时回灌，经过一周后的沉降观测，该侧路面回弹量超过5mm，此后地面沉降变形趋于稳定。2、 基坑东侧，由于土层构造较为特殊，即淤泥层下面没有残积土，直接揭露的是砂砾状强风化或含泥砾砂，基岩裂隙发育，导致地下水相当丰富，且为承压水，挖孔桩挖至该层段出现大量的涌砂现象。针对该问题，在此区段增设2口130的降水井，对该层间的地下水压力进行卸荷，取得较好的成效。3、 围护桩的嵌岩爆破加剧周边地面沉降，同时引起周边采用桩基建筑物的沉降。分析其成因主要有两方面：一、本场地淤泥层较厚（厚度8.2米），理论固结期间沉降量就为68mm，加上淤泥层下或层间夹杂有含泥砾砂，含泥砾砂透水性强，该土层失水后也固结沉降；二、淤泥工程性能差，呈流软塑状，嵌岩爆破的振动泼势必造成淤泥重塑，由此出现淤泥振陷现象。此期间监测结果，地面最大沉降量约50mm，建筑最大沉降量约为10mm。为了确保基坑周边生活、生产的安全，建设单位组织召开紧急专题会议，最后确定须改良施工爆破措施，即在围护桩内靠近外侧一排45150的爆破减振孔，以降低地震波对周边环境的影响。4、 土方开挖顺序的确定。根据本基坑内撑系统对称受力的特点，制定了基坑土方对称开挖的方案。本基坑土方总共约2.5万立方，分9个区域，以对角线为对称轴，同时对称开挖两个区域，分两层开挖开挖到底，这样可避免因被动区不对称卸荷而导致圆形圈梁受力状态改变的工况存在。5、 拆除内支撑圈梁问题。临时支撑混凝土强度养护达到设计强度的100%以后，对称拆除内支撑，由于在此之前，地面沉降量超过预警指标，为了避免爆破拆撑对周边造成更大的安全隐患及突然的应力释放造成新的支护结构体系的破坏，要求采用人工凿除方式进行拆撑，内支撑梁混凝土总共约200方，施工单位花费不到一周就拆除完毕。换撑后至地下室土方回填期间，桩顶水平位移不足5mm，比理论计算值fmax=12mm少一倍以上，这刚好证实了人工挖孔桩护壁混凝土对提高桩身抗弯刚度的作用是不可忽略的。6、 基坑周边共设置12个水平位移监测点，32个沉降监测点，最大地面累计沉降102mm，最大水平累计位移13mm，最终趋于稳定。虽然地面沉降导致西侧住宅区人行通道路面和南侧拟建规划路面开裂，但未造成不必要的损失及人生伤害，因此本基坑支护最终取得成功。四、 认识与体会1、 深基坑支护设计应严格把握“动态设计，信息施工”的设计原则，一个成功的支护方案，是必须通过不断地论证，在支护过程中不断地信息反馈，设计不断地修善才能形成的。本基坑设计方案经多次组织专家进行论证，在支护过程中，通过现场遇见的实际状况及监测成果，及时对设计方案进行调整，把理论成果与实践经验相结合，这是本基坑支护成功的关键。特别在特殊地质条件下，“动态设计，信息施工”是深基坑支护设计必须遵循的原则。2、 提高各有关单位对深基坑的认识程度和重视程度。基坑支护是一个有机的统一体，它涉及岩土设计、施工、监理、监测等单位，要做到信息化设计和施工，与各有关单位对深基坑应有高度的重视程度、密切配合、及时反馈是是分不开的。3、 通过对本深基坑支护设计与周边同条件几个成功基坑典例的对比，在这种地质条件下，如果基坑周边环境对基坑变形要求不是很严格的情况下，采用人工挖孔桩挡围护桩还是比较经济、合理的。五、 结束语深基坑支护虽然大部分是临时性结构，但其具有很强的社会性、技术性和经济性。深基坑设计的计算方法虽然还有待于逐步完善，但如果在实践中不断地给予验证，把理论与实践紧密地相结合在一起，这样就能从量变过度到质变，不断地积累经验，以提高深基坑设计的准确性，达到基坑支护的安全和经济和谐统一。通讯地址：厦门市莲前西路192号蒋锦明 联系电话-mail： 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