住宅楼粉煤灰地质条件下基坑开挖研究综合报告——南京世茂外滩新城二期B地块6号.doc

住宅楼粉煤灰地质条件下基坑开挖研究综合报告南京世茂外滩新城二期B地块6号 朱涛，陆银柏 （上海建工一建集团有限公司南京分公司江苏南京210002） 【摘要】在南京世茂外滩新城二期6号住宅楼基坑施工中遇到了粉煤灰地质，无法按照原大方坡结合毛竹锚杆加挂网喷浆的支护方式进行支护，同时无法采用常规的土方开挖方式进行开挖及运输，因此项目部采用了钻孔灌注桩围护加渣土车微震泌水的方式解决了相应问题。 关键词粉煤灰地质；基坑支护；微震泌水运输 FlygeologicalconditionsunderresidentialbuildingexcavationComprehensiveReportNanjingShimaoBundNewCitytwoBplotsthe6th ZhuTao,LuYin-bai (ShanghaiConstructionGroupCo.,Ltd.NanjingBranchofabuildingNanjingJiangsu210002) 【Abstract】InthesecondphaseofNanjingShimaoBundNewCityonthe6thfloorofresidentialconstructionpitencounteredashgeology,cannotbebinedbamboohangingboltplusshotcretewayofsupportinggeneroussupportaordingtotheoriginalslope,butcannotuseconventionalearthmovingexcavationexcavationandtransportation,sotheprojectdepartmentusesaboredenclosuremucktruckmicroseismicbleedingappropriatewaytosolvetheproblem. 【Keywords】Flygeology;Excavation;Microseismicbleedingtransport 1.综合背景 （1）自xx年起我司进入南京市场以来，已陆续承建了南京世茂房地产有限公司南京世茂外滩新城地块的一期3、4、5及17号楼超高层建筑施工，结构形式均为超高层剪力墙结构、地下2层，除3号楼采用钻孔灌注桩围护加钢管支撑基坑支护形式外，其余各建筑单体基坑施工均采用土体大放坡开挖施工。在世茂地块上述施工任务承接的基础上，我部承接了南京世茂外滩新城二期B地块6号住宅楼。 （2）本工程根据业主提供的地质勘探报告进行开挖，并依据基坑设计要求结合前述项目经验采用大开挖结合毛竹锚杆加挂网喷浆支护，在顺利完成基坑东侧3、4单元基坑开挖后，在1、2单元遇到了饱和含水粉煤灰地质，放坡坍塌严重，地质层在开挖过程中塌陷、液化程度高。后要求业主协调工勘进行补充勘探，查明该区域地质条件为地质上部为混凝土碎石，局部完整混凝土板，局部夹腐殖质，下部分布填土粉煤灰含量较多，分布不均匀，经调查本场地原为电厂厂区。杂填土:推荐上部杂填土重度为20，粘聚力10KPa，内摩擦角12度；下部含粉煤灰填土重度为14，粘聚力8KPa，内摩擦角10度。 （3）在勘探报告出示后我部结合业主及设计意见进行了多项试验施工，并最终结合现场试验施工结果由深基坑设计单位对该段基坑支护进行了重新设计。对于粉煤灰填土地质条件下的基坑支护形式在前期项目中从未遇到，我们自选了该项课题进行了研究。 2.粉煤灰地质条件下基坑开挖研究背景 2.1粉煤灰特性。 （1）粉煤灰的产生过程：煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，燃煤中的绝大部分可燃物都能在炉内烧尽，而煤粉中的不燃物(主要为灰分)大量混杂在高温烟气中。这些不燃物因受到高温作用而部分熔融，同时由于其表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒。在锅炉尾部引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾。2随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷呈玻璃体状态，从而具有较高的潜在活性。在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰。 （2）特性 粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5?300m。并且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50%80%，有很强的吸水性。 （3）目前的基坑开挖，较为困难的情况是遇得到淤泥质土或流砂层，但粉煤灰地质条件很少遇到，且国内文献资料基本上均是关于在粉煤灰地质条件下钻孔桩成孔的研究及探讨，经项目部查阅相关资料仅有武汉天兴洲长江大桥粉煤灰地层钻孔桩成孔技术探讨（广西城镇建设，陆子海等著）及在粉煤灰层中钻孔的试验研究荆卫民等著。 2.2通过对世茂6号住宅楼的补充工勘报告相应地质层内容的研读，发现相应区域粉煤灰地质层厚度高、含水量高且主要位于地下水位线以下。粉煤灰地质粉煤灰颗粒为微球形晶体，存在颗粒比表面积大，在地下水充分浸泡下，水分在颗粒表面充分吸附，在静止状态下，颗粒紧密吸附，呈半固结状态，在受到轻微扰动后泌水呈现类淤泥质状态，在受到剧烈扰动时快速液化，呈流动状态。 2.3经现场实地观察发现存在在挖掘机挖斗扰动情况下急速液化，难以开挖，按以往的大开挖方式无法成坡，塌陷程度大。 2.4如工勘报告所述，6号楼土质以杂填土为主，西侧1、2单元局部基坑为粉煤灰地质。对于杂填土区域采用了1:2放坡加毛竹锚杆挂网喷浆支护的基坑边坡支护方案，而对于粉煤灰地质条件，项目部采取了井点降水和钻锚挂网喷浆方案进行降水和边坡支护方式，均无法取得理想的效果，甚至于根本没有效果，经研究与粉煤灰层含水率和含水方式有关。因为粉煤灰颗粒比表面积大，水分子在粉煤灰表面吸附能力强，粉煤灰颗粒之间在静止状态下连接紧密，粘聚力大，通过普通的利用地下水在泵压条件下的有压流水根本起不到任何效果。同样在粉煤灰地质层因为粉煤灰颗粒间粘结紧密，利用钻孔钢锚杆喷浆工艺也无法取得相应效果。真空覆膜抽水法同样无法解决颗粒表面吸附水的离析问题，而理论上可以取得排水效果的真空覆膜加电离法因造价太高，无法被列入考虑之列。后经项目与桩基单位、业主、监理讨论后并经专家论证同意对基坑支护采用了土层深搅加桩孔灌注桩支护，土方开挖采用大斗缓慢掏挖加渣土车微震泌水后外运的施工方案。 3.工程难点和特点 3.1项目概况。 本工程是一幢超高层住宅，由4个单元组成，层数分别为57F（一、二单元）、54F（三、四单元），总建筑面积104054.5平米，地上建筑面积约98740.4平米，地下建筑面积约为5314.1平米，建筑高度172.45米。地下一、二层为自行车库，其中地下二层为人防六级区域。建筑物占地约2657平米，基坑开挖面积约4000平米（因土质影响，放坡面积较大），基坑开挖深度为6米，局部9米。 3.2工程难点及解决方法。 3.2.1边坡支护施工难度高。 (1)在粉煤灰地质层中进行边坡支护难度很高，首先是停机面稳定性很难保证，其次采用钻孔灌注桩钻孔过层中泥浆护壁难以形成，在振动条件下，护壁常常快速塌陷，在初期试钻孔过程中曾发生在桩孔钻进过程中，钢护筒突然沉陷，根本就找不到的情况，可见液化程度。 (2)经项目部研究并与监理、业主、桩基单位会同协商，采用了对表层换土，采用匀质粘土对表层杂填土及部分粉煤灰进行置换，以提供桩基较好的停机面；采用先行施工深搅桩改善下层地质条件，跟进进行钻孔灌注桩成空及桩基施工。从后期的施工情况看该方案取得了较好的施工效果。 3.2.2支护桩侧粉煤灰在扰动状态下形态变化造成边坡失稳危险程度高。 (1)支护桩北侧的粉煤灰层在土方开挖造成的振动条件下快速液化，进而造成桩孔灌注桩呈悬臂状态，桩周边的深搅粘附层剥离，土方塌陷。 （2）在二单元东北侧土方开挖过程中因土方开挖分层过厚，土方开挖速度过快，施工节奏过快造成了局部桩周边深搅粘附层剥离，呈土方塌陷状态。 项目部采用蛇皮袋装土，依阶梯状铺设挡土墙解决了该问题。同时项目部对土方开挖的厚度进行了严格控制，放缓了土方开挖的节奏，尽可能减少在土方开挖过程中的振动，上述情况在基坑的其他部位得以避免。 3.2.3粉煤灰地质土方开挖难度大。 (1)粉煤灰地质在充分含水状态下开挖难度非常大，在挖机扰动情况下土质层急速液化，挖机挖掘出的粉煤灰在挖斗内基本呈液态，原挖斗内预留了泄水口，因此常常一次挖掘到渣土车，斗内土已所剩无几。土方开挖工效无法提高，施工速度缓慢。 （2）针对液化的粉煤灰项目部原计划采用污水泵直接抽排，但项目四周无法找到合适的排污场所。泥浆泵外运约1000元/10方，折合100元/方，按泥浆与水分离1:3，折合土方33元/方，与业主合约价相差悬殊。后与土方单位协商，采用了封闭挖斗泄水口，在将液化后的粉煤灰倒入渣土车后，将渣土车发动微震，将粉煤灰泌水，固结。虽然降低了挖土的效率，但达到了较好的土方运输效果。 4.粉煤灰地质条件下的基坑开挖研究 （1）通过对本工程粉煤灰地质条件下基坑支护及土方开挖的施工过程的研究，识别了粉煤灰地质条件的具体特征及支护、开挖过程的特点及解决方法，为以后类似的地质条件基坑支护及土方开挖积累经验并可以就具体的施工方案提供参考。 （2）如上粉煤灰为微细球形晶体，球壁为多孔结构，具有比表面积大，对水分子吸附能力强的特点；粉煤灰地质具有表像半固结状态，在振动状态下急速液化，塌陷程度大。粉煤灰地质层在桩基成孔时，具有基层稳定性差、桩基成孔难度大的特点，在开挖过程中液化程度高，开挖及运输难度大的特点。 5.结论： 粉煤灰地质条件下的基坑开挖的研究成果。 基坑支护采用深层搅拌土体加固加正循环钻孔灌注桩支护，土方开挖尽可能减少开挖层厚，减缓开挖速度。在成本许可下，降水采取真空覆膜加电解抽除法。土方运输在条件许可情况下建议采用污水泵抽排法，或槽罐车泥浆外运法，如条件不许可则采用渣土车微震泌水固结运输的方法进行运输，平均效率为正常运输60%。社会效益与经济效益为相应地质条件下的土方边坡支护提供了可选方案，为后续类似施工提供了施工经验和