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淺談特殊性軟土地區(qū)深基坑支護(hù)的點滴體會論文
摘要:本文通過對一個地質(zhì)條件比較特殊的深基坑支護(hù)實例進(jìn)行剖析，闡述在特殊性軟土地區(qū)作深基坑支護(hù)過程中時常遇見的問題及成因，最終得出幾點深基坑支護(hù)的經(jīng)驗及體會，以供參考.
關(guān)鍵詞:軟土 深基坑 動態(tài)設(shè)計 信息施工
隨著城市建設(shè)及舊城改造進(jìn)程的加快，各類工程建設(shè)向著高，深，重發(fā)展，須進(jìn)行深基坑支護(hù)的工程隨之與日俱增，深基坑支護(hù)設(shè)計，施工中的技術(shù)要求越來越嚴(yán)格，它不僅要保證支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的安全，控制巖土體的變形，而且要保證周邊環(huán)境(道路，建筑，管線等)的安全，所以深基坑支護(hù)已成為城市建設(shè)中一個亟待攻克的課題.深基坑支護(hù)是一門理論性和實踐性相結(jié)合的的技術(shù)，作為一門新興的學(xué)科，它涉及到巖土力學(xué)，水文地質(zhì)學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，鋼筋混凝土等科學(xué)，主要研究巖土體的強(qiáng)度與變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度及巖土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用機(jī)理等問題.土壓力計算理論主要郎肯理論和庫倫理論，深基坑設(shè)計依據(jù)主要采用郎肯理論，郎肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件而得出的土壓力計算方法，是以墻背與土接觸面上剪應(yīng)力為零的邊界條件推出主，被動土壓力的計算方法，所以深基坑支護(hù)設(shè)計采用經(jīng)典理論，存在著許多不成熟和不完善之處，必須通過大量的工程實踐信息來檢驗，修正，所以在基坑支護(hù)過程中必須牢牢把握"動態(tài)設(shè)計，信息施工"的原則，以提高每個深基坑工程的安全性.
1工程實例
1.1工程概況
某工程位于廈門廈禾路西段，擬建筑物地上33層，設(shè)有兩層地下室，基坑深度約8.0米，基坑側(cè)壁安全等級為一級.擬建場地原始地貌為典型的港灣灘涂，后因城市建設(shè)需要，經(jīng)人工回填改造成現(xiàn)狀，基坑支護(hù)主要土層有雜填土，淤泥，含泥礫砂，殘積土及強(qiáng)，中風(fēng)化花崗巖，其中雜填土主要由建筑垃圾，碎石塊，碎磚組成，以砂質(zhì)粘土填充空隙，未作過專門壓實處理，均勻性差;淤泥層厚度大(8.2～12.8米)，呈軟～流塑樁，工程性能極差，土層構(gòu)造較為特殊，基坑支護(hù)地質(zhì)條件較為惡劣.擬建場地地下水主要附存和運(yùn)移于雜填土，含泥礫砂的孔隙中以及下部強(qiáng)，中風(fēng)化花崗巖的孔隙～網(wǎng)狀裂隙中，地下水位埋深最淺的0.6米.擬建筑為廈禾舊城改造項目，西，北兩側(cè)有已建6層的建筑，采用沉管樁作為基礎(chǔ)，樁基以殘積土作為持力層，南側(cè)為規(guī)劃路，東側(cè)為市政道路，基坑四周空間較為有限，地下室及基礎(chǔ)施工要求必須進(jìn)行深基坑支護(hù).
1.2，本深基坑支護(hù)設(shè)計采用的典型土層參數(shù)
本場地基坑支護(hù)主要土層為雜填土和淤泥，地下水位較高，淤泥土層較厚，呈流～軟塑狀，透水性差，固結(jié)時間不長，所以抗剪強(qiáng)度采用天然快剪指標(biāo)進(jìn)行計算.
1.3，設(shè)計思路
該基坑因?qū)倥f城改造，場地狹小，沒有足夠的放坡空間，加上場地地質(zhì)條件差，所以必須采用排樁加內(nèi)支撐的支護(hù)方式.擬建場地淤泥層較厚，支撐若采用錨桿，根據(jù)以往同地區(qū)的錨桿抗拉實驗結(jié)果，在該種淤泥土層，采用二次注漿的錨桿設(shè)計抗拉力不足10KN/m，難以滿足本基坑設(shè)計的要求，且在淤泥層中制作長錨桿，施工難度大.利用本工程地下室的平面幾何尺寸趨近于一個邊長50米的正方形的特點，內(nèi)支撐設(shè)置成一
個半徑27米的圓形鋼筋混凝土圈梁外加若干小支撐的支撐系統(tǒng)，充分利用圓形的幾何受力特性和鋼筋混凝土的受力特性，減少圈梁受彎，達(dá)到圈梁混凝土處處受壓的理想效果.圓形圈梁截面幾何尺寸設(shè)定為1400×700mm2，后經(jīng)與圍護(hù)樁協(xié)同計算，最大的彎距與剪力只要求圈梁構(gòu)造配筋即能滿足受力要求，達(dá)到較為理想的效果.(詳見附圖1)
圍護(hù)樁采用何種樁型最后在人工挖孔樁與沖鉆孔樁之間比較.若采用沖鉆孔樁，施工場地狹小，施工工期長(約為人工3挖孔樁的2倍)，造價高(約為人工挖孔樁的1.8倍)，淤泥層間容易造成縮徑，樁身質(zhì)量較難保證，且沖鉆孔形成的泥漿對周邊的污染是不可避免，現(xiàn)場文明施工很難作到.若采用人工挖孔樁，本場地特殊的土層構(gòu)造決定著人工挖孔樁存在成孔難度大，雜填土含水量大，淤泥土層厚，工程性能差，含泥礫砂層將會出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，甚至局部區(qū)域存在著淤泥層底即為強(qiáng)風(fēng)化巖，沒有殘積土揭露，該層間地下水為承壓水，以上問題的存在均會對人工成孔造成阻礙.通過多次方案比對和論證，綜合考慮兩種樁型的優(yōu)，缺點，最后確定圍護(hù)樁采用人工挖孔樁，另外在圍護(hù)樁施工之前，先在基坑邊上設(shè)置4口φ130降水井進(jìn)行局部場地降水，降水井打設(shè)深度為入中風(fēng)化巖2.0米，降低人工成孔的難度.
圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系受力計算方法采用彈性支點法和極限平衡法進(jìn)行分析比較，最后發(fā)現(xiàn)本工程這兩種電算結(jié)果基本相同，由此可證實，計算模式及邊界條件假定與實際狀況基本吻合.計算參數(shù)控制:a，支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆安全系數(shù)K≥1.25，整體穩(wěn)定(采用瑞典條分法)安全系數(shù)K≥1.30，抗管涌安全系數(shù)K≥1.50.計算結(jié)果詳見右附圖2.
圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐換撐受力計算:在地下室地板同標(biāo)高處，對應(yīng)每根圍護(hù)樁設(shè)置一根250×250mm2的臨時支撐，支撐在地下室底板上，待這些臨時支撐混凝土強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%以后，拆除圓形內(nèi)撐圈梁，圍護(hù)體系轉(zhuǎn)變成以臨時支撐為結(jié)點的懸臂結(jié)構(gòu)，樁頂理論最大水平位移fmax=12mm.
圍護(hù)結(jié)構(gòu)最終設(shè)計結(jié)果:圍護(hù)樁選用φ900間距1900～2200的人工挖孔樁，根據(jù)計算彎距的分布及大小，采用變截面的配筋方式，節(jié)約圍護(hù)樁的成本.考慮到基坑土方開挖時，樁間及背后的淤泥會因自重及上部荷載而產(chǎn)生側(cè)向變形，從而加大地面沉降量，在圍護(hù)樁間設(shè)置一道180mm厚的磚砌反拱.圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系經(jīng)協(xié)同計算后，發(fā)現(xiàn)在邊長中部均出現(xiàn)水平最大撓度，南側(cè)fmax=42.3mm，針對這一特點，利用以前成功的設(shè)計經(jīng)驗，把每邊中部的圍護(hù)樁在不變水平間距的前提下，樁位軸線錯開1.2米，形成雙排樁的支護(hù)形式，基坑土方開挖至設(shè)計標(biāo)高后一個月內(nèi)，邊長中部最大監(jiān)測水平位移尚不足10mm，由此證實此種構(gòu)造型式對減少基坑變形的效果顯著，今后可結(jié)合工程具體情況大力推廣.圍護(hù)鎖口梁至地面3.0米區(qū)間采用1:1自然放坡.
圍護(hù)樁的施工抽取地下水導(dǎo)致的地面沉降量計算:采用太沙基-維固結(jié)理論計算降水期間內(nèi)的地面沉降量，采用分層總和法計算地面最終沉降量.
計算公式:
其中z為降水后附加荷載，K為土層滲透系數(shù)，α為土層壓縮系數(shù)，Es為土層壓縮模量.
經(jīng)計算得出Tv=0.015，查得Uz =0.12，圍護(hù)樁抽取地下水三個月，地面理論沉降量為68mm.
2基坑支護(hù)施工中出現(xiàn)的問題及成因分析
圍護(hù)樁在雜填土段成孔過程中，出水量大，地面嚴(yán)重下沉，在此期間，西側(cè)人行道最大累計監(jiān)測沉降量約為40mm，大部分路段的路面錯裂.究其原因主要是:西側(cè)雜填土最厚，且其成分主要由建筑及生活垃圾組成，挖孔樁一抽水，雜填土中的部分物質(zhì)在水力作用下，被地下水帶走，導(dǎo)致部分孔樁出現(xiàn)流泥，流砂現(xiàn)象，這就造成本來就不密實的雜填土有足夠的下陷空間.針對該問題，在距基坑邊3米以外補(bǔ)充設(shè)置一排口徑130mm，水平間距3.0米的回灌井，打設(shè)深度入淤泥層2.0米處，常壓24小時回灌，經(jīng)過一周后的沉降觀測，該側(cè)路面回彈量超過5mm，此后地面沉降變形趨于穩(wěn)定.
基坑?xùn)|側(cè)，由于土層構(gòu)造較為特殊，即淤泥層下面沒有殘積土，直接揭露的是砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化或含泥礫砂，基巖裂隙發(fā)育，導(dǎo)致地下水相當(dāng)豐富，且為承壓水，挖孔樁挖至該層段出現(xiàn)大量的涌砂現(xiàn)象.針對該問題，在此區(qū)段增設(shè)2口φ130的降水井，對該層間的地下水壓力進(jìn)行卸荷，取得較好的成效.
圍護(hù)樁的嵌巖爆破加劇周邊地面沉降，同時引起周邊采用樁基建筑物的沉降.分析其成因主要有兩方面:一，本場地淤泥層較厚(厚度≥8.2米)，理論固結(jié)期間沉降量就為68mm，加上淤泥層下或?qū)娱g夾雜有含泥礫砂，含泥礫砂透水性強(qiáng)，該土層失水后也固結(jié)沉降;二，淤泥工程性能差，呈流軟塑狀，嵌巖爆破的振動潑勢必造成淤泥重塑，由此出現(xiàn)淤泥振陷現(xiàn)象.此期間監(jiān)測結(jié)果，地面最大沉降量約50mm，建筑最大沉降量約為10mm.為了確保基坑周邊生活，生產(chǎn)的安全，建設(shè)單位組織召開緊急專題會議，最后確定須改良施工爆破措施，即在圍護(hù)樁內(nèi)靠近外側(cè)一排φ45150的爆破減振孔，以降低地震波對周邊環(huán)境的影響.
土方開挖順序的確定.根據(jù)本基坑內(nèi)撐系統(tǒng)對稱受力的特點，制定了基坑土方對稱開挖的方案.本基坑土方總共約2.5萬立方，分9個區(qū)域，以對角線為對稱軸，同時對稱開挖兩個區(qū)域，分兩層開挖開挖到底，這樣可避免因被動區(qū)不對稱卸荷而導(dǎo)致圓形圈梁受力狀態(tài)改變的工況存在.
拆除內(nèi)支撐圈梁問題.臨時支撐混凝土強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%以后，對稱拆除內(nèi)支撐，由于在此之前，地面沉降量超過預(yù)警指標(biāo)，為了避免爆破拆撐對周邊造成更大的安全隱患及突然的應(yīng)力釋放造成新的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的破壞，要求采用人工鑿除方式進(jìn)行拆撐，內(nèi)支撐梁混凝土總共約200方，施工單位花費不到一周就拆除完畢.換撐后至地下室土方回填期間，樁頂水平位移不足5mm，比理論計算值fmax=12mm少一倍以上，這剛好證實了人工挖孔樁護(hù)壁混凝土對提高樁身抗彎剛度的作用是不可忽略的.
基坑周邊共設(shè)置12個水平位移監(jiān)測點，32個沉降監(jiān)測點，最大地面累計沉降102mm，最大水平累計位移13mm，最終趨于穩(wěn)定.雖然地面沉降導(dǎo)致西側(cè)住宅區(qū)人行通道路面和南側(cè)擬建規(guī)劃路面開裂，但未造成不必要的損失及人生傷害，因此本基坑支護(hù)最終取得成功.
3認(rèn)識與體會
深基坑支護(hù)設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格把握"動態(tài)設(shè)計，信息施工"的設(shè)計原則，一個成功的支護(hù)方案，是必須通過不斷地論證，在支護(hù)過程中不斷地信息反饋，設(shè)計不斷地修善才能形成的.本基坑設(shè)計方案經(jīng)多次組織專家進(jìn)行論證，在支護(hù)過程中，通過現(xiàn)場遇見的實際狀況及監(jiān)測成果，及時對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，把理論成果與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，這是本基坑支護(hù)成功的關(guān)鍵.特別在特殊地質(zhì)條件下，"動態(tài)設(shè)計，信息施工"是深基坑支護(hù)設(shè)計必須遵循的原則.
提高各有關(guān)單位對深基坑的認(rèn)識程度和重視程度.基坑支護(hù)是一個有機(jī)的統(tǒng)一體，它涉及巖土設(shè)計，施工，監(jiān)理，監(jiān)測等單位，要做到信息化設(shè)計和施工，與各有關(guān)單位對深基坑應(yīng)有高度的重視程度，密切配合，及時反饋是是分不開的.
通過對本深基坑支護(hù)設(shè)計與周邊同條件幾個成功基坑典例的對比，在這種地質(zhì)條件下，如果基坑周邊環(huán)境對基坑變形要求不是很嚴(yán)格的情況下，采用人工挖孔樁擋圍護(hù)樁還是比較經(jīng)濟(jì)，合理的.
4結(jié)束語
深基坑支護(hù)雖然大部分是臨時性結(jié)構(gòu)，但其具有很強(qiáng)的社會性，技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性.深基坑設(shè)計的計算方法雖然還有待于逐步完善，但如果在實踐中不斷地給予驗證，把理論與實踐緊密地相結(jié)合在一起，這樣就能從量變過度到質(zhì)變，不斷地積累經(jīng)驗，以提高深基坑設(shè)計的準(zhǔn)確性，達(dá)到基坑支護(hù)的安全和經(jīng)濟(jì)和諧統(tǒng)一.
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