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基坑变形原因分析及处理措施

发布时间:2014-05-09 15:17:52 共阅

【摘  要】 针对基坑变形,从地质条件、设计及施工等方面进行原因分析,有针对性地提出来了处理措施。

【关键词】 防滑桩;变形;处理措施

广汇花园工程项目位于广元市区,为高层建筑,各主楼地上12层、24+1层,25层、30层不等,地下设两层地下室,根据中国建筑西南勘察设计研究院有限公司提供的该工程《广汇花园项目岩土工程勘察报告》,以中风化泥岩或中风化砂岩层作为桩基持力层。根据中国建筑西南设计研究院有限公司提供的设计文件表明主体结构为钢筋混凝土剪力墙结构,基础采用人工挖孔扩底灌注桩基础,桩长根据现场情况确定,但应≥6米。应通过施工勘察确定桩底3D深范围内无空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件;基础形式为桩筏,筏板基础的埋深为-9.35以下,基坑类别为一级。根据《岩土工程勘察报告》反映该地形情况较复杂。

在基坑南侧6~16轴段,在防滑桩施工完毕后,土方分层开挖至地面下5.0米左右时,围墙根部且平行边坡出出现了一条宽2~5㎜长约40米的裂缝,冠梁向基坑内位移35~45㎜,其变形远大于预期设想,出现严重的安全隐患。

1、 工程地质条件

1.1地形地貌及地层

根据 《广汇花园项目岩土工程勘察报告》,场地地貌单元属于嘉陵江二级阶地,场区地层构成及特征

据钻探揭露,场区土层主要为第四系人工回填土(Q4ml)、第四系上更新统冲洪积层(Q3al+ pl)及侏罗系中统沙溪庙组(J2s)。场地地层自上而下主要为:

①-1杂填土(Q4ml):杂色,松散,湿,主要由建筑垃圾组成。堆积时间较短,为新近回填土,层厚0.60~4.00m。该层主要分布于1栋和2栋楼层所在场地。

①-2素填土(Q4ml):褐色,松散,湿,主要由粉质粘土构成。回填时间较短,为新近回填土。层厚约0.90~6.00m。该层分布于整个场地。

②粉质粘土(Q3al+pl):褐色,可塑、硬塑;无摇振反应,稍有光泽,干强度高,韧性中等。含较多铁锰质氧化物,少量钙质结核,层厚5.30~13.40m。分布于整个场地。

③稍密卵石(Q3al+pl):褐灰色,湿~饱和,卵石粒径2~10mm,其母岩成份以岩浆岩为主,沉积岩次之,亚圆形,中等风化~微风化,卵石含量约45%左右,其中混有较多砾石(约20%左右),充填物为粘性土。层厚0.50~1.70m。N120动力触探击数1~4击。

④-1强风化砂岩(J2s):浅黄色~黄褐色,细砂结构,斜层理构造,呈巨厚层产生,其矿物成份主要为长石、石英,强风化,可用手捏碎岩块,层厚为0.7~1.6m:层顶标高为466.48~470.64m。

④-2中等风化砂岩(J2s):浅黄色,层理清晰,细砂结构,斜层理构造,呈巨厚层产生,其矿物成份主要为长石、石英,夹泥质团块,局部夹较多泥岩,中风化。岩芯采取率达90%以上。岩石为软岩,岩体完整程度为较完整,岩体基本质量等级为Ⅴ级。层厚为1.3~5.20m,层顶标高为468.46~469.44m。

⑤-1强风化泥岩(J2s):紫红色,泥状结构,以粘土矿物为主,夹薄层砂岩。风化裂隙发育,岩体破碎,呈强风化,可用手捏碎岩块,用镐可挖掘。分布于整个场地,层厚0.70~3.40m,层顶标高为465.43~470.25m。

⑤-2中等风化泥岩(J2s):紫红色~紫褐色,泥状结构,中厚层状,以粘土矿物为主,中等风化,岩体较完整,用镐难挖掘。在场地中部分孔中有揭露,最大揭露厚度10.30m,该层未揭穿。

1.2地基土物理力学性质

根据 《广汇花园项目岩土工程勘察报告》,场地地基土物理力学性质指标摘录见表1,

                           岩土的工程特性指标建议值                    表1

岩土名称

重  度γ(kN/m3

粘聚力C

(kPa)

内摩擦角φ

(°)

承载力特征值

fak(kPa)

①-1

杂 填 土

18.0

10

10.0

/

①-2

素 填 土

17.0

10

8.0

/

粉质粘土

19.7

20

14.5

180

稍密卵石

21.0

/

30.0

300

④-1

强风化砂岩

21.5

20

40.0

300

④-2

中等风化砂岩

24.9

35

45.0

1000

⑤-1

强风化泥岩

20.0

25

30.0

260

⑤-2

中等风化泥岩

23.7

45

35.0

800

该场地地下水类型为上层滞水和基岩裂隙水,其中,上层滞水主要赋存于第四系填土及粉质粘土层中,主要受大气降水补给,基岩裂隙水以地下径流形式排泄。勘察期间正值地下水平水期,地下水静止水位埋深为3.10~4.10m,相应标高为476.51~478.18m。据区域水文地质资料,该场地地下水水位变幅在1.00~2.00m之间,历史最高地下水水位按标高479.00m取值。该场地含水层的平均渗透系数k值约为4m/d。

2.基坑支护设计及其变形失稳

2.1基坑支护设计

根据周围环境条件分析,将采取直立开挖方式施工,由于直立边坡高达10.90m,地层主要是粘性土,常规的砌墙或硅酸盐砌块支护方案无法抵御其较大的侧壁土压力。综合分析场地邻近建筑条件、地质条件和基坑支护成功经验,经各方论证采用排桩加锚索支护体系,并由具有资质的单位作基坑支护专项岩土工程设计。具体设计详见下图:

 

经计算、比较、分析,排桩加锚索支护体系设计参数见下表:

项目

设计参数

排桩排数

1排

排桩直径

内径1200㎜,外径1600㎜

排桩间距

2.5m

桩长

19.50m

每桩设置锚索根数

1根

锚索直径

φ150㎜  4束15.2钢绞线,L=36.5m

锚索倾角

20度

冠梁

800㎜×1200㎜

桩间喷射混凝土

强度C20、厚度100㎜

桩间钢筋网布置

φ6.5@200×200

桩间加强钢筋

φ14钢筋、二级

2.2裂缝发展趋势

2010年3月10日开始对基坑南侧6~16轴段进行排桩加锚索支护体系施工,同年4月15日施工完毕。由于场地地表土为杂填土,土质松散,该处道路雨水为无组织排水,存在部分地下雨水管道渗水,5月18日土方分层开挖至地面下5.0米左右时,围墙根部(裂缝距基坑边缘较近)且平行边坡处出现了一条宽2~5㎜长约40米的裂缝,冠梁向基坑内位移25~30㎜.基坑紧邻人行道及机动车主道,且有行人和较多重车经过,若裂缝继续发展并向外扩散,会严重影响安全。

基坑变形失稳原因分析

每个基坑的地质条件是特定的,诸多不定因素在设计、施工中予以充分考虑,而设计采用的施工工艺也是相对确定的。本工程基坑变形的原因有如下几个方面:

3.1基坑表面场地土为杂填土,土质松散,土体稳定性差。当基坑开挖至地面-2.2米时,发现大量管道,包括电缆、给水管、移动通讯管、电信通讯管、雨水管、原建筑物排水管,由于市政施工,上部回填土未经夯实,并有多处出现漏水,使空隙水压力增加,抗剪强度减低。

3.2地表外部荷载的影响。基坑上口边缘不到1.0米处有2.5米高的240厚实心砖围墙,且围墙与冠梁(基坑边缘)上口的高差为1.7,水平距离为1.2米,紧邻基坑有大量重型车辆经过,增加了坡间荷载。

3.3基坑边缘排水不畅。由于紧邻的人行道、绿化带、机动车道为刚交付使用,经观察人行道的铺装垫层等存在不均匀沉降,有渗水隐患;绿化带宽度为2.2米,种植土较松散有渗水隐患;再由于机动车道为刚交付通行,经观察同样存在不均匀沉降,沥青路面存在1㎜~2㎜裂缝现象;且该路段无雨水排水系统,造成雨水渗漏和直接基坑内。

3.4开挖不按要求施工。部分为采用盆挖法施工,疏于管理造成超挖,甚至把基坑壁面挖成倒坡,对基坑稳定性造成了不利影响。土方开挖用挖掘机施作,对开完后的边坡、排桩等应及时用人工修整,并使边坡壁面具有一定的粗糙度,影响喷射混凝土的粘结强度。

3.5未能及时注浆。

4.处理措施

4.1回填 在发现临街出现裂缝后,经有关部门实地考察并研究决定,立即采用回填基坑边坡脚,回填高度至地表下1米处。

4.2封闭裂缝 及时采用水泥砂浆封闭裂缝,避免雨水等地表水从绿化带及裂缝处下渗。

4.3增设临时排水系统。

4.5更改支护设计方案。根据上述坑壁变形原因分析,为了确保市政道路、市政管线、行人安全、支护施工人员及后期土建施工安全,决定将支护方案改为:冠梁上口直径630㎜钢管内支撑。桩间土采用喷射混凝土支护,土层先φ6.5@200×200的钢筋网。钢筋与人工挖孔桩护壁圈中的预留钢筋连接,然后安装、焊接φ14@1500×1500钢筋加强网,喷射C20混凝土100㎜厚,并间距2.0米留置排水孔,此支护施工边开挖边进行,并确保土方开挖时桩间土尽量平整、垂直。

4.6对有裂缝及变形的范围进行注水泥浆,以对土体进行加固,提高土体粘聚力。

4.7加快基础施工进度,挡土墙外侧从基础-9.35处换填C20毛石混凝土3.0深。

4.8继续加强变形观测。

5.几点体会

5.1基坑支护设计前,最好对基坑边缘做专项的边坡勘察,进一步查明影响基坑变形及稳定的不利条件。

5.2合理安排施工顺序,土方开挖顺序、方法必须与设计工况一致,并遵循“开槽支撑、先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”的原则;且及时支护。

5.3防止地下水渗漏,恶化土的物理力学性能。根据已有资料,桩间土失稳或变形增大多与土体内积水有关。

5.4加强基坑变形观察,及时整理基坑变形曲线,做好变形预警提示。

5.6基坑周边严禁超堆荷载。

5.7做好专项支护方案及专家论证,做好专项土方开挖方案及专家论证。

参考文献

1、GB50330-2002建筑边坡工程技术规范。

2、谢建民,肖备 施工现场设施安全设计计算手册,中国建筑工业出版社。

3、徐国民,吴道明,杨金和 昆明某训练基地基坑变形失稳原因分析,中国勘察与岩土工程,2002(6)。

4、建筑施工手册(第四版),中国建筑工业出版社。

5、GB50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范。

【作者简介】 张绍宝(1976~)男、汉族、工程师、注册建造师、全国注册造价员(审)。