閱讀 6713 次 濕陷性黃土地區基坑支護工程實例分析及探討
摘要:本文從咸陽市某基坑支護工程的設計,支護期間遭遇連續降雨引起基坑局部坍塌,進行搶險處理的實例出發,結合黃土地區的地質條件,分析總結該工程事故發生的原因及采取的有效搶險處理措施經驗,初步探討濕陷性黃土地區深大基坑支護設計及施工中應注意的問題...
濕陷性黃土地區基坑支護工程實例分析及探討
1、前言
隨著社會經濟和城市規模的日益快速發展,自上世紀80年代以來,高層建筑一幢幢拔地而起,隨之而來的是建筑物基坑開挖的規模及基坑開挖深度也愈來愈大,基坑開挖深度由-5.0m、-6.0m至-10.0m左右,有些基坑深度甚至達到了-20.0m左右。這就要求在基坑支護設計及施工時,應充分考慮場地工程地質及水文地質條件,基坑周圍環境(包括建(構)筑物分布等),施工過程中氣象條件等綜合因素,做到防患于未然,杜絕基坑工程安全事故的發生。
2、某工程實例
2.1 工程概況
咸陽市某高層建筑工程,位于咸陽市市區內。擬建建筑物相關尺寸為:東西長69.8m,南北寬18.0m,高35.0m,基礎埋深-10.0m。
2.2 場地工程地質及水文地質條件
①地形地貌
本工程場區地形較平坦,基坑開挖前的初始地面標高介于386.43~386.11m之間。場地地貌單元屬渭河北岸二級階地。
②地層構成
根據該工程的巖土工程勘察報告,擬建工程場地地面以下30.0m深度范圍內地基土由耕土、黃土、古土壤、粉質粘土、中砂等組成,F自上而下分層描述見表1。
地層綜合描述表 表1
土層
編號 |
土層名稱 |
層 厚 |
層底
深度 |
顏色 |
狀態 |
天然重度γ(kN/m3) |
粘聚力C(kPa) |
內摩擦角 (°) |
① |
耕土Q42pd |
0.30
~
0.40 |
0.30
~
0.40 |
淺灰黃色 |
|
17.0 |
|
|
② |
黃土
Q32eol |
5.80
~
6.90 |
6.20
~
7.30 |
淺灰黃色 |
硬塑
~
可塑 |
17.0 |
22.0 |
18.0 |
③ |
黃土
Q32eol |
2.20
~
3.90 |
9.40
~
10.20 |
灰黃色 |
可塑
~
軟塑 |
19.3 |
20.0 |
18.0 |
④ |
古土壤Q3lel |
4.50
~
5.50 |
14.20
~
15.20 |
棕紅色 |
軟塑
~
硬塑 |
19.9 |
22.0 |
20.0 |
⑤ |
粉質粘土Q2lal |
8.9
~
12.49 |
23.70
~
27.10 |
灰黃
色~
褐黃色 |
可塑 |
20.0 |
26.0 |
22.0 |
⑥ |
中砂Q2lal |
最大揭露厚度4.30m |
最大揭露深度30.00m |
淺灰色 |
飽和、
密實 |
20.0 |
0 |
35.0 |
③地下水
場地內穩定地下水位埋深12.60~13.50m,標高373.81~372.90m,屬孔隙潛水類型。地下水位變化主要受大氣補給影響,水位年變化幅度約0.50~1.50m左右。
2.3 基坑支護設計方案及施工
考慮到擬建場地較為空曠,具備放坡條件,且地下水位處于基坑開挖深度以下,采用土釘墻支護方案進行支護,基坑周邊2.0m以內范圍不得堆載,2.0m以外堆載不得大于20KPa;放坡坡率為1:0.2;自上而下共設6道土釘,詳見表2。土釘采用水泥砂漿灌注,水灰比0.45,注漿壓力不小于0.5MPa,水泥:細砂=1:1;面板采用噴射混凝土,混凝土強度等級C20。
經計算,基底平均壓力設計值及基底邊緣最大壓力設計值等均滿足要求,抗滑安全系數為3.613> 1.300,抗傾覆安全系數為20.206> 1.600。施工圖設計草圖見圖1。
土釘參數表 表2
序號 |
水平間距(m) |
垂直間距(m) |
入射角度(°) |
鉆孔直徑(mm) |
1 |
1.800 |
1.300 |
15.0 |
110 |
2 |
1.800 |
1.500 |
15.0 |
110 |
3 |
1.800 |
1.500 |
15.0 |
110 |
4 |
1.800 |
1.500 |
15.0 |
110 |
5 |
1.800 |
1.500 |
15.0 |
110 |
6 |
1.800 |
1.500 |
15.0 |
110 |
2.4 基坑坍塌及搶險處理措施
基坑支護施工期間遭遇連降大雨,基坑邊坡南側西段坍塌,且坍塌處緊鄰2層的工地臨建活動房,形勢十分危險。工程技術人員接到工地緊急通知后,立即趕到工地現場進行了實地勘察。
經實地勘察,工地現況如下:基坑南坡及西坡的坡頂距場地周圍的圍墻較近,最近處僅1.50m左右。由于基坑南坡西段開挖放坡系數沒有按設計要求進行,加之連降大雨致使邊坡土體含水量達到飽和狀態,土層的抗剪強度(粘聚力和內摩擦角)急劇降低,土體呈軟~流塑狀態,導致邊坡南側西段的土釘墻整體失效向下滑塌,坍塌長度約40.0m;基坑西坡外的圍墻也發現局部有斷裂、下沉現象,并于基坑南側邊坡外距離坡頂約5.0m附近發現局部有東西向地面裂縫,且西側的基坑邊坡坡度接近直立。
根據現場勘察情況,提出處理及預防加固方案如下:
①現坍塌段仍然采取土釘墻支護方案,上部坡度按現坍塌形成的自然坡度,人工修坡要隨彎就彎,只將松動土塊去除即可。下部只挖除坍塌土方,并必須保證1:0.2的放坡系數。
②該坍塌段重新支護土釘位置水平間距1.50m不變,并統一平行向上移動0.75m,豎向間距變為1.30m,第一、二排土釘長度改為9.00m,其余設計要求仍按原支護設計施工圖執行。
③在基坑西坡、南坡增加一道預應力錨桿,并于塔吊基礎附近也增加一道預應力錨桿,并用槽鋼鋼腰梁連接加固。錨桿長度為18.0m,其中自由段及錨固段的長度分別為5.0m和13.0m,水平間距2.0m,設計承載力230kN,鎖定值150kN。注漿強度M20,強度達到75%時鎖定張拉。
④基坑西坡頂至圍墻地面,要清除雜草,并用3:7灰土鋪墊夯實,并高出坑口面,便于雨水流向基坑,避免滲入邊坡土體內。并將圍墻外地面進行處理,避免圍墻附近積水和滲水影響基坑安全;幽蟼冗吰律喜啃逼峦馏w裸露,需采用掛網噴漿措施防護。
⑤由于基坑西坡外的圍墻局部斷裂、下沉,應當對圍墻采取卸荷或移位措施。
預應力錨桿及槽鋼鋼腰梁連接加固圖詳見圖2。
圖2
按上述措施進行搶險處理后至基坑回填期間,基坑邊坡穩定情況良好,未發現地面裂縫擴大等問題,效果較好。
3、總結
在總結該工程的基坑支護設計、基坑坍塌及搶險處理措施等的基礎上,針對濕陷性黃土地區特殊的工程地質及水文地質條件,認為黃土地區深大基坑支護設計及施工中應注意如下問題:
1、基坑支護結構的選型,應根據基坑周邊環境、開挖深度、工程地質與水文地質條件、施工作業設備和施工季節等條件,選用排樁、地下連續墻、水泥土墻、逆作拱墻、原狀土放坡或采用上述型式的組合。
2、濕陷性黃土地區,黃土類土(包括黃土狀土、黃土、古土壤等)的抗剪強度(粘聚力和內摩擦角)隨含水量和飽和度的增大而顯著降低。在進行基坑支護設計及施工時,應充分考慮基坑側壁及坑底土層有無含水量和飽和度變化的影響。對于地下水位低于基坑底面的基坑,應對基坑周圍可能的匯水條件有足夠的掌握,如地下管道滲漏,降雨(雪)匯集于基坑底部等。對于地下水位高于基坑底面的基坑,在基坑開挖前應先進行降水,此時原地下水位以下的土層隨有效應力的增加而固結沉降,其抗剪強度也會有所增加,為有利因素。
3、在土層的的抗剪強度參數(粘聚力和內摩擦角等)選取方面,室內土工試驗有直接剪切試驗(包括快剪、固結快剪和慢剪)、三軸壓縮試驗(包括不固結不排水[UU]、三軸壓縮固結不排水[CU]及固結排水[CD])及無側限抗壓強度試驗;高靈敏度的軟粘土(如飽和軟黃土),有原位的十字板剪切試驗,其測試時的排水條件、受力狀態與土體所處的天然狀態比較接近。
鑒于工民建工程的基坑開挖和支護速度均較快,在非軟粘土區,地基土的透水性和排水條件不良時,可認為在開挖卸荷過程中,土層的孔隙水(毛細水和上層滯水)來不及排出,可采用三軸儀不固結不排水壓縮(UU)試驗或直剪儀快剪試驗的結果;如果地基荷載增長速率較慢,地基土的透水性不太小(如低塑性的粘土)以及排水條件又較佳時(如粘土層中夾砂層),則可以采用三軸儀固結排水壓縮(CD)或直剪儀慢剪試驗結果;如果介于以上兩種情況之間,可用三軸儀固結不排水壓縮(CU)或直剪儀固結快剪試驗結果。軟粘土區應選擇十字板剪切試驗結果,有經驗地區也可利用完全飽和狀態下三軸儀不固結不排水壓縮(UU)試驗結果。
4、基坑支護施工期間的氣象條件也應特別注意,若在雨季進行施工,應做好基坑邊坡(包括基坑頂、底及坡面)的防雨及排水工作。
5、基坑周邊的超載情況也是影響基坑安全及支護效果的重要因素,設計時應綜合考慮基坑周邊的超載情況,包括鄰近建(構)筑物、各種管線及地面其它堆載(堆土等)的分布等,施工單位應嚴格按照施工圖及相關規范的要求進行施工,臨建及堆料場應搭設在基坑的安全范圍外。
6、基坑支護施工至建筑基坑回填期間應加強信息化動態施工,應做好支護結構及基坑周邊鄰近建(構)筑物的變形觀測,必要時應加強對基坑內外地下水水位的觀測,以便及時處理和預防潛在的危險。
7、應盡量消除人為因素可能導致的基坑安全事故,基坑支護應嚴格按照設計圖紙及相關規范進行施工,不得有偷工減料、以次充好等行為。
8、若出現基坑坍塌,人工修坡時要根據坍塌邊坡的坡面情況,上部隨彎就彎,只將松動土塊去除即可,下部只挖除坍塌土方,并必須保證足夠的放坡系數,。
參考文獻:
[1]《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-99
[2]《巖土工程勘察規范》GB50021—2001
[3]《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025-2004
(本文來源:陜西省土木建筑學會 文徑網絡:文徑 尹維維 編輯 劉真 審核)
·高層建筑深基坑支護工程施工中土釘墻技術優勢探討
2019-7-24
·淺談加強深基坑支護技術施工控制以及管理措施
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·淺談影響深基坑支護結構內力因素的數值分析
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