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基坑圍護結構體系質量病害淺析

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基坑圍護結構體系質量病害淺析

[摘要]某工程基坑由于場地條件限制,各剖面采用不同支護形式,復合土釘墻方式在施作過程中發生導致圍護結構體系受力弱化的病害,包括坡面滲漏水、地表水下滲、坡體局部塌空等,病害發生后使邊坡坡頂、周邊地表發生較大變形;同時基坑設計缺陷與施工病害導致懸臂樁部位發生較大變形。

[關鍵詞]基坑;圍護結構;質量病害;變形

0引言

隨著城市建設的發展,城市建成區內建設場地空間受限,建筑工程場地狹小問題日益突出,對基坑支護設計以及圍護結構施工質量提出了更高的要求。基坑圍護結構做為一種臨時性結構工程,其安全性涉及到工程順利實施、人員人身安全、周邊環境安全等經濟效益和社會效益各方面。同時深基坑支護結構設計,首先需要進行結構選型,再確定施工工藝,同時注意工藝質量通病的防治。基坑工程必須依據工程地質資料對施工組織方案進行科學合理的設計。同時應進行圍護結構變形施工控制,增強圍護結構的穩定性、預防出現變形問題。采用增加鋼支撐預加軸力的方法,可以有效地減小基坑圍護結構的變形。并且施工質量進行控制,可提高深基坑的穩定性及安全使用性。本文通過對某建筑工程基坑在施工過程中存在的病害現象,導致圍護結構發生較大變形的情況,說明施工質量對基坑安全重要性。同時,懸臂樁設計存在較大的頂部變形缺陷,是基坑圍護設計中比較少采用的方式,本工程中懸臂樁圍護結構頂部發生較大變形,引起背后土體的開裂,因此懸臂樁圍護設計在變形要求較高的情況下盡量避免采用。

1工程概況

11項目概況

本項目位于北京市城區,交通便利;新建建筑包括地上24層,帶地下室,筏板基礎,框架剪力墻結構。基坑開挖深度約74m。

12周邊環境條件

場地比較平坦,南側為既有道路,西側為居民小區,北側和東北側為場地內臨建,東側為在建基坑施工道路,主要為東側臨近場地出土和運輸車施工道路。

13工程地質條件

本工程地質條件比較簡單,主要為人工填土和粉質黏土、砂土地層。人工填土層包括①黏質粉土素填土層、①1雜填土層,一般第四系沉積層包括②砂質粉土~黏質粉土層、②1粉質黏土~重粉質黏土層、③粉質黏土~重粉質黏土層、③1黏質粉土層、④重粉質黏土~粉質黏土層、④1黏質粉土層、⑤黏質粉土~砂質粉土層、⑤1粉質黏土~重粉質黏土層、⑤2粉細砂層、⑥細中砂層、⑦粉質黏土~重粉質黏土層、⑦1砂質粉土~黏質粉土層、⑦2細中砂層、⑧重粉質黏土~粉質黏土層、⑧1砂質粉土~黏質粉土層、⑧2細中砂層。基坑開挖范圍內主要為黏質粉土素填土層、雜填土層、粉質黏土~重粉質黏土層。

14水文地質條件

水文地質條件也比較簡單,場地勘察深度范圍內揭露有2層地下水,第1層地下水為上層滯水,水位埋深為35~42m(相應水位標高為38670~39560m);第2層地下水為潛水,穩定水位埋深為73~85m。基坑開挖范圍內,對基坑影響較大的為上層滯水(見圖1)

2基坑支護設計

根據基坑開挖深度、周邊環境條件、工程地質、水文地質條件及設計超載情況,基坑圍護結構設計共劃分為6個剖面,與本文相關剖面如下。1)4—4剖面基坑開挖深度74m,復合土釘墻支護,坡度03,分別在15m(L=9m,直徑20mm,間距15m)、45m(L=6m,直徑20mm,間距15m)、60m(L=6m,?20mm,間距15m)處設置土釘,30m處為錨索(L=20m,自由端4m,直徑20mm,間距15m)。在坡體內部設置攪拌樁止水帷幕?1100mm攪拌樁,長度6m,間距900mm,咬合≥200mm,剖面范圍為基坑北側(見圖2)。2)5—5剖面基坑開挖深度74m,懸臂樁支護,樁徑800mm,樁中心距15m,樁長15m,嵌固深度76m,剖面范圍為基坑東側北半部(見圖3)。3)6—6剖面基坑開挖深度74m,土釘墻支護,坡度03,分別在15m(L=6m,直徑20mm,間距15m)、30m(L=6m,直徑20mm,間距15m)、53m(L=6m,?20mm,間距15m)、68m(L=4m,?20mm,間距15m)處設置土釘,42m處為臨近基坑錨索,采用鋼腰梁連接,張拉鎖定值N=100kN(見圖4)。剖面范圍為基坑東側南半部。

3施工過程病害情況

31北側復合土釘墻邊坡

北側復合土釘墻邊坡在開挖到35m處,施工錨索期間,在錨索鉆孔中出現比較大水流,基坑東北角土釘墻邊坡與東側懸臂樁邊坡交接位置出現較大滲流水。開挖至坑底后,坡體西側底部、中間底部、東側底部均出現坡體滑塌產生的空洞,施工現場以沙袋堆填,并錨噴加固。同時在坡體中下部位出現明顯滲透水痕跡。

32東側懸臂樁+土釘墻邊坡

東側懸臂樁開挖到底后,在坡體中間部位樁間出現1個約07m見方空洞,采用沙袋堆填+噴面處理。在懸臂樁與土釘墻邊坡交接位置,懸臂樁樁間土塌落、土釘墻下部土體塌空。后期采用堆土回填、壓腳方式處理,并將東側基坑錨索與懸臂樁錨固一體以減少懸臂樁部分變形。東側樁間土體空洞如圖5所示。東側樁間土體塌落、坡體土體塌落如圖6所示。

4圍護結構體系變形發展

41北側圍護結構體系變形發展

北側圍護結構體系出現第1次病害是在開挖至35m處錨索施工期間,邊坡坡頂豎向位移未有明顯變化,階段變化值基本為+08mm。圍護結構體系出現第2次病害是在開挖完成后,坡頂豎向位移發生明顯變化,從病害發生到基本穩定期間階段變化值為-112mm,坡頂發生明顯下沉。同時,第2次病害導致坡頂水平位移也發生明顯變化,從病害發生到基本穩定期間階段變化值為+154mm,坡頂向基坑內發生偏移。同期,坡后地表發生明顯下沉,從病害發生到基本穩定期間階段變化值為-401mm,最大達-497mm,超過設計控制值。地面出現非常明顯下沉量,并且地表產生明顯裂縫和錯臺。圍護結構位移曲線如圖7所示。

42東側圍護結構變形發展

東側圍護結構體系出現病害是在開挖完成后,從病害發生到基本穩定期間,樁頂豎向位移階段變化值為65mm,上浮變形。樁頂水平位移發生了明顯變化,從病害發生到基本穩定期間階段變化值為86mm,最大達到185mm,超過設計控制值。同期,樁后既有臨建墻體與地面發生脫離。圍護結構位移曲線如圖8所示。

5結語

根據公開報道,南寧某深基坑坍塌事故原因為由于基坑支護變形引起水管長期滲漏,周邊土體局部土體弱化,導致水管爆裂,引發基坑錨索結構失效,最終引發坍塌事故。這個基坑坍塌案例中也是由于基坑變形導致地下水增加、地層力學性能弱化,基坑圍護結構性能降低,引發基坑事故。因此,在基坑工程施工和運行過程中,基坑圍護結構體系性能對基坑安全性具有重要作用。基坑圍護結構體系施作過程中,坡內施工空洞有滲流水發生,后期坡體底部有滑塌、空洞產生,坡面整體有滲水情況,這些情況都導致邊坡整體力學性能弱化,從而引起邊坡變形增大、地表下沉明顯等不安全狀況。說明施工過程中的質量控制、地下水處治措施有效性對坡體安全狀態影響明顯。基坑圍護結構設計中懸臂樁支護本身屬于變形較大的支護形式,施工過程中質量控制不理想會增加支護結構變形量,導致變形超控。

參考文獻:

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[3]那琦深基坑圍護結構數值分析與優化[D]沈陽:沈陽建筑大學,2016

[4]戴永祥深基坑施工及質量控制研究[J]江西建材,2017(5):90?95

作者:王林 單位:北京城建勘測設計研究院有限責任公司

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