深基坑支护结构失稳分析及加固处理.doc

深基坑支护结构失稳分析及加固处理第33卷第2期Vo1.33No.2建筑施工BUILDINGC0NSTRUCTION深基坑支护结构失稳分析及加固处理AnalysisofStructuralDestabilizati0n0fDeepFoundationPitSupportandConsequentStrengtheningTreatment口简文华杨婧z(1.中国建筑股份有限公司北京分公司100037;2.中建三局第三建-r,if_有限责任公司湖北武汉430074)【摘要】通过某玻璃厂熔化工段深基坑支护失稳事故,根据原基坑支护设计情况,分析基坑支护失稳的原因,并提出相应的加固方案.实践证明,经加固后其支护效果良好,保证了基坑的施工质量.【关键词】深基坑支护结构失稳加固措施【中图分类号1TU753/文献标识码B【文章编号】loo4-1oo1(2011)02-0106-031工程概况某玻璃厂一期工程由熔化,成形,退火,切裁成品4个工段组成.地下室在平面上呈不规则长条形,基础形式采用预应力混凝土管桩基础和筏板基础.熔化工段为深基坑,基础底板最厚达1.8m,基础垫层底埋深变化较大,最大埋深为-11.64m,基坑开挖深度南侧,北侧约1Om,东,西侧约9m.场地地貌上属于长江北(左)岸级阶地,场地内发育有一条较大>中沟.与基坑支护工程有关的上部主要地层为:素填土一黏土一黏土,综合分析,本场地对基坑安全影响最大为(2),(3-1)层,根据勘察报告,该两层层底埋深,老黏土层顶埋深分别为:东侧地层分布为:(31)层层底埋深为地下6m7m,老黏土层顶埋深为10m12m;南侧地层分布为:(3-1)层层底埋深为地下6m6.8m,老黏土层顶埋深为1Om12m;西侧地层分布为:(3-1)层层底埋深为地下5.6m7m,老黏土层顶埋深为10m13.7m;北侧地层分布为:(31)层层底埋深为地下5.6m一7m,老黏土层顶埋深为1O.3m11.5m.场地地下水的类型为上部滞水,上部滞水主要赋存于素填土及(2)层黏土层中,大气降水和地表水渗入是其主要补给来源.2基坑支护设计根据现场环境条件,土层及实际开挖深度为2.2m10.3m的情况,本基坑各支护段根据实际不同的开挖深度,采取了不同的解决手段:(1)对于开挖深度小于4.0Ill的地段采用了坡率法的支护形式,局部地段辅助于坡中留平台,以减少土方的开挖量和减少工程造价.【作者简介】简文华(1968-),男,大学本科,高级工程师,联系地址:北京市三里河路15号中建大厦C座3层(100037).【收稿日期】20101225?106?(2)对于开挖深度大于等于5.Om及坑内一,二层基础间高差较大地段,若采用坡率法则放坡空间过大,对后期的建筑物施工将带来很多的难题,且土方开挖,回填及地基处理的工程量也过大.因而本工程采用喷锚网,放坡卸载与坡中留平台相结合的支护形式,以保证基坑边坡的稳定.针对本工程场地周边环境,地层条件及开挖深度的特点,本基坑支护结构采用"放坡卸载+喷锚网+土钉挂网喷面"的支护体系.其中南侧和北侧喷锚支护情况及西侧喷锚支护情况详见图1,图2所示.图1南饲及北侧喷锚支护设计I.5250×2?迎21=善g_善霉莲寤l3n曼21j图2西侧喷锚支护设计3基坑失稳事故由于基坑施工过程中正处于雨季,因而在东侧尚未开简文华,杨婧:深基坑支护结构失稳分析及加固处理第2期挖,西侧和南北侧开挖初期出现了基坑失稳事故.具体情况是:初期开挖过程中,在西侧开挖深度约3m边坡出现了局部滑坡现象,工程人员采用了杉木桩支护后边坡方才稳定.随着基坑开挖深度的增加,揭露的地层逐渐显示出与勘察报告中的数据有一定出入,基坑南侧出现了一定的变形.工程人员对该段进行了局部卸载处理后边坡趋于稳定.在基坑开挖到近8m时,反映的地层出入更为明显,基坑已开挖至-10m,基坑西侧出现了明显沉降,工程人员随即对该侧采取了坡脚反压措施.与此同时,基坑北侧也出现了明显的滑移,坡脚坑内土出现了明显的隆起现象,坡边3根工程桩出现了明显偏移,工程技术人员随即对该侧坑内土方进行了回填,对破坏的边坡采用了大放坡卸载的处理措施.4基坑失稳事故原因分析针对该基坑失稳事故,对基坑工程设计按建筑基坑支护技术规程>(JGJ12099)及现场状况进行分析,计算,认为基坑失稳原因主要有以下几点:4.1地质勘测报告失实根据土方开挖过程土层的分析,发现土层与原勘测单位勘测的土层有明显出入,软土层厚度明显增加且软土层层底埋深发生了较大变化,其中北侧,西侧坡脚以下均存在厚层软土夹层.具体各段勘察结果为:东侧地层分布为:(3-1)层层底埋深为地下7.7m9m,与原勘察报告对比,层底最大埋深增加了3m:老黏土层项埋深为1Oml2m;南侧地层分布为:(3-1)层层底埋深为地下9m1O.8m,与原勘察报告对比,层底最大埋深增加了3.6m;老黏土层顶埋深为1Om一12m;西侧地层分布为:该段出现了(3-1)层夹层,其中上部(3-1)层最大埋深增加了1.7m,在9.3m以下分布夹层,夹层最厚达到3.7m,老黏土层项埋深为1O.5m13.7m;北侧地层分布为:该段出现了(3-1)层夹层,其中上部(3-1)层最大埋深增加了2.2m,在10.1m以下分布夹层,夹层最厚达到3.0m,老黏土层顶埋深为14.5m.勘察人员根据补充勘察结果,对基坑周边原放坡又进行了复核,复核结果为:东侧边坡稳定性系数最小仅为1.13;南侧边坡稳定性系数最小仅为1.09;西侧边坡稳定性系数最小仅为1.19,(31)夹层指标调整后西侧稳定性系数仅0.972;北侧边坡稳定性系数最小仅为1.06,(3-I)夹层指标调整后西侧稳定性系数仅1.O4:周边稳定性系数均不能满足规范要求.4.2施工的时机不利施工基坑时正处于雨季,连日的大雨使基坑长期处于浸泡状态,由此土体饱和度增加,容重增加,从而引起土体侧压力增加,导致边坡失稳,渭移.4.3施工人员重视不够施工人员对基坑失稳存在潜在的风险认识不够,对地面产生的裂缝及监测的警报值未予以重视,没有及时与设计人员商讨修改基坑支护设计.5基坑失稳事故加固处理5.1处理原则针对基坑周边地层的变化及周边环境特点,工程人员对周边采用不同的加固措施.其中南侧,北侧采取了放坡减载的处理措施,北侧坑底分布有软土,沿坡脚增加了超前支护措施;在基坑西侧为保护工程桩,防止坑底隆起,对边坡采用增加超前支护与加强锚杆的措施,基坑东侧增加超前支护措施,东侧修改为桩锚支护.5_2基坑支护加固方案(1)东侧浅坑段:由于(31)层软土分布至坑底附近,基坑失稳时该段尚未开挖平台以下土方,对本段应采用:将原有喷锚网支护修改为桩锚支护,平台以上已形成,保持原有支护;平台以下采用桩锚支护;桩间土采用土钉挂网喷面支护.在坡中平台内侧布置支护桩一排,支护桩有效长度为8.7m,425mm,间距0.7m,桩顶冠梁连接.在冠梁以下设置支撑一排,支撑为219810mm;在标高15.8m设置二次注浆锚杆1排,长度为18m,间距为1.4m.主筋220mm.(2)东侧深坑段:由于(31)层软土分布至坑底附近,基坑失稳时该段尚未开挖平台以下土方,对本段应采用:将原有喷锚网支护修改为复合喷锚网支护,平台以上已形成,保持原有支护:平台以下坡率修改为直坡;在现坡中平台内侧布置425mm冲孔桩一排,长度为6.7m(两侧为8.7m),间距为750mm;若施工受已有工程桩及开挖影响不能施工,则采用钢管桩代替,钢管桩长度为7m(两侧为9m),间距O.5m:平台以下设置锚杆2排,长度分别为15m,12m,为二次注浆锚杆一排,间距1.5m.(3)南侧:由于(3-1)层软土分布至坑底附近,对本段应采用:对原已支护坡面坡顶进行卸载处理,卸载宽度为5m,高度为3m;原平台下第一排锚杆修改为二次注浆预应力锚杆:在平台下第二排与第一排锚杆间增)m-次注浆锚杆一排,长度为12m,间距1.2m.(4)西侧:由于坑底以下有厚度3.7m的(3-1)软土分布,为防止坑底隆起并保证工程桩的安全,对本段应采用:将原有喷锚网支护修改为复合喷锚网支护,平台以上已形成,保持原有支护;平台以下坡率修改为直坡;在现坡中平台内侧0-3m布置微型钢管桩一排,长?107?第2期简文华,杨婧:深基坑支护结构失稳分析及加固处理度为9m,140ITIIll,间距为500Film;在钢管桩端部下0.5m设置二次注浆锚杆一排,长度为15m,间距1.5m;在平台下第二排与第排锚杆问增)in-次注浆锚杆一排,长度为l2m,间距1.6m:原平台以下现有喷射混凝土护面破除,使锚杆与钢管桩用加强筋直接连接,重新编制钢筋网喷射混凝土护面;在标高14m处沿坡脚设置超前支护槽钢1排(20mm),长度为6m,间距为0.5m.详情见图3,图4.图3西侧钢管桩施工图4钢管桩焊接(5)北侧:本段开挖至9m后边坡已发生变形,加固设计中对边坡参数进行了适当下调;由于坑底以下有厚度3.7m的(3-I)软土分布,为防止坑底再次隆起并保证工程桩的安全,对本段应采用:将原有喷锚网支护修改为放坡卸载后土钉挂网与喷锚网支护相结合,共分为3级放坡,其中,二级坡坡面及一级平台,二级平台外侧采用土钉挂网喷面支护,二级平台1.5m以内及3级坡面采用喷锚网支护;在最下级平台中设置超前冲孔桩3排,桩长度为8.8m,横向间距O.75m.冲孑L桩排间距为1500film,1000mm;冲孑L桩顶用冠梁连接,冠梁规格为3200mm×300rllm;最下级平台中设置锚杆1排,锚杆长度为16m,间距1.5m:第3级坡坡面设置锚杆二排,长度为6nl,间距1.5m;原有喷射混凝土护面全部破除,遇原锚杆尽量连接,绑扎钢筋网喷射混凝土.详情见图5,图6.l_图5北侧冲孔桩施工图6冲孔桩钢筋笼制作5.3加固处理效果在支护加固期间,监测结果显示局部地段监测点的沉降和位移速率得到降低和减小.整个基坑基本处于稳定状态.6结语地质勘测的准确性是基坑工程成功支护的关键因素之一,地质报告有误必然影响基坑支护设计方案的准确性,本工程基坑失稳实例就是一个惨痛的教训.在基坑开工过程中,应尽量避开雨季施工,尤其对于距离长江较近的工程更应注意避免.因为长期处于水中的土体,其抗剪强度必然降低,土体饱和度增加和容重增加,从而引起土体侧压力增加导致土方边坡的滑移,造成基坑失稳事故.基坑工程是一门实用性,经验性极强的学科,其土力学理论,尤其是软土方面还不是很完善,再加之土方开挖不确定性因素较多,这给基坑开挖带来隐患,所以加强监测和巡视裂缝的工作非常重要,通过监测可适时掌握基坑开挖中支护结构的动态变化,及时采取处理措施,做到防患于未然.(上接第105页)不便,故在工期允许的前提下,规定每天的施工时间为7:0020:OO.遇特殊情况时,应加强夜间照明工作.6结语(1)本工程加强对锚杆自由段波纹管的检查并做处理后,锚杆张拉效果好.本次施工中,值得注意的是预应力锚杆.这是因为在锚杆达到龄期后,锚杆需要张拉锁定,而在张拉的过程中,锚杆的自由端会被拉伸.如果自由端的锚索直接与结石体接触,在拉伸时,势必造成锚索周边结石体的碎裂.这样,水还是可能通过碎裂的结石体,沿锚索渗出.锚索上自由段的波纹管可以有效地阻止锚索与水泥浆液或双液浆接触.所以,在施工过程中保护好锚杆自由段的波纹管是很重要的一环.我们在施工过程中,加强了对锚杆自由段波纹管的检查,并用透明胶带对波纹管接头及破损地方进行了加强处理.经锚杆张?1O8?拉施工后,其效果很好,除了先前没有采取波纹管保护措施的锚杆出现渗水现象外,其它锚杆均没有出现渗水.(2)本次锚杆施工在采取相应的措施后,我们解决了锚杆在松散土层中施工,穿过止水帷幕造成的涌水流沙的问题.在提出改进锚杆施工工艺流程等处理措施之前,施工的二道锚杆造成路面下沉近5Omm,而提出此次措施后,锚杆口封堵效果非常好.锚杆施工结束后,我们经过长期对道路沉降量的观察,得出数据:目前最大沉降量仅4.7mm.在锚杆施工龄期28d后,我们对锚杆进行了张拉试验,试验结果完全符合设计要求.从对基坑顶部位移的观测来看,其位移情况也很稳定,最大位移也不过l7mm,而且在基坑见底后,基坑的位移情况几乎不变.总体看来,采用此施工技术既有效地控制了基坑外道路的沉降量,又没有降低锚杆的施工效果,值得在其它类似工程应用及推广.参考文献(略)