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閱讀 6701 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。現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 (°)
耕土Q42pd
0.30
0.40
0.30
0.40
淺灰黃色
 
17.0
 
 
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
黃土
Q32eol
2.20
3.90
9.40
10.20
灰黃色
可塑
軟塑
19.3
20.0
18.0
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
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
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。基坑南側邊坡上部斜坡土體裸露,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。

                                                                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)
 
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