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超深基坑支护结构的实例分析

时间:2012-04-06

超深基坑支护结构的实例分析
[摘 摘 要] 介绍了某基坑加固定方案与施工,分析了基坑支护结构变型国大的原因,探讨论超

深基坑的支护与开挖,如何保证质量与安全,又能兼顾其经济性,特别是基坑抢险的应 急措施等。 [关键词 超深基坑 支护 加固 监控 安全 关键词] 关键词

现超高建筑日益增多,基坑深度越来越深,因此基坑支护结构就成工程设计和 施工的重点,特别是超深基坑。由于地质情况复杂,不确定因素多,基坑支护工程 的设计往往难度比较大,加之大部分基坑支护工程为临时性设施,其安全性和经济 性之间的平衡是一个比较困难的问题。基坑支护的设计地安全储备要考虑到安全与 经济地结合,给支护结构体系的质量和安全带来较大的难度和风险。本文结合实例 对基坑设计、施工、监理、加固、抢险全过程进行分析、总结,以供参考。 一、 工程概况 本工程为办公楼,地上 18 层,地下四层,基坑深达 16.5 米,基坑长 75 米、宽 55 米,属超深基坑开挖。 基坑范围内地质分层为:①杂填土(Qml) ,②第四系冲积层(Qal)粉质土,③坡 积层(Qdl)粉质土,④残积层(Qel)粉质土(可塑粉质土、硬塑状粉质土,⑤白 垩系基岩。基坑外边没有地质钻孔,设计人员依据场内坑边地质钻孔进行设计。 基坑支护结构最外围为Φ550 深层搅拌桩互相搭接成截水围幕,Φ1200 人工挖 孔排桩做支护,挖孔桩顶(-2.0 米)设一条压顶梁,压顶梁上设一道预应力锚索, 两桩布一锚,桩身(-8.0 米)布一道预应力锚索,两桩布一锚,并用腰梁连接成 整体。 原设计锚索均为入岩 3.5 米,但多数钻孔 30 米以上还未入岩,设计但那位根据 计算认为只要达到一定的深度即可,不要求一定入岩。从总钻孔情况统计,实际入 岩的锚杆只有 20%。 二、 基坑支护加固的过程 基坑支护的加固过程可以分为三个阶段: 1、初期变形控制措施 支护结构施工完毕后(配合锚索施工,基坑边土方挖至-9.0 米) ,进行土方大 开挖,考虑运输从南、西、北基坑边向东边收缩,且各边是一挖到底的方法进行开
1

挖。开始在西南角开挖,西边位移偏大(N5#点位移达 63mm) 。经过讨论决定西 边中间留 25m×8m×3m 土条暂不开挖,其它正常开挖。基坑稳定后再将留土条开 挖;对西侧废弃的Φ200 水管进行清理堵塞;对基坑周边已经产生的裂缝用水泥浆 灌注封闭,防止雨水渗入;同时加强观测。
预应力锚索

N
增加一排预应力锚索

2、应急加固措施 随着开挖工作的进行,基坑西

1000

S07 S06

N5#

S08

N6#

S09

边呈加速的趋势(N5#点位移达
S10 临时支撑
40a 40a

N4# 临时支撑 临时支撑 N7#

100mm) ,设计单位提出基坑加固 方案:在基坑西南角和西北角冠梁 位置设水平角支撑(见图 1) ,支撑 构件由 2 根 I56 工字钢组合而成。 支撑点设在西边 1/4 跨处,并利用

51300

S05 S11 斜测点(编号:N1#~N8#) N3# 水平位移、垂直位移监测点(编号:S01~S02) N8# 人工挖孔桩Φ1200 S04

1000

S03

N2#

S02

N1#

S01

72800

植筋技术固定于梁、排桩上,此方
图 1 基坑支护平面及观测点布置

案施工共用 10 天。在水平角支撑 加工安装过程中,基坑西侧变形加 速, 最大日平均位移量超过 10mm,

日期

最大测量位移达 170mm, 少量支护 桩出现裂缝,压顶梁已多处裂缝, 地面下陷达 200~300 mm。有关单 位经过研究决定采取紧急加固措 施,西边基坑底中部用 I40 工字钢 梁斜顶排桩腰梁,共 11 条,间隔 3 米,与锚头对齐;两端连接进行节
N5#孔测斜

8.21

8.14 8.07

7.30 7.28 7.26 7.24 7.22 7.19 7.17 7.15 7.10 7.08 7.05 7.03 7.01 6.28 6.26 0 40 60 80 100 120 140 160 180 200

点连接处理(见图 1) ,加固措施在 24 小时内完成。同时,在西侧止水 桩外设置 5 个降水点,井直径 219mm,井深 8m,降水深度控制在 5~6 米。在西侧支护结构-6 米处 设置一排泄水孔,孔径 50mm,水

N6#孔测斜

位移量(mm)

图 2 N5#及 N6#观测点位移变化图

平间距 3m。并采取防止雨水渗入基坑外土层的措施。 应急措施以及钢支撑完成 2 天后,基坑变形而稳定下来,经观测西侧基坑日位 移 1~3mm, 且有微量的回弹现象(N5#点变形回缩 2.5mm) 。基坑历史加固措施 取得成功。 3、基坑稳定的永久性加固

2

随着钢支撑的慢慢受力,应急措施的安装完毕,且Φ200 给水管得到彻底的封 堵后,基坑变形得到控制。由于应急措施的斜顶和钢支撑妨碍地下室结构施工,工 程进展要逐步拆除,为确保基坑西侧的稳定和下一步基础与地下室的施工安全,基 坑增设永久加固措施: 在基坑西侧-6.5m 处(腰梁上)增设一层预应力锚索,中部一桩布一索(间 距 1.5 米) 南北段两桩布一索 , (间距 3.0m) 布索位置见图 1。 , 锚所成孔直径 150mm, 倾角 35 度(当与原第二排锚所位置重叠时倾角 30 度) ,且要求全部入岩 4.5m,且 张拉时要求先进行设计抗拔值确定(设计抗拔力 600kN)再做锁定值的确认(锁定 力设计值 380kN) ,并抽查少量进行重张拉,检测预应力放松锁定损失,从多方面严 格控制预应力的质量。 增加的锚索经过验收后,坑底的斜撑逐步拆除,拆除时采用跳拆得方法,分三 天、三次拆除,同时加强监测;西南、西北面的水平角支撑待负而层地下室建成, 英里转换后拆除。 三、 原因分析及经验总结 基坑施工完毕,支护桩动测、锚索的张拉与抗拔试验均合格,基坑三面(除西 边)均相当稳定,位移最大值达 60mm,只有基坑西边位移出现异常,以相当快的 速率直达 170 mm(观测值) ,经各方面原因分析,主要有: 1、由于初期雨量偏大,基坑外土壤含水量较多,基坑西边中央垂直于基坑处 有 1Φ200 废弃给水管断裂,压力水向基坑流淌,一直不得根治,形成基坑边动水 压力增大。 2、基坑西侧原设计锚索大部分没有入岩,锚锁在土体内应力损失较大,较快, 难以恢复。 3、由于抢进度,土方开挖违反“平衡、对称、分块、分层、限时”的原则, 采取一挖到底的方法,造成卸载太快,加剧位移的变形。 4、位移发展到约 100mm,在基坑外边补钻 3 个地质钻孔资料反映:在回填土 层下面有一层 6~12 米厚的特殊黄粘土,据土质专家分析此土体在没水状态为一种 结实的粘土,摩擦系数大;在水浸的状态,就变为黄泥,损失了塑性,摩擦系数极 小。位移正因为多雨天,锚固体因摩擦力小而产生蠕动和预应力的损失。 5、基坑边排水沟开裂,地面沉陷,地面开裂的修复工作不彻底,正值多雨天, 雨水下渗,排桩位移形成裂缝空隙注满水膜,形成压力水,增加对基坑的压力。 6、由于各种原因,未及时对基坑西侧土层采取泄水措施。 四、 结束语 从整个基坑加固处理以及多次专家论证,对本工程实例经验总结如下:
3

1、 对支护方案进行严格审查、验算,各种安全系数不能偏小。 2、 以基坑范围内的地质情况为依据进行基坑设计可能引起误差,地质钻探时, 应扩大钻探的范围,基坑外面也应有相应钻孔。 3、 在以锚索为抗侧力机构的支护体系中,锚索为支护结构的关键,土层土壤 性质不够明确时,锚索应锚入岩层;锚索应埋设预应力片,以检测预应力筋受力情 况。 4、 锚索的张拉应进行抗拔值的确定后,再进行锁定。 5、 用排水管道代替排水明沟,减少明沟开裂的修复和修复不彻底排水的下渗。 6、 应正确认识支护的重要性,应安全第一,投资第二,不能片面追求节约投 资。 7、 对水处理,应视不同情况采取“防堵引疏”的方法处理,不能单堵不引或 引而不堵,产生人们认识误区。 8、 加强信息化施工,及时对各种信息的处理和采取措施。 如上简述了一起深基坑支护施工过程的特例分析, 以引起同业者对基坑支护的 认识,以纠正、弥补一些施工过程中的不足,为基坑支护的质量监控提供一些参考。

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