复杂软土基坑（精选8篇）
复杂软土基坑 篇1
近年来,伴随着中国城市建设的飞速发展,地下空间开发和利用的工程数量与规模也在日益增长,由此产生了大量的基坑工程,并形成了种类齐全的多种基坑围护及开挖技术[1,2,3]。对于复杂环境中的超大软土基坑,支护方案的选择需要考虑安全、经济、施工便利等各方面的因素[4,5],本文结合实际工程案例阐述支护方案优选的过程。
1 工程概况
1.1 场地概况
拟建项目位于位于上海市闵行区,场地南至银都路,北至春申塘,西至高速公路,东至规划河道,形状不规则,如图1所示。
工程总用地面积218 950 m2,场地内拟建建筑物地上以三层为主,靠银都路局部为四层,主要功能为家居卖场;地下为二层,地下一层主要功能为商业、设备用房、货物库房及其他辅助用房,地下二层为机动车停车库。基坑周长约1 200 m,基坑开挖深度达9.50 m。
此基坑不仅又深又大,且周边环境异常复杂,市政管线情况如表1所示。
场地东侧围护外边线距离规划红线约为6～20 m,红线外侧为规划河道,现场地内东侧为中沟港,南北走向,未通航,宽约12～15 m,最深处浜底标高约为1.10 m,河岸边坡为天然土坡;再往东距离约35 m为金盛国际家具(2～6层建筑、框架结构、桩基础)。场地北侧围护外边线距离规划红线的距离约为75.0 m,红线外为春申塘(东西向分布、通航、宽约40 m、最深处河底标高约-2.0 m),河岸边坡为混凝土堤岸加天然土坡。基地西侧围护外边线距离规划红线的距离为7.00～8.00 m,红线外为都园路及春申停车场货运中心;再往西距离拟建场地最近约为50 m为高速公路(南北向分布、宽约60 m、沥青路面)。基地南侧围护外边线距离规划红线约为5.7 m,红线内2.00 m有地下电缆。红线外7.50 m为银都路路崖。
综上所述,本工程周边主要分布道路、管线及建筑等,大部分距离较远。南侧银都路下管线及西侧都园路下管线、春申停车场货运中心是本工程基坑围护设计保护的重点。
1.2 工程地质条件
拟建场地位于长江三角洲入海口东南前缘,地貌类型属滨海平原,地势基本平坦。现为待建空地,有零星蔬菜种植,在场地东侧分布有一条南北走向的明浜(中沟港),宽约12～15 m。勘察期间,实测各勘探点的地面标高介于4.30～4.50 m之间,最大高差约0.2 m,场地地形均较为平坦。
根据勘察报告,开挖深度影响范围内岩土层分布有:①层杂填土、②层粘性土、③层淤泥质粉质粘土夹砂质粉土、④淤泥质粉质粘土、⑤2砂质粉土、⑤3粉质粘土。上述各土层的物理力学参数如表2所示。
1.3 水文条件
本次勘察揭示的地下水类型主要为孔隙潜水和承压水。孔隙潜水主要赋存于①层杂填土、②层粘性土、③层淤泥质粉质粘土夹砂质粉土中。勘察期间测得场地内初见地下水埋深1.30～2.80 m,地下水位变化主要受大气降水、地面蒸发及地表迳流控制。微承压水主要赋存在⑤2层砂质粉土中,水位埋深4.8～5.2 m。
2 影响支护的不利条件分析
依据勘察报告所揭示的地层情况,结合基坑周边环境和开挖深度等,可得到四种对基坑支护不利的不良地质现象。
2.1 浜填土
经勘察,拟建场地南侧与东侧有明、暗浜分布,南侧为东西向暗浜,东侧为南北向明浜,二浜相通。暗浜约宽15～20 m,最大深度约4.5 m;明浜约宽15 m,浜底标高+1.45～+0.30 m,本拟建物位于明、暗浜影响范围。将会对拟建物桩基施工及基坑围护产生不利影响。对于位于围护沿线及处于放坡平台范围内的暗浜建议进行换填处理,要求换填粘土,压实度不小于0.95,确保围护结构施工质量及临时边坡稳定性。
2.2 砂土液化
砂土液化包括震动液化和渗流液化。震动液化是饱和砂土、砂质粉土在地震动荷载作用下,因孔隙水压力骤增,导致砂土结构破坏,呈现液化状态的现象;渗流液化是饱和砂土、粉土因水力坡度在渗透水流作用下产生的流动现象。由于③层灰色淤泥质粉质粘土中内夹较多粉性土,当基坑开挖揭遇③层,若保护措施不当,则可能产生渗流液化等现象,严重时将产生地面坍塌等危害,使周围环境受到破坏。相关的工程事故已不少见。因此,对砂土液化问题应予以足够重视。
2.3 管涌与流砂
水土突涌是在基坑等地下空间开挖过程中,因承压水头压力引发的向基坑内突发的涌水、涌砂现象。由于场地内微承压含水层及承压含水层发育,而本工程基坑开挖面积巨大,开挖深度较深,若对地质环境、地下水流场的动态变化没有予以足够的重视,或在设计施工管理等方面产生不合理现象,则有引发水土突涌的可能。
一方面基坑开挖过程中应注意此段土层内围护体和止水帷幕的施工质量,采取合理的施工工艺,避免塌孔等工程事故的发生;另一方面,需确保此区域止水帷幕的止水效果,避免发生渗漏、流砂、管涌等不良地质现象,从而保护基坑工程的顺利实施,减少周边地层因水位降低导致的沉降变形,保护周边环境安全。
2.4 软弱土层
本工程地下室基坑面积巨大,开挖深度约为9.5 m,在此开挖深度范围内揭遇的土层主要为③、④层淤泥质粘性土,该两层土具有高含水量、低强度等特点,且拟建场地局部地段有明浜分布,在施工过程中若支护方案设计不科学或支护体系施工质量不过关、施工方法不得当,均有引发基坑边坡失稳的可能性;另外,若施工时基坑边大面积堆土、堆物,亦有发生基坑边坡失稳的可能性。在基坑围护结构设计和施工中,应注意这层土对基坑开挖的影响,尽量避免对主动区土体的扰动;并采取适当、合理的措施对被动区土体进行加固,控制围护结构体的变形在允许的范围之内。
3 基坑支护方案选型
3.1 围护结构选型
此类开挖深度的基坑,围护结构常采用型钢水泥土搅拌墙、钻孔灌注排桩+止水帷幕、地下连续墙三种形式,其中,地下连续墙可以仅作为临时围护结构,也可采用兼作地下室外墙的“两墙合一”形式。三种围护结构从造价角度讲,在工期不是很长时型钢水泥土搅拌墙最便宜、地下连续墙最贵。
从结构安全度方面看,地下连续墙刚度最大、整体性最好、墙体变形最小,围护结构体系安全性最好,型钢水泥土搅拌墙和钻孔灌注桩次之,其中型钢水泥土搅拌墙刚度比钻孔灌注桩小,围护体变形也较钻孔灌注桩大。
本工程基坑面积较大,施工期较长,型钢租赁期较长,经济优势不在,且型钢水泥土搅拌桩墙刚度小,基坑开挖时变形大,围护结构易开裂漏水,对周边环境的影响范围将会较大。而钻孔灌注桩工艺成熟、刚度较大,安全可靠。另一方面,考虑本工程基坑面积很大,且基坑平面形状不规则,若采用水平支撑,无论采用钢支撑或者是钢筋混凝土支撑都不能有效受力,根据开挖深度一般采用中心岛盆式开挖,主体结构楼板同时作为支撑的支撑点采用两道支撑的支护体系。
因此,本次围护设计方案考虑采用钻孔灌注桩作为基坑开挖的围护结构。
3.2 止水体系
采用钻孔灌注桩作为基坑的围护结构,外围应设一道止水桩,以减小基坑降水对周边环境的影响,本地区一般采用双轴水泥土搅拌桩或者三轴水泥土搅拌桩。
由于本次基坑围护设计采用中心岛盆式开挖,首次开挖采用放坡开挖,深度将较大,坡面采取挂网喷浆及轻型井点措施加强坡面稳定,坡脚处采用两排深搅加强。控制首次开挖时对周边环境的影响。本次支护结构对止水要求高,因此考虑采用三轴水泥土搅拌桩作为基坑的止水桩。
3.3 支撑体系选型
水平支撑也可采用钢筋混凝土支撑或者钢支撑两种形式。
钢筋混凝土支撑刚度大,减少顶部位移,有利于对周边环境的保护;同时,钢筋混凝土支撑布置灵活,便于分块施工。但钢筋混凝土支撑施工工期相对于钢支撑要长,需要对浇筑的混凝土进行养护。支撑拆除也相对不便,通常需要采用爆破和人工凿除的形式。且本次主要采用二道水平支撑,模版的制作及混凝土的浇筑养护时间较长、难度较大。
钢支撑最大的优点就是施工方便,安装速度快、拆除也方便。钢支撑刚度较钢筋混凝土支撑要小,但可以通过加大支撑布置密度控制围护结构变形,同时应加强钢支撑施工质量,如平直度及焊缝等,确保安全。
综合考虑基坑开挖的实际情况及周边环境情况,本方案采用二道钢管撑,局部角部采用钢筋混凝土水平支撑,以增强角部刚度,减小变形。
3.4 坑内加固
为确保周边环境安全,应针对不同的保护要求,在坑内侧合理设置坑内加固,加强被动区土压力,减少基坑围护体的变形。坑内加固可采用双轴水泥搅拌桩进行加强,坡面采用挂网喷浆进行加强。坑底以下加固区域水泥掺量应予以适当提高,加强坑内被动区土压力及坑中坑留土平台的稳定,同时在边坡体上增设轻型井点降水。
3.5 优选的支护方案
通过优选,本基坑的支护设计方案采用中心岛盆式开挖,支护结构采用Φ900 mm@1 100 mm钻孔灌注桩,坑外设Φ850 mm@1 200 mm三轴水泥土搅拌桩,作止水帷幕;支撑体系主要采用1 200 mm×700 mm钢筋混凝土圈梁、1 300 mm×800 mm钢筋混凝土围檩;一层支撑采用直径610 mm×16 mm钢管撑,二层支撑采用直径610 mm×12 mm双拼钢管支撑;支撑立柱坑底以上采用型钢格构柱,坑底以下设置立柱桩,立柱桩采用Φ800 mm钻孔灌注桩。平面布置如图2所示。
开挖过程中,主体结构楼板同时作为钢支撑的支撑点,挡土体系采用钻孔灌注桩结合两道水平支撑,为控制首次开挖基坑变形,坑中盆式开挖留土部分坡面采取挂网喷浆及轻型井点降水措施加强坡面稳定,过渡平台及坡脚处采用两排深搅加强。钻孔灌注桩外设三轴水泥土搅拌桩作基坑止水帷幕。具体如图3剖面所示。
4 中心岛盆式开挖施工
中心盆式挖土是先在基坑中部放坡开挖,形成中心岛盆式工况,成中部部分结构底板或地下结构后,再利用完成的地下结构设置水平支撑或竖向斜抛撑,最后挖去四周盆边土方,完成地下结构施工。常用于基坑面积很大且不宜设置整体水平内支撑体系的情形。挖土机可利用栈桥下到基坑挖土,运土的汽车亦可以利用栈桥进入基坑运土,可以加快挖土和运土的速度[6,7,8]。
结合本基坑的实际情况,土方开挖和基坑支护可分解为七个工况,如图4所示。
图中7种工况依次为:1)施工止水帷幕、钻孔灌注桩、立柱桩、圈梁;2)基坑中心岛开挖至底板底标高,中心岛部分主体结构施工至±0.00;3)施工第一层钢支撑;4)周圈土方开挖至第二层围檩底标高,施工围檩及第二层钢支撑;5)周圈土方开挖至坑底,施工底板,待底板及换撑块混凝土强度达到设计强度80%后,拆除第二层支撑;6)施工地下负一层主体结构,待负一层底板及混凝土换撑块强度达到设计强度80%后,拆除第一层支撑及钢立柱;7)地下主体结构施工完成,支护桩与侧墙之间回填。
5 结论
对于复杂环境中的超大软土基坑,在进行支护方案优选时,需要先对影响支护的关键因素了解清楚,然后有针对性选择围护结构和支撑体系,最后选择科学合理的开挖方案。
本项目依据周边环境选择灌注桩围护结构、二层钢支撑(局部角部采用钢筋混凝土支撑,以增强角部刚度,减小变形),并选择中心岛盆式开挖方案。工程实施后获得很大成功,从最终的效果可以看出,中心岛盆式开挖支护方式在基坑开挖初期,坑内可不设支撑,施工的空间很大,施工方便;后期斜撑拆除较其他型式的内支撑要快,可以明显加快施工进度。灌注桩与二层钢支撑的组合有效控制了坑周土体变形。
综上所述,优选的方案既保证了基坑开挖的安全,又有着很好的经济效益。
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软土地区深基坑支护结构参数分析 篇2
关键词隧道；明挖暗埋；施工；深基坑
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0225-02
在软土地区进行基坑开挖，变形控制尤其重要。软土通常具有强度低、压缩性高、含水量大等特性，深基坑的开挖施工过程是基坑支护结构与周围土体的相互作用过程，在此过程中土与支护结构相互作用，使支护结构的内力与变形不断发生变化，如果支护不当，容易造成过大的围护体侧向位移、结构内力及基坑地表沉陷，影响基坑和周边结构物的稳定及其正常使用。
1工程概况
基坑横断面布置如图1所示，基坑外施作100cm钻孔灌注桩，间距120cm，C30钢筋混凝土。开挖从上至下分6步进行，每次开挖完毕后立即布置横向钢支撑，钢支撑采用δ=16mm、Φ=609mm钢管，上面3道钢支撑为单根，下面3道为并排2根。
开挖到预定深度后，铺设素混凝土垫层，从下至上逐步拆除钢支撑，并修建隧道主体，隧道修建完毕后回填至地表。
支撑安装后，按要求预施加轴力。预加轴力在支撑两端同步对称进行。基坑钢支撑的预加轴力见表1。
注：图中尺寸除钢支撑为mm，钻孔桩为cm外，均以m计。
图1基坑横断面布置
2数值模拟分析
运用有限元软件进行建模、分析，建立二维有限元模型。基坑开挖宽度15.7m，深度26.9m，模型长度和深度均为基坑开挖宽度和深度的5倍。岩土体采用摩尔库仑模型，平面应变单元；摆喷桩墙和钻孔桩采用实体单元；支撑结构采用梁单元。左右两侧水平方向位移约束，底面水平和竖直方向位移均约束。考虑到钻孔灌注桩的空间间距分布效应，计算中将钻孔灌注桩的弹性物理模量除以其间距来考虑其空间效应。模型岩土体计算参数见表2。
2.1原施工方案分析
按原设计方案，从上到下布置6道横撑，横撑均在打设时施以预加轴力。运用有限元软件建模分析，可得到最终支撑计算结果:钢支撑最大轴力为300.424kN，出现在第6步开挖时第6道钢支撑上。表3中最大水平位移为钻孔桩的最大水平位移为1.90cm，出现在第1步桩身开挖时。由计算结果可知，最大轴力和最大水平位移均满足规范要求；第1道钢支撑除开挖第2步时短暂受压外，其他施工过程一直处于受拉状。因此在此施工方案基础上，欲减少第6道钢支撑，优化施工方案。
2.2施工方案优化
在原方案基础上，提出优化方案，即减少第6道钢支撑，并将第5道和第4道支撑同时拆除，在原修建了部分隧道主体的基础上一次整体将隧道主体浇筑完毕，计算结果如表4所示。计算结果显示，同时拆除第4道和第5道支撑，即使将隧道主体浇筑完成，对第3道支撑的受力影响也不是很大，但在接下来拆除第3道支撑时，会引起第2道支撑的轴力陡然增大；拆除第2道支撑时，第1道支撑的受力状态由受拉转变为受压。但就整体而言，各道支撑轴力均在设计值范围内，桩身最大水平位移也满足规范要求。
2.3数值结果分析
原施工方案中，钢支撑最大轴力出现在第6道支撑，最大轴力为300.42kN；优化支护参数后，钢支撑最大轴力出现在第5道支撑，最大轴力为117.99kN。2种方案计算结果中，最大轴力均出现在最下面一道钢支撑，但均小于钢支撑设计值。原施工方案中，第1道钢支撑除在开挖步1受压，在后续工序中均處于受拉状态；优化方案中，第1道钢支撑先期变化情况与原施工方案相同，但在拆除第2道钢支撑时，应力变化较大，由受拉时68.46kN急剧转变为受压69.68kN。钢支撑在2种不同受力状态之间发生急剧变化，应给予重视，以避免钢支撑产生折断，引起工程事故。计算结果表明，在2种方案中，各道支撑轴力值均满足设计要求。
桩身最大位移均出现在开挖步1中，且都为1.900cm，满足规范要求。其他开挖步中，由于钢支撑的存在且对其施加了预加轴力，桩身受钢支撑作用变形均匀，侧向位移均不大。
3现场监测
由于钢支撑为临时支撑，所以现场仅对基坑侧向位移进行监控量测。埋设测斜管，监测点布置在基坑周围。量测结果见表5。
由监测结果可知，由于基坑开挖后及时浇筑隧道洞身并进行拱顶回填，一定程度上限制了桩身的侧向位移，监测结果与计算结果较为吻合。
4结语
本文通过有限元数值模拟方法，对某隧道浅埋暗挖段基坑开挖施工优化方案进行了计算分析，结果表明：
1）数值计算结果较实测值偏小，可能是由于桩身刚度和隧道洞身刚度较实际偏大，但现场监测结果与数值计算较为吻合。
2）钢支撑预加轴力后，可避免其出现较大轴力值，且钢支撑多数均处于受压状态，桩身侧向位移也比较小。可见预加钢支撑轴力后，可大大改善基坑围护结构受力性状，提高基坑稳定性。
3）通过2种方案对比计算，可知钢支撑最明显变化出现在第1道钢支撑，受力状态会发生急剧变化，优化方案中第2道钢支撑轴力增大也较为明显。因此在拆除最后2道钢支撑时应引起足够重视，必要时可采取一些辅助措施，避免钢支撑受力状态由于变化过快而引起基坑失稳。
4）基坑开挖后，由于及时浇筑隧道洞身主体并进行洞顶回填，很大程度提高了基坑的稳定性，保证了拆除钢支撑后，除最上面2道钢支撑外，其他各道钢支撑轴力变化并不明显。
基坑工程是具有时空效应的系统工程，施工过程中应充分考虑其时空效应影响，尽量做到快速施工、及时支护，分部开挖、分部支护，严格有效地控制基坑的变形发展。
参考文献
[1]李晓红,王宏图,杨春和,等.城市地下空间开发利用问题的探讨[J].地下空间与工程学报,2005.
复杂软土基坑 篇3
随着经济的发展,高层、超高层建筑不断涌现,以致基坑规模不断向深大方向发展,周边环境将越来越复杂,这些都对基坑变形控制提出了更高要求。部分基坑工程自身支护结构虽未破坏, 但由于变形已超过容许值,导致周边建筑物开裂,市政管线破坏或地面沉降过大等,可能会造成无法估量的经济损失和安全问题。因此,变形控制代替当前的强度控制将是今后基坑设计发展趋势[1,2,3,4]。
本文结合南京某深度达20. 05 m的基坑工程,分析基坑自身与周边环境变形规律,为今后类似工程的设计与施工提供参考。
1工程概况
1. 1工程概述
该工程位于南京市建邺区软土区域,由两座分别为34层、 46层的主楼及4层裙楼组成,主体采用框架核心筒结构,桩基础, 满堂布置地下室,均为4层。基坑面积约为9 320 m2,总延长米约为515 m,开挖深度为20. 05 m。
1. 2水文地质条件
基坑开挖深度内土层除上部1 m ~ 3 m杂填土外,其余为淤泥质粉质黏土,物理力学性质差,基坑开挖对周边环境影响较大。 本工程土层分布及物理力学参数指标详见表1。
工程场地地层上部为潜水,主要赋存于1层杂填土中,稳定水位埋深为0. 50 m ~ 5. 50 m,该层渗透系数k = 1. 2 × 10- 7cm / s, 属弱透水层,水量不大,疏干即可; 承压含水层主要为3-1粉细砂、 3-2层粉细砂、4层粗砾砂,稳定水位埋深在3. 00 m ~ 4. 00 m,其含水层厚度大且富水性好,属透水~ 强透水层; 5-1强风化岩属于不透水层。
1. 3周边环境
该工程位于南京市建邺区嘉陵江东街以南,南至雨润大街, 东至庐山路,西至江东中路,即河西45号地块。
1. 4基坑支护设计方案
本基坑开挖深度约20. 00 m。基坑四周均为城区主干道路, 且有地铁二号线从场地中穿过,基坑破坏影响后果严重,经多支护方案选型,基坑采用 1 000,深64. 0 m地下连续墙作为竖向围护结构兼作止水帷幕,五道混凝土支撑作为水平支护结构,基坑支护结构平面布置图及竖向围护结构剖面图详见图1,图2。
2基坑实测数据分析
2. 1周边地表竖向位移
图3为周边地表竖向位移随施工工况的变化曲线。
由图3可知: 周边地表竖向位移主要发生在开挖阶段,且随着基坑的开挖一直呈下降趋势,最大沉降点为D1测点,该点距坑边约8 m,最大沉降达18. 4 mm,其余各点沉降略小于D1测点。 待基坑开挖至坑底且底板浇筑完成后,周边地表竖向位移变化速率趋于平缓。从图3可以看出,周边地表竖向位移可分为3个阶段: 1) 竖向位移变化速率增大阶段; 2) 竖向位移变化速率减小; 3) 竖向位移变化速率趋于平缓3个阶段。由此可见,该支护方式取得较好效果。
2. 2周边土体深层位移
图4为基坑北侧某测点在各个工况下的土体深层位移变化曲线。
由图4可知,基坑开挖过程中周边土体深层位移呈“大肚状”。随着土体的卸载,深层位移逐渐增大,且随着开挖加深,最大位移逐步下移。当基坑开挖至坑底时,最大深层位移值为11. 8 mm,位于0. 9H处( H为基坑深度) 。随着第4层地下室底板的浇筑完成位移逐渐趋于稳定。
2. 3坑外地下水位
图5为坑外水位随时间变化曲线。
由图5可知: 随着基坑降水开挖的进行,KW9测点水位变化最大,深度约3. 3 m; KW3,KW4,KW19三测点水位变化基本处于- 1. 5 m ~ 0. 5 m之间,水位波动较小。7月份由于受降雨影响较大,水位有所上升。从总体上分析: 基坑坑内降水对坑外水位影响较小,可见地连墙隔断30 m下的承压层能很好控制因坑外水位导致基坑变形的影响。
2. 4立柱竖向位移
图6为基坑在施加第一道支撑后,整个降水开挖过程中支撑立柱的竖向位移曲线。
从总体来看,立柱竖向位移较小,在- 3 mm ~ 3 mm之间,远小于容许值。施工过程中,由于外荷载的不断施加及施工的影响,导致立柱沉降; 又由于坑内土体应力释放及承压水的影响,坑内土体又向上回弹。随着基坑开挖越来越深,卸载量越来越大, 隔水层越来越薄,承压水对坑底向上的压力也逐渐增大,导致回弹量增大,立柱向上位移也随着上升。随着坑底底板施工的完成,立柱的竖向位移达最大值3 mm且趋于平缓。可见,承压水的存在肯定对坑底回弹有一定的影响,在施工过程中应及时施工底板,确保基坑安全。
3结语
1) 周边地表竖向位移可分为3个阶段: a. 竖向位移变化速率增大阶段; b. 竖向位移变化速率减小; c. 竖向位移变化速率趋于平缓。
2) 地连墙深层位移最大值随着坑内土体开挖逐渐下移,最大值位于0. 9H处。
3) 基坑坑内降水对坑外水位影响较小,可见地连墙隔断30 m下的承压层能很好控制因坑外水位导致基坑变形的影响。
4) 承压水的存在肯定对坑底回弹有一定的影响,在施工过程中应及时施工底板,确保基坑安全。
摘要：以处于软土地区且周边环境复杂的南京某深基坑工程为背景,采用了“两墙合一”的基坑支护方案,并对基坑开挖过程进行了监测,从周边地表、土体、坑外地下水位、支撑立柱等方面,总结出了基坑及周边环境的变形规律。
关键词：深基坑,地连墙,支护结构,竖向位移
参考文献
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复杂软土基坑 篇4
随着现在越来越多的深大基坑位于城市市中心, 基坑周围环境复杂, 基坑支护变形控制变得越来越严重。而且当基坑的开挖范围内存在深厚的软土时, 由于软土的蠕变特性, 随着上面土体的开挖, 基坑支护结构会向基坑内滑移, 最终导致基坑支护失效。为了控制支护结构向内滑移, 工程中一般会对基坑被动区加固, 常见的有满堂式、裙边式、抽条式、墩式等几种方式, 本文通过理正软件对昆明滇池流域某深基坑进行数值计算, 探寻裙边加固方式的最佳加固范围。
1 被动区加固机理
滇池地区泥炭土的物质成分有其特点:1) 矿物成分:滇池地区第四纪沉积中, 砂粒的碎屑矿物主要有石英 (60%~70%) 、长石 (10%~20%) 、基性岩碎屑和部分铁泥质岩屑 (1%~30%) , 有时含少量云母和白云母;2) 有机物质成分:泥炭土含有大量有机质。有机质和粘土颗粒都呈胶体状态, 土体物理力学性质主要受有机质成分和粘土矿物成分的影响。滇池周边的泥炭质土与其他软土或粘土相比具有抗剪强度低、孔隙比大、含水率高、压缩性高、低透水性、流变性、腐蚀性大的特点, 同时具有蠕变性, 经过扰动之后的泥炭质土可以像水一样流动。在此种软土地区进行基坑开挖时, 很容易造成安全隐患, 如基坑支护结构的变形过大等问题。
由于软土基坑开挖卸载, 坑内软土土压力减小, 造成基底隆起, 同时由于支护结构两侧的压力差造成桩往坑内发生水平向位移, 使得基坑周边的软土发生沉降, 基坑支护结构发生“踢脚”破坏、围护结构断裂、渗水等危害基坑安全的问题。基坑开挖支护工程中被动区受荷变化是由于开挖卸载, 围护结构两侧产生压力差, 支护结构发生过大的变形说明坑内地基已经处于塑性发展状态, 局部地基已经进入破坏状态, 因此在工程中为了控制基坑支护结构的水平位移和提高地基承载力, 一般会控制施工过程中基坑周围的堆载以及采取土体加固等措施。
图1a) 表示基坑主被动区的位置简图, 图1b) 表示被动区加固的布置;通过对比图1c) , 图1d) 可以得出对被动区进行泥土加固可以控制支护桩两侧的塑性发展。对被动区进行水泥土加固能够提高坑内土体的抗隆起能力, 控制支护结构的变形, 减小被动区土压力。
2 工程概况
某基坑开挖8 m, 支护桩为一排1 000@1 200, 支护桩全长18 m, 取土体计算深度为30 m。地基土的主要物理力学性质参数见表1, 计算模型图见图2。
本文主要针对裙边加固不同的深度和宽度进行计算分析, 采用单一因素控制变量法进行对比分析, 主要分为8组。第1组:加固深度为1 m, 宽度为1 m~8 m, 第2组:加固深度为2 m, 宽度为1 m~8 m, 以此类推, 第8组:加固深度为8 m, 宽度为1 m~8 m。在理正软件计算中, 通过改变加固深度和宽度的数值, 得到基坑顶部水平位移量。
从图3可以看出, 当基坑被动区未加固时, 基坑顶水平位移达50多毫米, 随着被动区的加固, 顶部水平位移减少。当加固深度和宽度都达到5 m时, 基坑顶部水平位移减少到20 mm, 加固深度和宽度继续增加, 基坑顶部水平位移几乎不再变化。
3 结语
基坑被动区加固提高了土体的强度, 改善了土体的力学性能, 使基坑被动区的塑性区范围减小, 同时也使坑顶水平位移减少, 在工程实践中, 通过被动区加固能够显著减少坑顶的水平位移, 当加固宽度和深度为坑深的1/2~2/3时即为被动区加固的一个临界范围, 超过了临界范围后, 坑顶水平位移几乎不再减少, 而加固所需的费用会增加, 造成经济浪费。因此, 在基坑被动区进行加固时, 要确定合理的加固深度和宽度, 在保证基坑安全的同时, 又能达到节约工程造价的目的。
摘要：介绍了深基坑被动区软土加固的机理, 并以具体工程为例, 分析了深基坑被动区加固对基坑变形的影响, 指出基坑被动区加固提高了土体的强度, 改善了土体的力学性能, 减小了被动区的塑性范围。
关键词：基坑,被动区,软土加固,变形
参考文献
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软土地区深基坑施工技术 篇5
拟建的基坑围护工程位于苏州市工业园区, 基坑呈矩形, 东西最长处约147 m, 南北最宽处约110 m, 基坑周长约513 m, 总面积约1.6万m2。基坑挖深15.25 m。基坑侧壁安全等级为“一级”。
本基坑的设计方案采用钻孔灌注桩排桩结合三轴搅拌桩止水帷幕的围护结构。
二、工程、水文地质条件
1. 工程地质条件
根据勘察资料查明, 本基坑工程涉及到的各土层分布规律及工程性质, 自上而下分别描述如表1。
2. 水文地质条件
潜水主要赋存于浅部填土层中, 受季节影响水位升降明显。勘探时干钻测得潜水初见水位标高为0.90 m, 测得其稳定水位标高在1.33 m。
微承压水主要赋存于 (4) 层粉质粘土夹粉土~ (5) 2层粉质粘土夹粉土中, 富水性及透水性均一般。勘察时, 测得其初见水位标高在-1.03 m, 测得其稳定水位标高为1.02 m。
三、本工程重点及难点
1. 周边环境条件较复杂
基坑南侧地下室外墙线距离用地红线最近约5.8 m, 红线外为旺墩路, 其下有雨水、污水、消防等管线较为密集, 基坑东侧地下室外墙线距离用地红线5.2~16.0 m。红线外为南施街, 其下有雨水、污水、消防等管线较为密集。基坑北侧及西侧地下室区域距离红线5.1 m, 红线外为7.9~21.9 m的中央河。基坑开挖特别是基坑降水对基坑周边的环境影响较大, 周边环境的保护是本工程的重点。
2. 基坑开挖深度较深
基坑呈矩形, 东西最长处约147 m, 南北向最宽处约110 m, 基坑周长约513 m, 总面积约1.6万m2, 本工程地下室设为3层, 基坑底标高为-14.85。
3. 基坑开挖涉及到承压水层
本工程的基坑采用止水帷幕已至 (6) 层粘土一定深度, 已隔断潜水及微承压水的补给, 基坑内采用管井降水, 必要时结合轻型井点降水及在基坑底周边设置集水沟、排水沟的方法疏干基底积水。
四、针对软土地区采取的对策
1. 加强止水帷幕的防渗效果
三轴搅拌桩的施工:三轴施工的好坏直接决定了工程成败的关键, 在三轴桩施工过程中, 我方将安排施工人员全过程旁站监督, 严格要求施工班组按设计要求和相关规范施工。
2. 合理的安排基坑降排水工作
降水施工是工程能否安全、顺利按期完成的关键之一。为了保证施工的正常进行, 防止出现基坑失稳, 在施工中, 制定科学的排水方案、通过详细的计算, 确定合适的降水时间, 安排合理的井点布置, 保证降水工程的顺利实施。
3. 文明施工、环境保护控制的重点
本工程地处苏州工业园区交通要道旺墩路和南施街。来往人员、车辆较多。施工期间加强文明、环保措施建设, 减少施工废气、废水、噪声对环境的污染。
4. 工期紧、任务重
本工程的工期是200天, 为应对这些无法预估的风险, 我们在安排工期时, 各分项工程尽量做到全面铺开, 齐头并进, 并且及时插入流水施工, 将工期尽可能地往前安排。
5. 严格遵循“时空效应”理论以及信息化施工
按照时空效应理论指导基坑施工, 遵循“先撑后挖、分层分段开挖、分段施作结构、严禁超挖、限时作业”等原则, 进行基坑开挖及支护的信息化施工, 以减少基坑变形, 并注意纵向坡的稳定。
6. 管线协调
我单位成立公用管线协调领导小组, 配合业主、监理、及管线单位做好各方面的协调工作, 并积极配合管线单位, 开挖样洞, 核对弄清地下管线的确切情况 (包括标高、埋深、走向、规格、容量、用途、性质、完好程度等) , 并制定切实可行的管线保护方案、临迁措施。
五、基坑施工方法
1. 施工阶段的划分
第一阶段:施工准备阶段, 主要是组织专家对本工程施工方案进行评审、场地临设的搭建、设备进场调试等;
第二阶段:基坑围护工程的止水帷幕三轴搅拌桩、钻孔灌注桩、管井的施工;
第三阶段:基坑土方分区、分层开挖, 支撑梁施工及桩间土挂网喷砼跟进施工;
第四阶段:工程竣工验收完工、基坑移交阶段。
2. 土方开挖施工流程
根据本基坑设计二道混凝土内支撑特点, 以及每道支撑的布置情况及相互净高度, 为加快出土速度, 采取以下办法。
(1) 第一层土体开挖范围是-0.90 (地面) ~-3.70 m (第一道支撑梁底) , 开挖深度为2.8 m, 土方量为50 000 m3。土方车均从南侧 (旺墩路) 出入口进出。根据我方安排, 第一层土方开挖总体出土顺序: (1) 东北角→ (2) 西北角→ (3) 西南角→ (4) 东南角→ (5) 中间土体。开挖第一层土体时, 土方车辆直接开到挖机边, 装土外运。
(2) 第二层土体开挖范围是-3.70 (第一道支撑梁底) ~-9.20 m (第二道支撑梁底) , 开挖厚度为5.5 m, 土方量为75 000 m3。总体出土方向按“对称开挖, 先形成南北向对撑, 后形成角撑”的顺序, 开挖方式为盆式开挖, 即先开挖南北向主对撑下的土体, 待形成主撑后再开挖基坑西部预留土体, 最后开挖基坑东部预留土体。
(3) 第三层土体 (第二道支撑梁底至基坑底挖范围是-9.20~-14.85 m, 开挖厚度为5.65 m, 土方量为80 000 m3。本层土方开挖方式同第二层土方开挖方式。
(4) 基坑土方最后的余土采用两台挖机在基坑底部翻土, 两台抓斗式挖机在坑顶部直接装车外运。
(5) 栈桥下的立柱土方开挖暴露后应及时加设竖向剪刀撑加强。
(6) 第三层土方开挖时, 应与土建单位紧密配合, 坑底暴露面积不大于200 m2。底部土方开挖时, 应对成桩进行保护, 垫层浇筑时间不得超过48 h。
六、工程桩、围护桩、管井的保护措施
(1) 安全教育、技术交底:挖机操作人员进场后除对其进行严格安全教育外, 同时对本工程场地布置情况、工程桩概况及位置、深井井点概况及位置做一次现场详细交底, 让每位操作技师都对自己分区内的现状及需要特别注意保护的成品有一清楚认识。
(2) 专人指挥:土方开挖期间, 每台挖机配备专人进行指挥。指挥人员有项目部下发工程桩位、立柱桩位及深井点位详细图纸交底。抓斗挖土过程中, 当接近桩头或管井20 cm以内时, 指挥人员应给出信号, 让抓斗速度减慢, 缓慢移至桩体位置试挖, 一旦桩头裸露桩体位置明确后, 抓斗沿桩体垂直方向避让10 cm上下落铲, 桩体上余土采用人工清理。
挖土过程中桩体裸露超高部分应及时安排风镐破除, 避免超高破处坠落伤人, 同时提供给抓斗水平旋转足够操作空间。深井井管应随土方开挖进度及时拆管落低, 同时做好点位醒目标识。
(3) 夜间照明:夜间施工期间, 除相应人员必须在岗外, 还应配备足够照明, 同时挖机技师应轮班作业, 避免疲劳操作造成安全隐患。
七、施工效果
在基坑及土方开挖期间, 从监测数据反映, 基坑东、西、北三侧最大的位移量仅18 mm;基坑南侧最大位移量仅为8.2 mm, 均在安全范围之内。在整个基坑施工过程中, 未出现一次基坑渗漏、位移报警等险情, 基坑施工圆满结束, 经验收基坑工程达到优良。
八、结语
通过本工程的施工, 我方运用科学的施工方法、信息化监控等措施使其对周边环境的影响控制在允许范围内。本文对这一成功经验进行有益的总结, 为今后同类工程的设计与施工提供参考。
摘要：本文以我公司承建的苏州工业园区某基坑围护工程为例, 较详细介绍了软土地区超深基坑的设计、施工、监测的一些关键技术, 以及在施工过程中的注意事项, 为苏州地区相类似的工程提供参考借鉴。
关键词：深基坑,软土,土方开挖,二道砼支撑,管井降水
参考文献
[1]刘国彬, 王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2010.
[2]张雁, 刘金波.桩基手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.
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软土基坑开挖工程施工探讨 篇6
软土地基是由软塑到流塑状态软弱粘性土构成的高压缩性地基。在软土地基中开挖基坑作业,特别是面积大、深度深的,首先应熟知软土的特性。在静水或缓慢流水环境中沉积,经生物化学作用形成的粘性土,称软弱粘性土(简称软土),例如淤泥、淤泥质土、其他高压缩性饱和粘性土等。软土具有触变性、蠕变性、高压缩性、低透水性、沉降不均匀、稳定时间较长等工程性质。软土的触变性和蠕变性对软土基坑边坡的稳定有不利影响。
2 基坑排水、降水方法
在土方开挖过程中,当开挖底面标高低于地下水位的基坑(或沟槽)时,由于土的含水层被切断,地下水会不断渗入坑内。地下水的存在,不但土方开挖困难,费工费时,边坡易于塌方,而且导致地基被水浸泡,扰动地基土,造成工程竣工后建筑物的不均匀沉降,使建筑物遭受破坏。因此,基坑槽开挖施工中,应根据工程地质和地下水文情况,采取有效降低地下水位措施,使基坑开挖和施工达到无水状态,以保证工程质量和工程的顺利进行。
2.1 排水方法
本工程主要采用设明沟、集水井排水法。为确保土方开挖时基坑边坡稳定,使坑内无积水,采取如下措施:
(1)基坑外排水,采取在基坑周围设1.2 m宽散水护坡,将地表水截入场内明沟内,经三次沉淀后,进入城市地下水道。
(2)基坑内排水,采取在基坑底砖胎模侧形成集水沟,在集水沟两端挖掘集水井,具体尺寸如下:集水沟呈倒梯形,上口宽500 mm,下口宽300 mm,低于坑底0.5 m。集水井孔径0.8 m,低于坑底标高1 m,放置潜水泵于集水井内,集水后用潜水泵接软管扬程流至场内明沟内。
2.2 排水机具的选用
基坑排水广泛采用动力水泵,一般有机动、电动、真空及虹吸泵等。
选用水泵类型时,一般取水泵的排水量为基坑涌水量的1.5～2倍。当基坑涌水量Q<20 m3/h,可用隔膜式泵或潜水电泵;当Q在20～60 m3/h,可用隔膜式或离心式水泵,或潜水电泵;当Q>60 m3/h,多用离心式水泵。隔膜式水泵排水量小,但可排除泥浆水,选择时应按水泵的技术性能选用。根据实际水量的大小,决定采用降水机械的台数及型号。当基坑涌水量很小,亦可采用人力提水桶、手摇泵或水龙车等将水排出。
3 基坑开挖支护技术
采用支护开挖(有撑开挖)或放坡开挖(无撑开挖)。根据技术经济效果比较和施工条件选定开挖方案。挖坑前,基坑开挖安全技术交底,施工负责人必须对施工地段进行调查,了解地下设施情况。开工前必须对全体施工人员进行安全技术交底和具体施工地段情况介绍,做到文明施工、安全施工、高效施工。
3.1 支护开挖
使用钢板桩、混凝土板桩、钻孔灌注桩、水泥一土拌合桩、钢筋混凝土地下连续墙作为支护结构。使用H型钢、钢管斜拉锚杆或钢筋混凝土结构作为支撑。
(1)本工程土方工程支护结构采用土钉支护。
(2)土钉墙时采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的结构。它是将拉筋插入土体内部,全长度与土粘接,并在坡面上喷射混凝土,从而形成加筋土体加固区带,用以提高整个原位土体的强度并限制其位移,同时增强基坑边坡坡体的自身稳定性。
(3)工艺流程:作业面开挖→成孔→置筋→注浆→喷射混凝土面层→土钉抗拔力检验。
3.2 放坡开挖
由于边坡过陡而易发生边坡失稳和桩基位移。放坡断面(坡度和高度)根据地质条件通过圆弧滑动分析计算并参考地区经验确定。放坡开挖时,可以采用下述技术措施来保持和提高基坑边坡的稳定性。
(1)基坑降水。增大土体中有效应力,提高土体的有效抗剪强度。
(2)设置防雨棚、防汛墙。防止雨水浸入。
(3)缩小基坑临空面。基坑愈小,其抗滑安全率愈大。
(4)缩短边坡暴露时间。可以减小蠕变位移,降低边坡失稳的可能性。
3.3 施工机械
主要有各种挖掘机、铲运机、推土机和载重汽车等。
4 基坑开挖安全措施
施工前要做好各项准备工作;要有依据完善的施工组织设计和施工方案,必要时还要有专项施工方案和专家论证,按要求分层技术交底;对员工进行作业前安全教育培训,合格后方可上岗;确定坑位后应注意地下设施,开挖过程中遇有电缆管道设施时采取避开或其他保护措施妥善处理。遇有大雨、暴雨、连阴雨时,不得开挖基坑。挖坑人员一定要戴安全帽,挖坑作业时,每个基坑不得少于2人,坑内作业时,坑上必须有人监护,基坑支柱安装前(或基础浇制前)应采取防止行人坠落的安全措施。弃土应距坑边0.6 m以外,堆积高度不得超过1.5m。在挖坑地段,应派专人巡回检查,如发现基坑坍塌或线路状态有变化等情况,立即采取抢救措施。
5 结语
软土基坑开挖工程是综合性和实践性很强的岩土工程,地域性特征明显,软土基坑工程施工应结合地域特征、工程特点和实践经验进行。
摘要：软土基坑开挖工程是一项综合性和实践性很强的岩土工程,地域特征很强,软土基坑工程施工应结合地域特征(如气候状况、环境特征、水文地质)、工程特点和实践经验进行。文中结合实际工程对软土基坑开挖施工中的排水、支护和土方开挖以及施工监测等进行探讨。
关键词：基坑,特性,排水,支护,安全
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深厚软土地区基坑稳定计算的探讨 篇7
深基坑的变形及稳定问题是岩土工程中的两个重要的主题。目前,在深基坑支护设计中,基坑变形验算往往对应于正常使用极限状态,而稳定性问题则往往对应于承载能力极限状态,即稳定性直接决定基坑支护体系能否继续承载,若稳定性无法满足要求将直接导致深基坑发生整体滑动、坑底隆起、突涌等,并严重影响基坑周边环境。因此,在设计中,除应满足基坑正常使用的变形控制外,尚应重点进行基坑的稳定性验算。其中,除应避免因支护结构体系的强度、刚度或稳定性不足引起支护系统破坏外,尚应验算因基坑土体强度不足、地下水作用而引发的基坑失稳。
近年来,随着城市地下空间的加速开发,深基坑深度、规模均不断加大,使得工程难度不断提高,加之管理水平偏低等影响,造成了深基坑事故频发,也引起工程技术人员的重视。
新版基坑规程[1]针对稳定性问题进行了较大幅度的调整,对各类稳定性进行了更加严格的规定,其中包括墙底平面的隆起稳定验算、软弱下卧层顶面隆起稳定验算及绕最下层支点的圆弧滑动稳定验算均进行了明确的规定,并确定了较高标准的安全系数,这进一步说明基坑稳定性验算的重要性。
然而,在实际工程实践中发现,当基坑处于深厚软土场地时,根据新版规程的计算模式,计算所得的墙底平面抗隆起稳定系数及绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数往往较难满足规程的要求,这就要求不断加大围护结构的插入深度,即使是当基坑开挖深度较小时亦不例外。可是,围护结构的插入深度不断加大,基坑造价会不断提高,造成了工程浪费。因此,本文将针对规程中墙底平面抗隆起稳定验算模式及绕最下层支点的圆弧滑动稳定验算模式的规定,结合工程实例,对两类稳定安全系数计算中所存在的问题进行讨论。
2 工程案例计算
2.1 新版基坑规程规定的抗隆起稳定验算内容
1)依据普朗德尔极限平衡理论公式进行墙底平面的隆起稳定验算,计算模型如图1a所示。
2)假定破坏面为以最下层支点为圆心、通过墙底的圆弧形,进行圆弧滑动稳定验算,计算模型如图1b所示。
由图1可知,针对上述两类稳定,深层土体的强度指标对稳定安全计算结果起至关重要的作用,即深层土体强度指标的高低将直接决定稳定计算结果是否能满足要求。同时,在绕最下层支点的圆弧滑动稳定计算模型中,最下层支点平面以上的滑动土条与围护结构、外围土体之间的摩阻力均未予以考虑,且忽略了围护结构的抗弯力矩。
2.2 工程实例计算
选择沿海地区某典型深厚软土场地土层,具体土层分布及物理力学指标如表1所示。
计算工况如下:基坑开挖深度分别取5m和10m,分别对应一道和二道支撑,插入比分别取1.0、1.25、1.5。针对不同的计算工况,抗隆起稳定安全系数计算结果如表2所示。
根据规程要求,对于安全等级为一级、二级、三级的支护结构,抗隆起安全系数分别不应小于1.8、1.6、1.4;;对于安全等级为一级、二级、三级的支挡式结构,以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定安全系数分别不应小于2.2、1.9、1.7。
由图2可以明显看出,在本工程实例的深厚软土场地中,墙底平面的抗隆起稳定安全系数及绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数均难以满足规范的要求。
鉴于此,为了解淤泥层指标提高对抗隆起稳定验算结果的影响,本文针对淤泥层的指标进行适当提高,c值分别取10、12、14、16kPa,φ值分别取10°、12°、14°、16°。针对提高后的强度指标,稳定安全系数计算结果如下:
1)对于开挖深度为5m,设置一道支撑的情况:
(1)插入比为1.0:当黏聚力c≥10kPa、内摩擦角φ≥10°即可满足墙底平面上的抗隆起稳定要求;而当c≥14kPa、φ≥16°时,方可满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。
(2)插入比1.25:当c≥8kPa、φ≥10°即可满足墙底平面上的抗隆起稳定要求;而当c≥14kPa、φ≥14°时,方可满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。
(3)插入比为1.5:当c≥8kPa、φ≥10°即可满足墙底平面上的抗隆起稳定要求;而当c≥12kPa、φ≥14°时,方可满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。
2)对于开挖深度为10m,设置两道支撑的情况:
(1)插入比为1.0:当c≥8kPa、φ≥16°,或c≥14kPa、φ≥14°时,基本可满足墙底平面上的抗隆起稳定要求,但无法满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。
(2)插入比为1.25:墙底进入粉质黏土层,墙底平面上的抗隆起稳定均可满足要求,但无法满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。
(3)插入比为1.5:由于墙底进入相对较好的土层,墙底平面上的抗隆起稳定均可满足要求,但仍无法满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。
通过计算可知,当淤泥指标较高或墙底进入较好土层时,墙底平面上的抗隆起稳定安全系数满足要求,而绕最下层支点的圆弧滑动稳定则较难满足,尤其是当开挖深度较大时,即使淤泥层指标进行了较大幅度的提高,仍未能满足规程要求。
3 原因分析
3.1 直剪试验强度指标取值偏低
通过上述工程实例的计算,当软土强度指标适当提高后,墙底平面的抗隆起稳定安全系数及绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数均可较好地满足规范要求。
目前,在稳定性计算时,软土通常采用直剪固结不排水强度指标。然而,地勘报告提供的固结不排水强度指标通常并非真正意义上的固结快剪指标,主要原因在于:在常规的直剪试验中,固结时间通常较短,甚至仅进行60min的固结即进行剪切试验,这就造成所取得强度指标并非真正意义上的固结快剪指标,而往往比完全固结后的强度指标低,亦即稳定计算所用的强度参数比实际的土体强度参数小,这必然造成计算所得的抗隆起稳定安全系数偏小,结果偏于保守的情况。
因此,当采用直剪固结不排水强度指标时,应将土体充分进行固结,方可得到较为合理的强度指标。根据已有学者的研究成果[2,3,4,5],在直剪试验中,当预压固结时间大于5～6h时,土体的固结已基本完成,已基本可满足工程要求,即在工程应用时,应尽可能确保直剪试验的固结时间,使得试验指标与实际土体强度指标更加贴近,使得基坑稳定计算结果更加合理。
3.2 深层软土指标取值偏低
在地质勘察过程中,对于深厚的软土层,通常从该层顶面至底面仅按一层土进行考虑,所得的强度指标则取所有试样的平均值,将深层与浅层的试样进行平均,这对于深厚的软土层,将造成较大的误差,对于浅层土,往往其含水率、孔隙比及强度指标较低,而对于深层土,其强度指标则相对较高,采取平均值后往往较大程度上忽略了深层土体强度指标随深度增大的效果,即试验采用平均值的方法将低估深层土体的强度指标,而在进行抗隆起稳定性计算时,深层土体强度指标则起至关重要的作用,故在计算抗隆起安全系数时,若采用强度指标的平均值,将使得计算所得的抗隆起安全系数偏小,结果偏于保守的情况。
因此,针对深层软土地区,在进行地质勘查时,应对深厚的淤泥层进行合理分层,针对不同的分层提出不同的强度指标,从而为后期基坑支护的设计提供更为合理的参数,以保证基坑支护设计更为经济、合理。
3.3 稳定计算模型偏于保守
新版规程的抗隆起安全系数计算模型中,针对墙底平面的抗隆起稳定安全系数和绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数的计算均只考虑计算面以上部分土体的自重及坑外超载,而对计算平面以上的滑动土条与围护结构、外围土体之间的摩阻力均未予以考虑。同时,针对绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数的计算,除上述摩阻力未考虑外,尚未考虑围护结构在墙体转动点处的抗弯力矩,这也在一定程度上造成计算结果偏于保守。
因此,当相关地方经验较为丰富时,可适当考虑计算平面以上的滑动土条与围护结构、外围土体之间的摩阻力,并适当考虑围护结构的抗弯力矩,可更为合理地进行围护结构设计。
3.4 坑内工程桩的影响
根据抗隆起稳定性的计算模型可知,在计算抗隆起稳定安全系数时,没有考虑基坑内工程桩的影响,而事实上,当基坑发生隆起滑动破坏时,坑内工程桩将起到有利的阻滑作用,尤其是对于绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数的计算时,坑内工程桩与围护墙类似,将提供一定的抗弯力矩,对抵抗隆起滑动起到有利的作用。
因此,在围护结构设计中,尤其是对于窄条形基坑,且坑内工程桩密集的深基坑工程,可适当考虑工程桩对上述稳定性的有利影响。
4 结语
在深厚软土地区,当采用直剪固结不排水强度指标进行基坑抗隆起稳定验算时,应取土体充分固结后所取得的强度指标,且应对深厚的软土层进行合理分层,提出随深度变化的分层强度指标,从而为基坑支护的设计提供更为合理的参数。此外,当地方经验较为丰富时,可适当考虑计算平面以上的滑动土条与围护结构、外围土体之间的摩阻力,并可根据经验考虑围护结构的抗弯力矩及坑内工程桩的影响,从而更为合理地进行围护结构设计。
参考文献
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[2]何群,冷伍明,魏丽敏,等.固结度与加载方式对软土抗剪强度的影响[J].公路交通科技,2005,22(1):29-32.
[3]魏汝龙.三轴和直剪试验的固结快剪指标[J].大坝观测与土工测试,1998,22(1):23-25.
[4]陈秀云,陈春芳,楼希华,等.土工试验中的几个问题探讨[J].科技通报,2012,28(9):50-53.
软土深基坑支护结构设计实例 篇8
1 工程概况
拟建工程位于宁波市北仑区,场地东侧紧挨裙楼,裙楼东侧则为邻近的小区,南侧为综合实验楼自身场地的空地,西侧为长江南路,西北端有河道穿越,现已回填。地下室为1层,基坑开挖面积共约3 630 m2,支护结构总延长米约250;±0.000标高相当于黄海高程5.700 m,基坑周边自然地坪取绝对标高为2.200 m,基坑周圈开挖深度为4.10 m～6.20 m。
1.1 地下室特点
1)基坑开挖面积适中,达到3 630 m2。2)基坑开挖深度适中,基坑四周挖4.10 m～6.20 m,局部存在较大高差;属于Ⅱ级基坑,γ=1.0。3)地下室平面形状较规则,接近于矩形。4)工程桩为钻孔灌注桩,周边裙楼则为预应力管桩。
1.2 土层分布情况
本工程的土层分布情况为:1)场地内土层分布总体比较均匀,地质起伏比较平缓,各区之间土质差异不大。2)对基坑围护影响较大的②层为淤泥质黏土,分布均匀,物理力学性质较差。埋深2.2 m左右,层厚平均约9 m,坑底基本位于这层土当中。3)场地内土性较好的⑤-1层埋深较浅,埋深平均约为11.5 m,层厚8 m左右。支护桩进入到这层土当中,由于这层土埋深相对较浅,这对于减短支护桩桩长,防止支护桩踢脚,减小桩身内力都非常有利。4)基坑的西面及西北角有老河道穿越(河宽约16 m,现已回填)。
1.3 周边环境情况
1)基坑北侧距离用地红线约为14 m。2)基坑东侧紧邻同期建设的B区裙楼,距离不足1 m,其工程桩为预应力管桩,需重点加以保护。3)基坑南侧距离同期建设的C区附楼有60 m,在施工期间,中央空地可以作为施工场地。4)基坑西侧距离用地红线约为9 m,西侧中部有一间配电房,距离基坑边约3.5 m,需加以保护。用地红线外侧则为长江南路。
2 基坑支护形式选取[3,4]
目前在宁波地区常用的基坑围护形式有水泥搅拌桩重力式挡墙加放坡、排桩加内支撑、排桩加土锚杆、双排桩门架式、悬臂式排桩支护等。当四周场地空余,变形要求不高,基坑开挖深度较浅时,可以采用水泥搅拌桩重力式挡墙加放坡;当基坑开挖深度较深,或四周场地紧张时,往往采用排桩加内支撑的支护形式;若基坑开挖面积非常大,周边场地又不是很富裕,排桩加内支撑形式的造价会非常高,显得不合理,这时排桩加土锚杆、双排桩门架式、悬臂式排桩支护等支护形式可以发挥其不做内支撑的优势,成为设计人员的首选。
2.1 方案一
南侧为排桩加单道钢筋混凝土内支撑体系,北侧为水泥搅拌桩加大放坡的支护体系。由于基坑北侧挖深较浅,且周边场地较空旷,因此在北侧采用水泥搅拌桩结合放坡的支护结构形式。基坑南侧为主楼区域,由于开挖较深,周边环境较复杂,西侧有一配电房,东侧则有B区裙楼的工程桩需保护,因此该区域采用排桩加单道钢筋混凝土内支撑的支护结构。支护桩采用ϕ600的钻孔灌注桩。平面支护体系:由于基坑比较规则,支撑体系采用比较常规的角撑体系,角撑体系受力明确,施工经验丰富,可分区分块拆撑。 竖向支护体系:1)在基坑北侧,充分利用良好的场地条件,将水泥搅拌桩的桩顶标高降至自然地坪以下3.00 m,桩顶以上部分采用大放坡的形式,尽量减少坑边荷载,提高支护结构的安全性,降低造价,如图1所示。2)在基坑南侧,为了提高支护结构的安全性,尽可能减小支护桩桩身内力及支护结构变形、降低造价,同时充分利用周边场地,将围梁面标高降至自然地坪以下1.5 m,如图2所示。3)支撑区域支护桩的桩端均进入土性相对较好的⑤-1层,以减少踢脚现象、减少基坑底隆起变形。
2.2 方案二
水泥搅拌桩重力式挡墙结合放坡的支护体系方案。考虑到场地比较空旷,为方便施工,方案二在基坑四周均采用水泥搅拌桩重力式挡墙结合放坡的支护体系。竖向支护体系:为充分利用良好的场地条件,将水泥搅拌桩的桩顶标高降至自然地坪以下3.00 m,桩顶以上部分采用大放坡的形式,尽量减少坑边荷载,提高支护结构的安全性,降低造价。方案一与方案二比较:排桩+单道钢筋混凝土内支撑体系刚度好,基坑整体稳定性高,变形相对较小。对于保护西侧配电房及东侧B区工程桩非常有利。水泥搅拌桩加放坡支护体系刚度小,变形相对较大。基坑南侧深度较深,环境复杂,场地较小,采用水泥搅拌桩的经济性优势不明显,且变形较大。最后经过专家方案论证以及业主自身的考虑,选择了方案一这种组合支护结构形式。
3 地表及坑底降排水措施
1)沿基坑外侧1 m左右设排水明沟,并根据实际情况每隔20 m左右设地表集中排水井。2)基坑内根据实际施工情况设纵横向排水沟,并每隔20 m左右设坑底集中排水井。做好基坑内外有组织的排水工作,确保基坑内土体不受水浸泡。
4 防渗漏及止水措施
1)按设计要求设好放坡区土体面层,并在基坑外侧地表设80厚C15防水混凝土面层,避免地表水大量渗入基坑。2)围梁四周杂填土用黏性土换填夯实,以防杂填土内的孔隙水大量渗入基坑。3)基坑挖土施工过程中若发生漏土现象,立即把相邻桩间清理干净,用块石、砖、砂浆砌堵缝或模板灌浆。
5 应急措施
1)在水平围梁上增设钢管对角撑或斜撑。2)在水平变位最大部位设型钢围檩,并设钢管对角撑或斜撑。3)在基坑外侧卸土或坑底设支撑板带及围檩。4)编织袋装碎石在坑内快速回填。5)为确保基坑及其周围建(构)筑物的安全,需备有一定数量钢管、编织袋等应急用材料。
6 基坑开挖
1)板底垫层施工完毕后,方可二次开挖地槽至承台及地梁底标高;开挖时要求分段挖地梁、间隔挖承台,且边挖边设垫层及砖模,并做好支撑板带。2)挖土以机械为主,人工为辅,底板底以下土体必须用人工开挖。机械挖土至设计标高后,立即进行人工修土和设垫层,并必须在12 h内完成。3)在用机械挖土时必须注意,挖土深度严禁超过设计标高,不得损坏工程桩、支护桩、围梁、支撑及立柱;避免扰动开挖面以下的坑内土体。4)坑内土体开挖时不得留陡坡,以免基坑内土体滑移而引起工程桩偏位。5)基坑内挖出的土方及时外运,基坑四周卸土范围内不得堆载,否则会使支护结构变形过大,危及基坑安全。6)基坑挖土施工应做到“五边”施工,即:边挖、边凿、边铺、边浇、边砌,保证基坑土体不长期暴露,确保基坑稳定。
7 结语
目前本工程已顺利施工完毕,现场监测的实际位移都达到了预先设定的要求。综合分析本工程的设计与施工过程,可得到如下结论:1)对四周环境条件复杂的情况,充分发挥各种支撑体系的优点,可以使得基坑的设计更显艺术性。2)基坑挖土的合理与否,是保证基坑施工顺利完成的重要因素,通过监测数据的反分析,可以指导和安排施工顺序和施工进度,达到基坑开挖的动态信息化施工管理的目的。3)由于宁波属于软土地区,土体具有蠕变性,土体位移产生递增的过程,所以垫层、底板施工要及时跟进,方能减小围护结构的侧向位移,保证基坑的安全实施。
摘要：结合某软土深基坑工程的设计,探讨多种支护形式在深基坑工程中的实践与应用,通过发挥不同支护形式的优点,合理解决基坑设计时所面临的问题,得出了一些对类似工程有一定参考意义的结论。
关键词：基坑,组合支护,内支撑,土方开挖
参考文献
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