欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

复杂环境中的基坑围护结构设计与施工

327 2021-11-23 15:15:25

一、工程概况

华能大厦由厦门华能房地产开发公司开发。拟建场地位于厦禾路 25号地块。即故宫路与幸福路交界处,原厦门五金厂地块。华能大厦主楼 29 层,楼高89.8m,框剪结构,地下室2层,基坑面积为3225m²,开挖深度约8.3m。

二、工程周围环境

该工程基坑周围环境十分复杂,见图1。

image.png

东侧为数幢多层建筑物∶华能大厦筹建处、省四建办公楼、车库、档案室、幼儿园、大板楼住宅等,均为浅基础,对差异沉降敏感,距离红线最近处仅1.3m;南侧红线紧邻幸福路,道路宽度约6.0m,道路另一侧大多为二、三层砖混结构建筑物;西侧红线距故官路9.2m;北侧紧邻厦禾路,为厦门市主要交通干道。

三、工程地质条件

根据"厦门市华能大厦工程地质勘察报告",该拟建场地原始地貌为海滨滩涂,地势南高北低,后经人工堆填改造建设,地面高程为4.00~4.78m,土体自上而下为;①杂填土;全场分布,厚度3.80~5.50m;②粗砾砂混淤泥;局部钻孔有揭露,厚度0.75~1.45m,含淤泥约20%~30%;③淤泥;全场分布,厚度0.40~3.25m,含砂约10%~15%;④砾砂∶全场分布,厚度0.10~1.30m,局部缺失;⑤砂质粘土;局部分布,仅有两个钻孔揭露;⑥残积砂质粘土;全场分布,由花岗岩风化而成,厚度一般为5~10m,靠场地东北角厚度较大,达14.9m;以下为强、中、微风化花岗岩,典型地质剖面如图2。

场地地下水主要赋存于杂填土、粗砾砂混淤泥、砾砂及残积砂质粘土的孔隙中,对混凝土无腐蚀性。

image.png

四、基坑围护方案选择

该方案设计充分考虑到基坑周边建筑物及道路的超载以及水压力对基坑围护结构的影响,在解决围护结构自身的安全稳定性问题时。还要妥善解决基坑周边建筑物及道路在基坑围护结构施工和使用过程中的安全稳定问题,尤其是后者。

针对这一问题。我院会同甲方及多位专家进行讨论,多方案进行比较。认为该基坑采用桩锚围护结构较为合适,对于围护桩,若采用冲孔桩,不但造价高、噪音大、污染严重,而且由于周边建筑物密集。年代久远,大多无抗震设防,幼儿园甚至建在防空洞上,施工时的震动对建筑物损害更大,故选用人工挖孔灌注桩。采用此桩型。关键是要减少挖桩及土方开挖过程中排水引起的地面沉降,保证基坑周边建筑物及道路的安全。首选当然是在围护桩外围设置封闭式高压旋喷止水帷幕,但由于红线紧张,操作空间不够,基坑东、南两侧均无法施工。经研究。基坑东侧采用以围护桩廉后注浆为主。与其他多种辅助手段相结合的方案进行止水。控制建筑物的沉降;其他三侧则采用集水坑排水。

五、基坑围护结构设计

1994年12月至 1995年1月,我院根据场地的工程地质条件以及场地周围环境,经研究比较并数次修改后,采用锚拉桩进行该工程基坑围护,计算依据如下。

(1)土层设计参数标准值如表1。

image.png

(2)基坑东侧按深埋桩模式计算,其余三侧按浅埋桩模式计算,计算简图如图 3。

image.png

(3)根据各土层不同的含水量及渗透性,各土层中的水压力分别作不同程度的折减。(4)根据周围环境及施工的需要。在不同的结构部位考虑施加以下地面超载。东侧取40kPa,西北角车道取 30kPa,其余三侧取20kPa。

(5)土压力采用经典的朗肯土压力计算理论进行计算,预应力锚杆作用点简化为简支点。(6)该基坑围护结构为临时性结构,安全系数取1.4。

根据以上计算依据编制数据文件。通过电算程序计算结果、围护采用一桩一锚的结构形式。考虑到圆拱效应。局部采用两桩一锚。围护桩 153 根。桩径1.0m。桩间距1.4~1.6m,桩长11.7~13.2m,桩芯混凝土标号 C25;预应力锚杆134根,长度25~30m,设计承载力 420~500kN。

六、基坑围护结构及土方施工

受建设方委托,我公司承担了华能大厦基坑围护结构及土方的施工任务。1995年1月至1995年4月,围护桩施工完成,实际施工围护桩 152根。

(1)围护桩开挖。采用邻桩的开挖保持1 ~2m 的深度差,避免在同一层面上的大面积降水,桩间尽量挖通,施工桩孔护壁时填充混凝土以挡水,并在距桩轴线外侧 2m 设回灌井,将挖桩过程中抽取的地下水沉淀后直接回灌,做到随抽随灌,保持基坑外侧地下水位高度。

(2)桩护壁施工时,向基坑外侧预埋1.5m 长的注浆管,如图 4,为保证注浆效果,防止漏浆,上下节护壁间的接缝应密实,待护壁混凝土达到一定强度,且相邻桩的下一节护壁浇捣完成一天后进行壁后注浆,以填充土层中的孔隙,达到止水的目的,注浆采用纯水泥浆,水灰比0.6,注浆压力≤2.0MPa,止水深度至基坑下1m,共注人水泥约200t。在土方开挖过程中,基坑东侧侧壁除局部少量渗水外。无明显漏水,止水效果良好。注浆过程中常出现相隔几个桩孔仍有冒浆现象。一方面反映了土体,特别是杂填土层非常松散,孔隙大,另一方面也反映了水泥浆在一定的注浆压力下的渗透半径很大,有效地填充了土体中的孔隙,对基坑外侧沿围护桩一定范围的土体也进行加固,不但达到了止水、减少建筑物沉降的目的,而且改善了围护桩的受力状况。

(3)东北角围护桩 147~150号施工至 14m左右,桩底残积砂质粘土遇水软化,发生严重的流泥现象,桩孔内流泥最大达1.8m,附近地面沉陷,为防止造成更为严重的后果,该4根桩在12~13.3m孔深终孔,并在每根桩孔内各埋设2根注浆管,延长至桩顶,待桩芯混凝土达到一定强度后进行桩底压力注浆。注浆压力≥2.5MFPa。注人水泥约18t,根据土方开挖过程中的监测数据,实际土方开挖到基底时,该4根桩范围内桩顶位移仅18mm,围护桩未出现任何异常,围护结构是安全的,故未增设预应力锚杆。

(4)1995年5月至7月1日,预应力锚杆施工完成,共施工预应力锚杆145根,合计3634m。

(5)1995年7月,土方开挖,因该场地为原五金厂厂区,存在大量的旧基础及沉管灌注桩,影响施工进度,至8月底,基坑土方施工完成,并浇注 10cm厚混凝土垫层。至此。华能大厦基坑围护工程施工全部完成。施工质量合格,止水效果良好。周围道路及所有邻近建筑物均确保安全。基坑围护结构竣工平面如图5。

image.png

七、基坑围护结构监测

该基坑东侧密排多幢多层浅基础建筑物,其余三侧均为交通道路,对基坑位移及地面沉降敏感。我公司十分重视基坑围护结构的监测工作,施工前对所有的建筑物均进行录像,详细调查记录了原有裂缝状况,并布置桩顶水平位移监测点 29个,道路沉降监测点

image.png

22个,建筑物沉降监测点 85个。对基坑周围 20m 范围内所有的建筑物均进行了沉降监测,为该基坑的施工中提供了大量重要的监测数据。基坑围护桩顶位移及周边沉降监测典型曲线如图6。经过对监测数据的整理分析如下。

(1)围护桩顶最大位移∶东侧44mm、南侧27mm、西侧32mm、北侧23mm,桩顶位移均不大,特别是基坑东侧,在建筑物密集,且距离围护桩最近仅 2m 左右的情况下,桩顶最大位移量控制在44mm,充分证明了围护结构设计安全可靠,显示了预应力锚杆对桩顶水平位移的限制作用,也反映了壁后注浆对土体有一定的加固效果。

(2)东侧建筑物的沉降(以12号点为例)主要发生在桩孔开挖的前 40d,达63mm,之后的 20~30d。沉降发展逐渐趋于缓慢,70d后。东侧围护桩桩芯混凝土基本完成时,沉降量为82mm,在之后的锚杆施工、土方开挖及以后的一段时间内仍保持稳定。另外,土方开挖完成后,东侧基坑侧壁仅局部渗水,这充分说明了通过壁后注浆进行止水的良好效果,保证了建筑物的安全,证明了止水方案的成功。

(3)东侧华能办公楼、档案室及幼儿园平行于围护桩轴线一侧共布置 10个沉降监测点。各点沉降量73~82mm。差异沉降为0.4%~1.4‰∶华能办公楼、档案室、幼儿园、省四建办公楼及大板楼住宅在垂直于围护桩轴线方向布置了7条监测导线,共设 26个沉降监测点,各条监测导线的差异沉降为1.0%~2.8%。建筑物均未产生危害性裂缝。

(4)基坑周边道路的沉降量分别为∶南侧幸福路21~40mm、西侧故宫路10~44mm、北侧厦禾路11~45mm,施工场地围墙内地面沉降量为17~50mm,而东北角20号点由于受147~150号桩底流泥的影响,沉降量达116mm,较之其他各地面沉降点增大一倍以上,地面出现局部沉陷,可以看出,流泥对地面沉降的影响非常大。

image.png

八、体会

(1)该工程基坑围护结构的设计与施工,采用桩锚与壁后注浆的止水措施相结合。不但有效地限制了基坑围护结构的水平位移,而且保证了基坑周边密集建筑物的安全使用,获得了甲方及邻近单位、居民的好评,是旧城区改造建设成功的范例。

(2)完备的监测体系在基坑施工中,尤其是在周边环境复杂的工程中,可有效地预见危险,降低施工风险,是指导施工、确保安全的重要保证。

(3)壁后注浆技术操作简单,占用空间小,造价经济,在基坑止水、土体加固、处理流泥流砂中具有独特的作用。目前正在厦门的多个工程中推广应用。

(4)建筑物对差异沉降较之绝对沉降更为敏感,该基坑周边建筑物虽然最大绝对沉降量达82mm,但其差异沉降量均控制在0.4%~2.8%,基坑施工完成后未发现任何危害性裂缝,因此。基坑周边建筑物的沉降控制应以控制其差异沉降为主,建议控制指标严格按建筑地基基础设计规范执行,一般高度24m 以下的房屋为 3%以内。