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福州某深基坑开挖对周围的影响

312 2021-11-16 10:31:30

1.前言

由于市区内场地有限,邻近建筑或地下设施多,基坑开挖需设置挡土结构,如果挡土结构破坏,造成边坡失稳,则产生破坏性影响;另一方面,挡土结构位移过大,或由于开挖揭露含水层,抽取大量地下水,也会引起周围土体的大量位移和滑动,从而影响周围环境及本身的工程建设,这是值得引起我们注意的。

在福州市区中北部地区,有巨厚的淤泥层,基坑开挖仅有来自杂填土中的上层滞水,一般水量不大,在这种情况下,挡土结构大量位移是影响周围的主要原因。

福州某工程由两座(写字楼、公寓)高 33层的塔楼组成,有两层地下室,开挖深度达9.5m,开挖面积5500m²,场地土层如图13.9-3所示,围护结构采用钢板桩(拉森桩),桩长15~18m,在深度1.5m及5.5m处设置两道 4580mmn的网格状钢管内支撑,开挖时,挡土结构位移量大,对周围影响十分严重。

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2.周围环境与施工监测

场地东侧偏南 5m 外为两层仓库.木结构。砖围墙。东侧偏北 8m外为八层住宇,框架结构,锚杆静压桩基础;场地南侧 10m外为市区主干道路∶西侧 5m外为小巷∶北侧偏西 6m 外为贮藏间(一层)、门卫房(二层),砖墙,条石基础,15m外及北侧偏东 20m外均为五层住宅、片筏基础;南、西、北各设一台塔吊(见图13.9-4)。

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在挡土结构周围共埋设了11个测斜点,3个土侧压力测试断面,2个孔隙水压力测试断面;周围建筑共布设了 39 个沉降观测点。在基坑开挖过程及拆除支撑梁前后各项目均进行了较完整的监测。3.基坑开挖过程

根据设计要求,本工程分三个开挖阶段;第一阶段用机械开挖 2m深,进行第一道钢支撑施工;第二阶段机械开挖至深度6.3m,钢板桩边留约10m 宽土带,以后人工突击挖掉,并进行第二道支撑安装;第三阶段人工下挖,由中部向四周扩展,最后突击挖掉钢板桩边土带。

但在实际开挖过程中,第一阶段主要沿钢板桩边及第一道支撑梁位置局部下挖 2m,在钢管撑尚未安装完毕时。就用机械进行大规模的第二阶段开挖。且先在场地西、北侧直接沿着钢板桩下挖深达6.3m,不留土带,以后自北向南退挖,有关方面多次干预无效。

第三阶段采用人工分层开挖,仍先挖周边土体,再向中部推进,仅在北侧偏东及南侧中边出土位置留有土带。因而造成了十分不利的影响。

4.基坑开挖对周围的影响

(1)第一阶段开挖时,钢板桩处于悬臂状态,土体位移自下而上逐渐增大,顶部达最大值,虽然仅局部开挖深 2m,但最大水平位移量已达40mm,此时,邻近建筑下沉量<10mm,对周围基本上没有影响。

(2)第二阶段开挖后,土体位移特点发生变化,位移在开挖面深度附近达最大值,顶、底两端水平位移相对较小,该阶段最大位移 77~215mm,场地周围地面出现许多不连续的张裂缝,其走向与钢板桩走向基本相同,宽度3~15mm,邻近建筑下沉量1.9~87.3mm,沉降不均匀,靠近场地下沉量较大,东侧仓库围墙。西北侧贮藏间、门卫房已出现少量裂缝。

(3)第三阶段开挖后,又逢雨季,土体位移不断增大,险情不断发生,钢管支撑端八字撑焊接部位发生十余次破坏.四周土体开裂、下沉、并产生滑动.邻近建筑开裂、下陷、部分倒塌,塔吊倾斜。

a.局部土体快速滑动

一场大雨使场地北侧偏西1号、2号点最大水平位移分别由 311mrm、452mrm 猛增至544mm、650mm,并分别在深度 10.5m 及13.5m 处被剪断,贮藏间下陷达600mm 以上,由此判断该处土体已经滑动,其后第二、第三滑动面已在地面上明显可见(图 13.9-5),门卫房、贮藏间部分倒塌,被迫在该处加设第三道钢管内支撑,此后,土体水平位移仍在发展,至开挖结束后,最大水平位移 760mm,贮藏间下陷 700mm以上。这种快速滑动对周围危害最大。

b、土体缓慢滑动

场地周围大部分土体位移是逐渐增大的,由于位移量大。土体产生了滑动。场地东侧10号点最大水平位移达611mm,仓库西墙下沉627mm.在离场地8m处地面裂缝发生滑动,致使仓库北墙在该处开裂宽达 250mrm 以上(图13.9-6)。此外,场地西侧小巷路面彻底破坏,土体有滑动迹象,围墙错位,这种缓慢滑动主要引起墙体开裂,严重的也会引起建筑倒塌

c、塔吊倾斜

由于土体大量位移,塔吊桩基产生位移,塔吊倾斜,三座塔吊一度不能使用,施工受到严重影响,大大延误了工期。

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d.影响范围

本工程土体位移量特别大(见表13.9-4),地面沉降有明显的特征,因而具有典型的意义。

下沉量最大范围9m 以内,与开挖深度值相近,下沉(或下陷)量最大处发生在4~9m 之间,其值与水平位移最大值相近,而离场地 9m外的地面(或建筑)下沉量比 9m 内的下沉量小得多,为5.0~55.3nam,但如果挡土结构破坏,图 13.9-5中的第二、第三滑动面可能滑动,影响范围可达15m,与钢板桩长度值相近。

值得一提的是;直接沿钢板桩下挖处十体最大位移496~760mm.而场地北侧偏东6~9 号点南侧11号点附近留有土带。最大位移220~327mm。可见开挖方式对挡土结构位移有很大影响。

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(4)拆除支撑梁前,对地下室外墙与钢板桩之间加设许多暗梁,并作了认真的回填,拆除钢管支撑梁只引起土体 2~20mm 的水平位移,影响不明显。

5. 对周围影响大的原因分析

(1)开挖程序不合理

如前所述,本工程未按要求开挖。直接沿围护桩下挖,使桩体过早长期暴露,位移不断发展,位移量必然偏大。

(2)设计计算土压力参数取值不合理本工程基础采用打人式 R.C预制桩,桩长34m,桩断面450×450,总桩数 1230根,桩基刚打完,就开始打钢板桩,,以后,很快就进入开挖,打桩引起土中很高的孔隙水压力,淤泥层中孔隙水压力曾达上伏土重1.3倍,且淤泥层中孔隙水压力很难消散,,开挖前,淤泥层中孔隙水压力占总压力0.59%~71%,实测的静止土压力系数 Kg=0.99,比设计取值高出27%,基坑开挖过程中,随着挡土结构位移量的增大,主动土压力(孔隙水压力)逐渐减小,开挖结束后,土体水平位移速率逐渐减小.土压力及孔隙水压力也趋于稳定或稍有回升(如图13.9-7所示),开挖结束后,土压力系数 K1=0.74。

(3)挡土结构与支撑系统设计不合理

挡土构件用钢板桩,其本身刚度较小,而支撑梁间距又大,因此,钢板桩柔性大,易变形的缺点更加暴露,另外,支撑梁太长(长达100m,宽 45~65m),其本身压缩量大,并在受力后(或在挖掘机碾压下)易弯曲,据监测,桩顶位移一般为60~160mm,最大320mm。

(4)钢板桩入士深度偏浅。

钢板桩入土部分与暴露部分长度比仅0.74~0.9,桩底仍在淤泥层中,故桩底滑移量大,一般为75~130mm。