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基坑开挖与降水引起相邻地表沉降实例分析

329 2021-11-16 09:45:12

1.工程简介

工程 A 位于南山大道以东,学府路以南,总建筑面积为66842m²。共有地下室2层,地上28层。总建筑高度为98.7m。1~3 层为裙房,4 层以上为标症层住笔.共分为A、B、C二个塔楼。塔楼基础采用人工挖孔桩基础,桩身直径从1.4~2.4m,下部扩大头部分为2.0~4.8m,有效桩长为40.0~45.0m,共88根。单桩设计承载力为 10000~53000kN,裙房基础则采用 φ480灌注桩。 ±0.00 以上采用框架剪力墙结构。

工程 B位于南山大道以东,学府路以北,总建筑面积为66094.9m²。共有地下室1层,地上31 层,总建筑高度为104.5m。1~3层为裙房,将南、北塔楼联成一体,4层以上为标准层住宅。塔楼、裙房基础采用预制方桩,桩基情况见表13.9-5。±0.00以上采用框架剪力墙结构。

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桩基于1991年10月开始施打,同年12月24 日全部打完。现场静荷载试验结果见表13.9-6。桩基试验结果显示所有试桩均达到设计要求并有一定的富余承载力。

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两工程所在场地地质情况自上而下描述如下;

(1)人工填土层∶灰黄~灰褐色夹少量紫红色和灰白色。由粘性十组成。含石英砾砂10%~20%不等,未经压实,结构松散,层厚在0.20~1.90m。

(2)埋藏植物层或耕植土层∶灰褐~灰黑色,含石英砂砾15%~20%;见有树皮、草根、瓦片等杂物,结构松散,层厚在0.30~0.80m。

(3)第四系海陆交替沉积层∶砾粗砂层;灰黄~灰褐色.含粘性土15%~~25%不等。砂的主要成份为石英.饱和,松散~中密状态,场地内普遍分布,层厚3.20~9.40m。

(4)第四系海相沉积层∶

1)淤泥质亚粘土(部分为淤泥质粘土);灰褐~灰黑色。部分质纯面细腻.部分含石英砂砾10%~15%;含有较丰富的有机质,略具臭味,软塑状态,少量为流塑状态。场地内除工程 B 北塔楼及其附近没有外,其余地方均有分布,层厚0.30~4.8m。

2)中砂混粘性土;灰~灰白色,部分为灰黄色夹紫红色。粘性土含量25%~35%;饱和,松散~稍密状态,中砂的主要成份为石英,层厚0.50~3.30m。

3)粗砂;灰黄、灰白、灰褐色杂色,含粘性土 20%~25%;砂的主要成份为石英。饱和,中密状态,场地内自东往西含量逐渐减少,颗粒也由粗粒变为中粒.形成中砂混粘性土层.层厚0.5~3.9m。

(5)第四系残积层∶砂质亚粘土(部份为亚粘土、粘土)∶灰黄~棕黄色,间夹紫红色和灰白色条带,含石英砂砾 20%~25%,局部含量可达 35%;由花岗岩风化残积而成,原岩结构清晰,湿、可塑~硬塑状态,场地内普遍分布厚度在 35.5~49.55m。

(6)燕山期花岗岩∶强风化花岗岩∶灰黄~浅黄色,夹紫红和灰白色条带,裂隙极为发育,裂面平直,部分长石呈砾状,碎石状.层厚在1.0~15.1m.以下为中风化和微风化岩层。岩层深度见图13.9-9"工程 A、B 的基础及地质简况"。

自然水位在原地面下一2.0m左右。

工程 A 与工程B相互平面位置关系见图13.9-8;相互标高关系见图13.9-9。

2.施工情况

工程 B 于1992年2月26日开始第二次挖土(试桩前已挖至原地面下3.0m),同时进行截桩及基坑清理,于4月6日开始地下室底板施工。6月12日施工至±0.00(地下室面板),6月13日至9月8日裙房封顶,以后基本上按每月4层的速度进行标准层施工。北塔楼于1993年 4月底封顶,南塔楼由于工程A 的人工挖孔桩施工引起异常沉降而于1992年10月17日至11月19日停止施工,复工后于1993年5月底封顶,整个工程于1993年12月底竣工验收。

工程 A 于1992年2月开始基坑开挖,于5月10日完成开挖工作,基坑总面积6000m²,挖深6.0m(坑底绝对标高为-2.15m),4月28日开始人工挖孔桩,挖桩顺序 C→B→A.进人7月中旬,C塔楼开始做扩大头,同时开始 A、B塔楼挖孔桩,最后 A 塔楼靠近学府路边有二根桩由于水量较大难于终孔而改成冲孔桩。全部桩于1992年12月7日完成。

由于地下水位较高,含水量较丰,且地区内有二层透水层,故采取2级降水处理。第一级在边坡上人工挖井深 7.0m,D= 800mm,井距 9~10m,共 44 孔降水降至绝对标高-3.2m。第二级在基坑内打φ500mm 降水井深度为7.6~10.66m,共 48孔,井底绝对标高为-9.15~-12.81m.降水从4月19日开始,5月31 日降水完毕,以下采用边抽水边开挖进行挖孔桩施工,单桩内昼夜抽水量约100~150m²。

1992年8月份即发现工程A、B 中间马路有明显的下沉现象。此时工程 B 正在裙房(二楼)施工,9月底发现地下室墙体至裙房1~3 层板出现三条贯通性裂缝.其平面位置如图13.9-10。沉降观测点布置如图13.9-11所示,各沉降观测点观测得的沉降值见表13.9-7。桩基沉降计算结果如表13.9-8所示。

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3.施工现场处理措施

进人10月份,工程 B出现裂缝及异常沉降引起了有关方面的重视,先后多次在现场召开设计、施工、业主及各有关单位技术人员参加的会议。对工程 B 产生裂缝及异常沉降的原因及处理方案进行了讨论。讨论结果认为;

(1)工程 B的沉降呈现南边大,北边小。10月17日工程 B 的北塔楼施工至 10层,南塔楼施工至8层,桩所承受的荷载仅为设计荷载的 20%~25%。此时工程 B发生如此大的沉降,是由于工程 A人工挖孔桩施工,大量快速抽水引起的。对照沉降观测结果与工程 A的施工情况,工程 A抽水量越大,沉降越大,其间有几天工程 A停工时,工程 B 基本上不沉,因而认为工程 B 桩基对周围抽水有着相当敏感的反应。

(2)沉降的原因。一种意见认为,工程 B 的桩都是砂土中的桩,这时桩和桩间土组成"整体基础",由于工程 A 抽取深层水而引起这个"整体基础"下方土的压缩,从而引起工程B 产生异常沉降。另一种意见认为是抽水引起桩周围水的流动或引起淤泥层土的固结而产生负摩擦,从而使单桩承载力下降引起沉降。

当时有关技术部门建议。工程 A 靠近工程B 的一侧打钢板桩或帷幕灌浆做截水墙,但由于透水层太深(绝对标高一20~-42,0m)成本太大,且工程 B 与工程A 同属一家总公司,实际意义不大而没有做。最后建设单位决定采取工程 B 南塔楼暂停施工(于 11月17 日复工),工程 A 抓紧挖孔桩施工。同时。施工中为了减少抽水。此后所有桩改浇水下混凝土,且其最后 A 塔楼的未完成的 18号及 28 号桩由挖孔桩改为冲孔灌注桩施工。

4.桩基沉降估算方法的建议

可以预计,在今后的工程建设中。可能还有大量类似的工程何题。如何在问题出现之前对可能出现的危害作出较为准确的评估,将是一个有意义的课题。

从本工程实例来看.用有限元分析方法分析土层沉降量、用叠代法求解负摩擦引起的沉降的计算结果基本上与实测数据吻合,表明此方法是一个可行的手段。当预计到某一工程的基坑开挖会对相邻工程可能产生不利影响时,建议采用下述步骤予以估算。

(1)对基坑开挖地点作较为准确的抽水试验,以取得涌水量 Q、渗透系数 K 等实测数据;

(2)根据拟定的降水深度 S、计算降水曲线及影响半径 R;

(3)对基坑及被影响建筑物的地质条件作出仔细分析,确定不同层位处的地基土特性一”

(4)选取合适的计算模型描述基坑及被影响建筑物的地基土,尽量简化为平面应力问题并利用对称性;

(5)分析被影响建筑物桩尖地基土层处的变形;

(6)用叠代法确定摩擦零点并计算桩因负摩擦引起的沉降;

(7)把桩尖土层的压缩变形与桩因负摩擦引起的沉降累加为桩基的总沉降.并以此作为评估桩基沉降而引起不良影响的主要依据。

5.结论

(1)大面积降水对桩基会产生不利的影响,对摩擦桩会引起过量沉降。这类沉降一方面是由于桩尖土层因降水引起附加应力产生压缩沉降,另一方面是桩身负摩擦引起的。因此桩的沉降总会比桩尖土层的压缩沉降要大。

(2)当预计到某一工程的基坑开挖会对相邻工程可能产生不利影响时,宜预先取得较准确的地下水文地质资料,估计可能的降水深度及范围,分析降水可能引起的土层压缩及负摩擦对桩基的影响。