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深圳某36层塔楼基坑工程

342 2021-01-19 11:13:36


一、工程及场地周边环境概况

该工程占地面积约5.36万m²,由8栋32~36层塔楼及2~3层证楼组成,设2层率~3层地下室。塔楼设计采用人工挖孔桩基础,裙楼采用预应力管桩。场地周边环境如图1所示,西侧为在建鹃龙路。路下有市政管线,道路中间有已建城市地铁轻轨四号线及待建六号线,四号线端承桩基础,基础距离基坑边约23m,北侧为新建成刚使用不久的人民南路、路下有市政管线,东侧为待建市政道路,目前暂为空地。被一些施工单位搭建了临时建筑;南侧为在建市政道路,完成场平及路基层后暂停了;再往南为某在建基坑,深度约 13m,放坡开挖,坡顶与本基坑边线距离约16m。基坑周长约910m,开挖深度9.85~12.05m,安全等级二级。


二、地质概况

拟建场地地貌为残丘、台地及台地间洼地,后经人工活动整平,地形平坦。岩土工程粉察报告揭露场地基坑开挖范围内主要土层有∶

①层索填土∶黄褐、褐红色为主,由黏性土地填面成,偶见碎石、铃块,千~稍湿,结构松散、不均匀,未完成自重固结,该层主要分布在场地北侧,层厚α.4~~16.9m不等。②层第四系冲洪积粘土,褐黄色,稍湿~很混,可塑~硬塑状态,摇振反应无,稍有光静,干强度高,韧性中等。该层在场地内局部分布,层厚0.5~3.0m。

②∶层含粘土中砂;灰、黄褐色等,稍密~中密,饱和,黏性土含量在40%左右,渗透性较差。该层在场地内局部分布,层厚1.1~4.4m。

③层第四系坡积含砾粘土∶黄褐色、褐红色,湿,较均匀含石英砾30%左右,硬塑状态,干强度高。该层在场地内部分钻孔揭露,层厚0.8~10.4m。

④层第四系残积砾质粘性土∶黄褐色、褐红、掺杂灰色,可塑~硬塑状态。稍湿,由粗粒花岗岩风化残积而成,矿物成分除石英外均已风化为土状。该层层厚差异1.1~30.2m。

⑤,层燕山晚期侵入全风化花岗岩,褐黄色,矿物成分主要为石英、长石等,粗粒结构.块状构造,原岩结构尚可辨认,风化裂隙极发育,师长石晶形完整,手捻具砂感,岩若星土柱状。


地下水主要赋存于人工填上层及各地层的孔隙中,属潜水类型,主要补给来源为大气降水、地下径流。排泄途径为地下径流及地表蒸发,稳定水位埋深0.30~3.20m。场地西侧地层如图 2所示。其余各侧地层如各剖面图 3~8。


三、基坑支护设计概况

设计采用桩锚支护,桩问设旋喷桩止水帷邪。西侧、北侧、东侧北半段填土深厚,设计两层预应力锚索,按填上厚度,两桩一锚或三桩两锚,见图3~图6所示剖面1~5;东侧南半段及南侧几无填土,土质较好,设计一层锚索,两桩一锚,见图7、图8所示剖面 6~8。图中虚线所示锚索及西北角支撑原设计没有,是出现险情后增加的。因深圳市规定不允许锚索伸人到地铁及轻轨地下结构物3m范围内,而且南侧离在建基坑较近,锚索长度也不能太长,故采用了扩大头储索,以期缩短辅索长度。锚索正式施工前进行了基本试验,做了两组,每组3条,采用机械扩孔工艺,有关单位提供的锚索基本试验报告中填土中锚索抗拔力能够达到设计值700kN,粘性土中能达到 500kN。

四、基坑支护施工过程概况

基坑开挖阶段场地较大,工期较紧,基坑四周进行护坡桩施工的同时,基坑中间开挖土方 护坡桩采用旋挖工艺 3月中旬,旋挖桩开始施工 4月初,施工到西北角,图1中W1点附近某条桩挖到7m 后有爆孔现象,挖出的土为流翔状粘性土,加大泥浆比重后能够进尺,但进尺缓慢,且地面及旋挖桩机有下沉现象,需要铺设钢板垫后能挖机才能正常作业∶成孔后浇液混凝土,超灌严重。向东跳挖一孔,有类似现象。经酰挖探明。西北角向东约75m(至图1中 W4点附近)、向南约100m(至图1中W38点附近)范围,旋挖桩约7~11m深度有流泥涌入桩孔,很难进尺;混凝土超灌严重;正常情况下一台旋挖桩一天可生产8~10条桩,但此处仪能生产2~3 条桩。研究后决定采用钢套筒护壁,采用吊车带激振锤下沉及拔起,深度超过流泥底 1m,灌注完混凝土后再拔出。措施效果明显,施工正常。但有了条桩受前桩超灌混凝土塌孔影响无法成孔,其中4 条在W40~W42之间靠近 W41附近。设计曾要求未施作支护桩处用旋喷桩及土钉墙补偿,但因种种原因没能执行。


基坑开挖后发现,此区间存在大量流泥,取水样进行了化学分析,PH 值 5.62,判断是邻近地铁轻轨桩基础施工时所排放的泥浆。一年多前四号线地铁轻轨桩基施工时场地西北角尚为洼地,桩基采用冲孔工艺,产生了大量的泥浆,大部分直接排放到了这里,后来又回填了粘性土。这是后话。因种种原因,勘察报告没有查明这种情况,没能提供准确地质状况,为后来的基坑险情理下了隐患。


基坑监测项目有桩顶位移、沉降、管线处地面沉降、锚索应力、水位、桩身倾斜、轨桩承台的沉降及位移等,位置如图1所示。为图面清晰,图1中只示意了部分典型监测点。4月中旬,基坑开挖施工第一层锚素,基坑监测结果正常。5 月下旬,南侧锚索完成张拉、开挖下一层土方,西侧、北侧开始施工第二层锚索,位移增速较快,到5月底,南侧中间 W26~W32 段、西北角 W41~W2 段位移已达 30~50mm。其余处位移较小。西侧$南端第一层锚索应力增长迅速,增加了约240kN。但总体沉降较小,最大点为北侧中间偏西处 GX4点,约14mm。车道设置在场地东侧北半段 HJ 段,车道顶约在 W12 与 W13 点之间,计划在基坑支护及工程桩完成后最后开挖。


6月中旬,西侧、北侧施工完第二层锚索,尚未开挖最后一层土方,南侧及西侧南半段已基本开挖到底,东侧南半段正在开挖最后一层土方。南侧 W26~W32 段、西北角 W41~w2 段位移已达50~6mm; 西北角偏南处 GX19 及GX20点(约在4 条未施工支护桩附近)沉降迅速上升,已超过50mm,相应处的 S6点水位下降达3.3m; 西北角偏东段及东侧南半段位移也超过了30mm;锚索应力增加较多,其中西南角锚索应力增加了约 220kN.西侧靠南端增加了 230~260kN,南侧西段及西侧普遍增加 100kN以上,锚索总体应力水平普遍在 300~400kN 之间。


工程各方召开了第一次基坑工程安全专题会。设计认为,除了填土深厚、松散欠固结外,还有一些其他因案导致了变形较大,①为了赶工期,支护桩尚未达到设计要求的 15天龄期,第一层锚索未按设计锁定在 500kN,只是简单镇定在 100~200kN就开挖土方,导致桩顶水平位移较大;②除了位移引起沉降外,近日连续下了几场暴雨.用水作用下填土更加松软及产生固绪沉降;③支护桩施工时曾产生较严重的塌孔现象,水土流失严重.导致地面大面积下沉,④人民南路及腾龙路路基未经过深层处理,只是表面碾压,路基本身要发生自重固结。由于西、北侧第二层锚索尚未张拉发挥作用。设计认为暂不需要采取加固措施,要求对南侧、东侧南半段锚索进行二次补偿张拉,加强监测、做好排水工作。之后召开了第二次基坑安全专题会,请深圳市基坑工程专家对基坑安全及设计处理意见进行了咨询评估。专家组基本同意设计意见。因搭设脚手架较慢等原因,锚索补偿张拉工作7 月中甸才完成。


7月中下句,除了东侧近北端HJ段留置车道外,基坑全部开挖到底,挖孔桩开始大面积施工。此时之前大部分基础预应力管桩已完咸,南侧部分区域已经开始挖孔桩作业。看不出管桩施工与基坑变形之间的关系,可认为基本无影响。考虑到挖孔桩施工降水对周边环境的不利影响,工程各方对是否改变桩型进行了几次研讨。因其它桩型长度较长、施工难度大、质量难以保证、工期较长等原因,最终还是采用了挖孔桩工艺。


此时∶①基坑开挖到底,证实了西北角附近坑底有一层如前所述的泥浆,厚度及标高起伏较大,软塑~流塑状。西北角大部分区域分布,最厚约4m;②锚索抗拔力检测报告表明,约15%左右锚索抗拔力达不到设计要求,多集中在第二层,西北角较多,极限抗拨力最低的仅 350kN;③支护桩抽芯检测报告表明,少量桩混凝土强度达不到设计要求的 C25;④因部分支护桩在采取钢套筒之前湖孔严重,导致多处支护桩坍塌处连成一团,桩间旋喷桩无法成孔没有施打,填土段桩问漏水漏泥现象较多;⑤南侧、东侧南半段已完成锚索二次补偿张拉,但效果不明显;⑥基坑监测情况;南侧 W26~W32 段、西北角 W41~W2 段位移普遍已达 60~70mm,最大位移点如南侧W29、东侧的W16及WI9等,已超过90mm,东侧南半段已变成了位移最大区域∶西北角 GX19及GX20 点沉降已达 70mm,附近 C点最大沉降约为40mm;GX2、GX3沉降也超过45mm;南侧及东侧南半段位移增幅很大,但沉降增加不多,除个别点外,一般不超过 30mm; S6 点水位下降约 4m;除了二次张拉造成锚索应力上升较大外,其余锚索应力变幅不大。

考虑到以上种种因素对基坑的不良影响,召开了第三次基坑安全专题会,决定对西北角、南侧西半段、东侧南半段三处变形较大区域进行加固;①西北角,约剖面3区域,采用单层钢管角支撑加固,在桩膜冠梁标高进行加固,如图1所示。同时从支撑边向东向南各延伸40m、在已施工两层锚索之间再增加一排锚索,锚索采用普通随工工艺;②东侧南半段,剖面6部分区域。KLM段增加一排预应力锚案;③南侧西半段,剖面7部分区域及剖面8 区域,从西端向东至约 B745 点东10m,增加一排预应力锚索。增加的锚索如剖面3 及剖面6~8图中虚线所示。因深圳市8月12日-8月23日名开2011年第26届世界大学生运动会,受其影响,7月底以后除基坑加固工程外,场地内的其它工程陆续停了下来,直到8月底。在此期间,基坑位移基本稳定,沉降继续增加但速率减缓,地下水位及锚索应力正常波动。


2. 挖孔桩基础施工阶段


8月中下旬,基坑加固完成。8月底,工地开始恢复施工,挖孔桩作业大致从南向北展开.同时,HJ段处车道处土方开挖。南半部分挖孔桩桩长较短,一般10m多,以中风化岩为持力层,对基境影响不大,位移及沉降增加不多,挖孔桩结束后即稳定。随着挖孔桩作业面向场地北侧靠近,北侧沉降加速,北半部分挖孔桩桩长较长,一般 20m多,受其影响,9月下旬以后,基坑北侧位移又开始增加。9月底,人民南路开始出现与基坑侧壁走向大致平行的裂缝,位置大致位于缩索的尾部。到10月中旬,北侧东半段及西侧北半段大部分C点沉降达到150~180mm;大部分G点沉降达到170~220mm;大部分W点位移70~85mm;水位下降6~7.4m;但锚索应力变化一直不大,以后也基本再无变化;地铁四号线基础无沉降。北侧西半段位移及沉降也增加较多。10月中上句,人民南路又出现了1~2道裂缝,大致与基坑侧壁走向平行,分别距离基坑边约 10m、45m左右;


腈龙路也出现了一道与基坑侧壁走向大致平行的裂缝。于是 10月份连续召开了第四、五、六次基坑及周边环境安全专题会,第六次邀请了深圳市几个岩土工程专家参加。儿次会议形成了以下结论,①沉降大增的主要原因是人工挖孔桩施工降水,综合判断不会对基坑安全产生较大影响,基坑位移增量不大,是处于安全状态的;②沉降不会对地铁四号线产生不良影响;③道路及人行道裂缝先进行灌缝处理,工程完工后统一修复;④人民南路有给水管道,密切关注沉降对给水管道的影响,对其增加监测点进行监测∶尽快与水务部门联系,开挖检查管道接头处的沉降情况,以判断管道是否开裂,并采取措施对其进行保护。⑤先暂停A-3#塔楼人工挖孔桩的施工,并利用其现有桩孔作为其它栋号挖孔桩施工的回灌井。继续加强对基坑西北角的监测。如后期基坑的变形和沉降趋于稳定,则可以集中力量最后进行A-3#塔楼人工挖孔桩的施工。如A-3#塔楼人工挖孔桩暂停施工后 2~ 3周内沉降数据仍不能趋于稳定,则考虑将 A3塔楼桩基型式修改为冲(钻)孔灌注桩。


11月中上旬,基坑位移基本停止,西北角W41~W2段最大位移约100~110mm,越向东、南越小;沉降继续增加,但速率减缓,最大值已达240~310mm;最大水位下降超过8m,但也趋于稳定。水务部门将供水管接头处挖出检查,供水管没有破坏.I1月下旬,召开第七次基坑与周边环境安全专题会,决定抓紧时间把剩余的挖孔桩完成。12月初,所有挖孔桩完成,沉降遂停止,最大值达336mm。


还有一些情况需说明∶①6、7月、约W16点处桩问间发生过几次漏泥漏水现象,基坑外离坑边一米多远地面塌陷个大坑,受其影响,该处附近沉降及位移有所增加。后用砂将坑填满。②HJ段车道挖除时,因工期很紧,与西侧南端类似。锚索未达到设计抗拔力就开挖,第一层锚索受力约250kN,第二排仅约 150kN,导致此处位移很大,W12点位移最后高达l21.9mm,全场最高。

上述经过总结如表2。




五、基坑监测成果

基坑典型监测点位移 沉降 锚索应力 水位下降及桩身倾斜监测情况如图9〜图16所示,其平面位置如图1所示

六、点评

尽管没有失事,但出现了如此之大的险情,而且进行了加固,严格来说本基坑工程是不成功的,可以总结出几点经验及教训:

(1) 泥浆对基坑变形的影响。尤其是对沉降的影响巨大,北侧填土均较厚且厚度相差不大,但东半段沉降量最大仅约100〜120mm,约为西北角的1/3西北角为全场地受泥浆影响最严重区域,挖孔桩作业过程中的降水,造成泥浆中含水虽下降、逐渐固结,产生大幅沉降;同时,土体沉降对锚索造成一定不良影响,勘察时未査明该层泥浆,险些造成工程事故。

(2) 赶工期,不按图纸及相关规范要求施工,锚索未达到龄期就张拉锁定,开挖下一层土方,是位移偏大的一个重要原因。

(3) 施工质量令人怀疑,主要指部分锚索应力达不到设计要求,从锚索应力监测结果来看,最低的仅约150kNo基坑东侧南半段及南侧原设计一排锚索,对锚索施工质量要求更高。

(4) 设计锚索抗拔力偏高。设计抗拔力较高导致施工较难达到,且填土中锚索应力较大时蠕变较大 釆用较小的抗拔力 增加锚索数量效果应该更好一些。

(5) 人工挖孔桩作业的降水对周边环境影响较大。南侧几无填土,挖孔桩作业影响较小,最大沉降不到40mm;北侧填土深厚,尤其是泥浆分布。挖孔桩作业是沉降很大的主因。



感谢供稿作者:

付文光、张兴杰、姜琦

(中国京冶工程技术有限公司深圳分公司))

本文仅供学术经验分享之用

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