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​深圳栖湖花园三期基坑工程

387 2021-01-18 11:42:03



一、工程简介及特点


两层地下室,基坑呈不规则狭长型,周长约1026m,面积约2.58万m²,开挖深度9~11m,基坑安全等级一级。基础桩拟采用预应力管桩及钻冲孔灌注桩。


本基坑尽管深度不深,深级仅为中深,但基坑周边环境、地质条件、施工条件相当复杂,工程难度很大。施工中出现了多次意外,设计变更达30 余次,工程完成后,所有的支护剖面均与原设计均产生 了较大区别。


二、工程地质条件


基坑影响范围内地层自上而下分别为∶


① 人工填土∶褐黄、褐红、灰黄、灰褐等色,主要由粘性土组成,局部夹碎石及建筑垃圾。未完成自重固结、密实程度不均,以松散为主。


② 含有机质粉质粘土∶灰黑,黑色,具腥臭味,局部含少量石英质砂,软塑。


③ 冲洪积粉质粘土∶褐红、褐黄、灰白等色,含 20%左右石英砂,似斑状结构。稍湿~湿,软~可塑。稍光滑,摇震反应无,干强度高,韧性中等。


④ 冲洪积砾砂∶褐黄、灰黄、灰白色,石英质,分选级配良好,普遍混 20%~30%的粘性土,饱和,稍密状。


⑤残积砾质粉质粘土∶褐黄、褐红、肉红色,由下伏粗粒花岗岩风化残积而成,原岩结构尚清晰,含石英砾为 20%~30%。湿,可~硬塑。稍光滑,摇振反应无,干强度高,韧性中等,遇水浸泡易软化。本层与下伏全风化粗粒花岗岩呈渐变过渡关系。


⑥ 全风化带粗粒花岗岩∶褐红、褐黄、肉红色,极破碎,主要矿物成分为石英、长石、黑云母等。岩体基本质量等级为V类。原岩结构基本破坏,但尚可辨认,干钻可钻进。岩芯呈较坚硬土状,手可捏碎,浸水后易软化,可捏成团。与上、下地层呈渐变关系,场地内普遍分布。


地下水混合稳定水位埋深为0.20~9.70m。各土层主要物理力学指标如表1 所示。

三、周边环境


基坑南半部分平面形状如图 1 所示,北半部分略。


基坑东侧北半段外为已建栖湖花园二期,为3~4层别墅,有一层地下室,采用预应力管桩基础,别墅院落外墙距基坑边7.5~9.5m;东侧南半段及南侧外距基坑边7~10m远有人工湖,人工湖的排洪箱涵从东向西穿过基坑,把基坑分成了两半,通过在箱涵下设置隧道相连;西侧红线外30~40m 远有民房和工厂,独立基础;基坑北半部分状况略。基坑红线外各种地下管线较多。


四、基坑围护结构设计方案


选取6个典型剖面。最终形成的竣工图所图2~7所示。其中图4、图5、图7所示的剖面3、剖面4、剖面6原设计采用桩锚支护,放线后发现没有护坡桩施工工作面,遂修改为复合土钉墙支护。基坑不设置降水井,挖土时设集水坑集中排水。


五、设计变更及基坑变形情况


基坑南半部分2010年 10月开始搅拌桩及微型桩施工。排洪箱涵以北 11月开始开挖土方、施工土钉及预应力锚索,2011年3月完成基坑支护作业;排洪箱涵以南 2011年12月开始开挖土方、施工土钉及预应力锚索,2012 年 3月完成基坑支护作业。


(1)剖面1∶原设计开挖深度 8.8m,因承台修改,部分区域加深1.8m,如图2中虚线所示,即开挖深度 10.6m。设计增加一排土钉,如图2虚线所示。但局部区段土钉没有施工。没有增加土钉的区段,在斜坡面上出现了水平向通长拉裂缝,位置如图2所示,宽度十多毫米,坡顶最大位移约 17mm,最大沉降约8mm;增设了土钉的区段,无异常,坡顶位移最大约 9mm,最大沉降约 7mm。


(2)剖面2∶因位置紧张,基坑支护结构表面兼作地下室外墙外模,工程桩(间距 6~8m)与支护桩同排布置,代替相应位置的支护桩。


因有入岩要求,原设计工程桩采用冲孔工艺,支护桩相同。支护桩间设置水泥土桩作为止水帷幕。通常,该水泥土桩为高压旋喷桩,施工完支护桩后再施工。考虑到高喷桩∶①直径难以控制,如果其直径过大可能

会占到地下室外墙位置需要凿除掉,施工不便;直径及施工质量不稳定,容易造成局部渗漏,给地下室外墙施工造成不便 故桩间采用直径固定 质量较为稳定的搅拌桩。

施工完搅拌桩后再施工冲孔护坡桩及工程桩 施工后搅拌桩后,再施工冲孔桩时,因冲孔桩冲击成孔时振动扰民,居民投诉严重,遂停止施工 此时有3种替代方案:人工挖孔桩 钻孔桩及旋挖桩 人工挖孔桩成孔时会造成周边水位大幅下降,通常会对周边环境产生不良影响,本工程已无法为人工挖孔桩设置止水帷幕,考虑到周边民宅多为老房且为农民房,工程质量原本就差,挖孔桩失水很可能会对其造成较大损伤,故弃用;钻孔桩没有工作面摆放桩机,且扩径现象较严重,故弃用;旋挖桩扰民小,所需工作面小,但搅拌桩成桩时间最长已达三 四周,有了一定的强度,旋挖桩需要与其相割,能否顺利成孔,缺乏相关施工经验 最终决定采用旋挖桩工艺 成孔较为顺利,施工速度稍慢,垂直度能够保证,其他施工参数也正常 开挖后观察止水效果,旋挖桩与搅拌桩的搭接大部分尚好,无渗漏,但填土中局部搭接不良,有少量渗漏水 综合分析,搭接不好的主要原因与搅拌桩及旋挖桩定位不准确及搭接宽度较小(搭接宽度50〜100mm)有关 基坑监测结果,坡顶位移及沉降均较小,位移最大约19mm,沉降最大约5mm。另外,填土及含有机质粘土中旋挖桩塌孔现象较明显,有约三成桩因塌孔扩径占用了地下室外墙空间而需要凿除,最严重者需凿除约500mm。

(3)剖面3∶原设计开挖深度 10.5m,因承台修改,局部有承台区域加深 1.0m,如图4 中虚线所示,即开挖深度 11.5m。本剖面因原设计安全度稍大,基坑监测结果变形很小,故没有变更原设计。该剖面后面十几米远即人工湖,估计砂层与人工湖有一定水力联系,剖面开挖后从坡面泄水孔、锚索孔流水现象较为普通,在基坑暴露的一年多,有十几个泄水孔一直淌水,坡脚长期被积水浸泡,300×300 排水沟来不及排水。但基坑侧壁稳定性很好,变形较少,最大位移约 18mm,最大沉降约 14mm。


(4)剖面 4∶ 区段长度较短,仅约 24m,原设计开挖深度 7.6m,因地下室底板标高调整,加深3.1m,即开挖深度 10.7m,设计增加了半排锚索(与土钉间隔设置)及两排土钉。原设计有一排搅拌桩止水帷幕,因没有工作面无法施工被迫取消、开挖后坡面渗漏水量较大。但基坑侧壁稳定性一直较好,最大位移约16mm,最大沉降约13mm。


(5)剖面5∶ 原设计搅拌桩顶部设有 1.5m 宽平台,因位置紧张施工时没有设置。原设计开挖深度9.2m,在没有通知基坑支护设计单位情况下,总承包施工单位自行加深 1.3m以设置塔吊基础。加深开挖后不到一天,就在坡顶现出裂缝、位置如图6所示,位移增加近 20mm,现场急忙进行了回填。后采用工字钢加一排预应力锚索及一排钢管土钉联合加固。加固后重新开挖,基坑稳定,新增加最大位移及沉降不超过 10mm。(6)剖面6∶原设计开挖深度7m,地下室底板标高调整两次,每次加深 0.6m,即开挖深度 8.2m。基坑监测结果最大位移约18mm,最大沉降约 9mm。


六、设计计算


除剖面2外,其余5个剖面均采用了复合土钉墙支护设计,其整体稳定性验算按《复合土钉墙基坑支护技术规范》中相关公式。部分计算参数如图2~7所示及前述,其他计算参数取值如下∶


微型桩抗剪强度工字钢取115MPa,C25 混凝土取1.27MPa;搅拌桩抗剪强度粉质粘土中取350kPa,有机质粉质粘土中取 250kPa;组合作用折减系数预应力锚索取0.7,微型桩取0.3、搅拌桩取 0.5。不计取地面附加荷载。钢筋土钉直径取 100mm,48× 3.5mm钢管土钉外径取80mm,钉土粘结强度回填土中取 25kPa,有机质粉质粘土中取 35kPa,粉质粘土中取45kPa,砾砂中取 80kPa,砾质粉质粘土中取 65kPa。


验算成果如表2所示。

七、基坑监测


基坑监测内容主要为坡顶、周边道路及别墅的沉降、坡顶水平位移及锚索应力。锚索应力在锁定值基础上变化量在5%以内。沉降及水平位移总体较小,各剖面具体数据如上│所述,监测点平面布置及变形曲线图略。剖面3、4尽管失水量较大,但坡顶沉降较小,分析与3个因素有关∶(1)因附近有地下水补充,基坑周边水位下降并不是很多。没有设置水位观测井,但设置在比地表深2~3m处的部分泄水孔在雨季及旱季始终流水,据此判断地下水位下降最多1~2m;(2)基坑外侧没有适合位置设监测点,只能设置在小区道路上,道路路面为混凝土结构,整体性较好,对基坑失水造成的土体沉降不太敏感;(3)尽管填土较厚,但小区道路修建时进行了地基处理,填土性能已大为改观,与基坑内尚未完成固结沉降的填土明显不同。需要说明的是,最大沉降值及水平位移值并不是同一个监测点,各剖面均如此。


八、点评

(1)基坑支护范围内土质总体较差。较差的土层中,设置强度较大的微型桩后,复合土钉墙整体变形减小,稳定性提高,防积水浸泡、防超挖的能力大大增强,作用明显。

(2)按地区经验,这种条件下基坑变形大多为 20~40mm。本工程实际效果好于预期,分析主要原因有二∶第一排预应力锚索控制变形效果较好,基坑外的填土质量好于预期。

(3)剖面1的填土质量不好,但基坑变形也较小,边坡较稳定。设计计算时没有考虑箱涵的影响,视为土体;从实际效果来看,箱涵对边坡的影响是好于将之视为土体的。

(4)复合土钉墙中止水帷幕对止水、治水及减小基坑变形都有一定的效果,但因为强度较低,对基坑稳定性帮助不大。

(5)旋挖桩与搅拌桩搭接形成止水帷幕是迫不得已,但也不失为一种解决实际问题的办法。从效果来看,如果能增加搭接宽度,提高搅拌桩施工质量,应该能够取得更好的效果。



感谢供稿作者:

付文光、卓志飞、张俊峰

(中国京冶工程技术有限公司深圳分公司)