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钻孔灌注桩—深层搅拌桩咬合支护结构在南京某基坑工程中的应用

278 2021-01-12 13:04:37



一、工程概况


常府风华苑工程位于南京市白下区常府街,城佐营和申家巷之间。北侧拟建一幢28层商住楼,设两层地下室;南侧拟建三幢9层住宅楼,设一层地下室。整个高层和多层之间地下室均连成一体,基坑形状大致呈矩形,南北长约 120m,东西宽约 12m。北侧 ABCD段开挖深度为9.4m,局部电梯井处挖深 12.7m; 南侧 AL、DE、FG和JK 段开挖深度为7.9m;EF、GHI】和 KL段开挖深度为5.9m。建筑物采用钢筋混凝土框剪结构,基础形式采用钻孔嵌岩灌注桩。

地下室距离常府街一侧的红线为3.2m,东、西两侧距红线4.0m,东侧红线外 11.8m处有一排1~2 层居民住宅楼,西侧15.0~16.0m处为5层住宅楼,西北侧34.0m处为 28 层商住楼,南侧 15.0m 处为5 层住宅楼(见图1)。

二、场地工程水文地质条件

拟建场地位于秦淮河漫滩之上,场地原为居民区,地面高层为 9.22~10.32m。场地岩土层分布自上而下为∶

①-1杂填土∶灰褐色,松散,由碎砖、碎石及混凝土块、粉质粘土填积,层厚 0.5~2.5m; ①-2素填土∶褐灰~灰色,软塑,由粉质粘土混少量碎砖、碎石填积,厚约0.3~3.2m; ①-∶a淤泥质填土∶灰黑色,流塑,夹有碎砖、腐植物,分布于暗塘之内,厚约 0.4~2.0m; ②-,粉土∶褐灰~灰黄色,稍密,夹薄层流塑粉质粘土,厚约 0.4~2.8m;②-2粉细砂∶灰黄色~灰色,稍密,夹薄层流塑粉质粘土~粉质粘土,厚约0.9~5.3m;②-2淤泥质粉质粘土∶褐灰色,流塑,含腐植物和贝壳碎屑,厚约4.9~8.0m;③-粉质粘土∶褐黄~灰黄色,可~硬塑,厚约 7.2~11.5m;③-∶粉质粘土∶绿灰~灰色,软~可塑,有光泽反应,干强度、韧性中等,埋深 22.0~29.4m,厚约 10.2~13.3m.

地下水分布主要为浅层潜水,主要赋存于上部填土层、粉土层、粉细砂层及淤泥质粉质粘土层中 填土层 粉土层和粉细砂层透水性好,富含地下水;淤泥质粉质粘土层虽饱含地下水,但透水性弱,给水性差 地下水主要接受大气降水入渗补给,并随季节变化,潜水水位在地表下1- 3~2. 6m。

场地各土层的物理力学性质指标见表1。


三、基坑支护方案


拟建场地开挖深度为5.8~12.7m,基坑开挖范围所涉及到的土层为填土、砂土及淤泥质粉质粘土,地下水位埋藏较浅,考虑到该地下室围护施工场地窄小,且场地北侧、西侧和东侧紧邻道路,路两边均有住宅,南侧也有住宅楼,为保证周边道路、建筑正常安全使用和本工程地下结构的顺利施工,要求围护结构设计应满足稳定性好、沉降位移小,并能有效地止水的效果。


综合考虑现场的周边环境、道路及岩土层组合等条件,为尽可能避免基坑开挖对周围建筑物、道路的影响,确保地下空间满足业主要求,本着"安全可靠,经济合理,技术可行,方便施工"的原则,经过细致分析、计算和方案比较,本工程支护方案选用下列形式∶


整个基坑以钻孔濯注桩一深层搅拌桩咬合支护结构作为挡土结构兼防渗帷幕,咬合J哆式见图2 南侧挖深5.9m (图1中EFKL区段和GHIJ区段)和7. 9m处(图1中DELA区段和FGJK区段)钻孔灌注桩分别为^700mm@ 1100mm和^800mm@ 1200mm,主筋选配 9 至 22mm (HRB335)和 10 吏 25mm (HRB335),桩长 13.0m 和 15. 0m,混凝土标号C30,设单层500mmX700mm钢筋混凝土支撑(见图3a、b);北侧挖深9.4m处(图 1中ABCD区段)钻孔灌注桩01OOOmm@ 1400mm,主筋选配14亜25mm (HRB335),混凝土标号C30,桩长18.0m,两层支撑,上层为500mmX700mm的钢筋混凝土支撑,下;层为0610mm壁厚12mm的钢管支撑,深层搅拌桩为双轴双排^700mm@1400mm,桩长14.0m (见图3c)。深层搅拌桩为双轴双排^700mm@1300mm和g700mm@ 1400mm,桩 长12.0m (见图1〜3) 由额定功率90kW的SJB~2型深搅桩机成桩,采用32. 5级普通硅酸盐水泥,水泥掺入比为15%, 水灰比0.5 正式施工前进行了水泥土早龄期强度试验,土性为素填土的水泥土,适宜咬合时间为Id; 土性为粉细砂 淤泥质粉质粘土的水泥土适宜咬合时间为3d,综合确定合适的咬合时间为3d 坑内管井结合集水明排降水。




四.咬合支护结构的监测结果与分析


1.基坑监测方案为了全面及时地反映基坑的安全状况,同时了解咬合支护结构在土方开挖过程中的受力和变形 对周边环境的影响 挡土和止水的效果,对基坑土方开挖实施跟踪监测 内容有:压顶圈梁水平位移监测;周边建筑物和道路沉降监测;支护结构深层水平位移监测;桩身应力监测:挖深5. 9m处的GJ2测点,选择深度分别为3. 5m、5.5m、8.5m。


三个断面;挖深7.9m处的GJ3测点和挖深9.4m处的GJ1测点,选择深度分别为4.0m、 8.0m、12.0m三个断面,每个断面在其最大受拉、受压主筋上各焊接、安装一只钢筋应力计;⑤支撑轴力监测∶选择5个钢筋混凝土支撑断面(1-1',22'……5-5')和1个钢管支撑断面进行支撑轴力的监测;⑥地下水位监测(见图 1)。


2. 监测结果与分析


(1)咬合支护结构变形监测结果与分析 

1)压顶圈梁水平位移


压顶圈梁水平位移随基坑开挖深度的加大而逐步增加,随某一工况的开始而快速增长,随工况的结束而逐渐趋于稳定。位移速率随开挖深度的变化呈波动起伏状,水平位移变化快,相应的位移速率波动大;水平位移变化慢,相应的位移速率波动小。挖深5.9m处的最大累计水平位移量为 11.0mm,为开挖深度的 0.186%,最大水平位移速率为 0.9mm/d;挖深7.9m处的最大累计水平位移量为17.8mm,为开挖深度的0.23%,最大水平位移速率为1.5mm/d;挖深9.4m处的最大累计水平位移量为 10.4mm.为开挖深度的0.11%,最大水平位移速率为1.2mm/d。可见,压顶圈梁水平位移和速率均比较小,远小于规范规定的允许值。


2)深层水平位移

各测点的深层水平位移除初始工况呈现悬臂受力状态外,随后各工况的曲线特征均为顶部和底端变形小、中间变形大的"大肚"形;最大水平位移发生位置随开挖深度的增加而逐渐向下移动,与各步工况的当前开挖深度基本保持一致,最终在坑底略上处达到最大值;最大变形速率也随开挖深度的加深逐渐下移,同样在坑底附近达到最大值。


从监测结果看,最大深层水平位移约为压顶圈梁水平位移的2 倍,开挖深度5.9m处的最大水平位移量为 13.4mm(CX3 测点)(见图4),为开挖深度的0.23%;开挖深度 7.9m处的最大水平位移量为29.5mm(CX6测点)(见图5),为开挖深度的0.37%;开挖深度9.4m处的最大水平位移量为24.4mm(CXI 测点),为开挖深度的0.26%(见图 6)。(注∶图4中的工况1∶开挖至-1.85m并架设钢筋混凝土支撑.工况2∶开挖至-5.9m。图5中的工况1∶开挖至-1.85m并架设钢筋混凝土支撑,工况 2∶开挖至-5.0m,工况3∶开挖至-7.9m。图6中的工况1∶开挖至一1.85m并架设第一道钢筋混凝土支撑



2)支撑轴力


不同开挖深度处支撑轴力实测值随挖深的变化曲线见图12〜图14 可以看出,支撑轴力随开挖过程的整体变化趋势,钢筋混凝土支撑的轴力随挖深的加大逐渐增大,并略有起伏,待基础底板浇筑完毕后基本保持不变 在两层支撑处,开挖前期上层混凝土支撑轴力随挖深的加大而逐渐增大,当钢支撑预加轴力后,上层轴力短时间衰减,随后又恢复原先的轴力并保持稳定;而钢支撑在预加轴力后也出现短时间衰减,之后随着挖深的进一步加大逐渐增加,最终保持稳定(图14) 从数值上看,挖深5.9m处的最大轴力为1670. OkN (3-3,截面);挖深7.9m处的最大支撑轴力分别为2133. 2kN (4-4,截面) 和2264.5kN (5-5'截面);挖深9.4m处以及钢支撑的最大轴力分别为1710. 6kN (1-1,截面) 1608. 8kN (2-2'截面)和656. 4kN (对应于2-2,截面下的钢支撑) 将最大支撑轴力实测值与设计值进行比较实测轴力为设计计算值的62. 1%〜72. 3%


(4)地下水位监测结果与分析坑外各测点水位降深随坑内开挖降水深度的增加有所下降,挖深5. 9m处的最大水位下降量在0.4m以内,最大水位变化速率在10mm/d以内 挖深7. 9m处的最大水位下降R为0.54m,最大水位变化速率为14mm/d。挖深9.4m处的最大水位下降豈为0. 97m,最大水位变化速率为17mm/do在整个基坑土方开挖过程中未发生渗漏水的情况,从支护结构基坑内侧的表面效果来看,水泥土均匀,咬合紧密,侧壁和坑底无渗漏和积水现象,达到了理想的止水效果。

五、点评工程实践表明∶


(1)钻孔灌注桩-深层搅拌桩咬合支护结构应用在1~2 层地下室、开挖深度 10m左右的中小型基坑,①具有一定的抗变形能力,能够有效地抑制基坑外侧土体的变形。②对周边环境影响较小,能确保基坑周边建筑物和道路的安全。③能形成有效的封闭,达到理想的止水效果。④经支护造价结算,与钻孔灌注桩支护加两排深层搅拌桩止水的常规方案相比,可节省造价约 15%。但更重大的意义在于采用常规的施工机械和方法,使建设单位获得更大地下空间的要求得以实现。


(2)钻孔灌注桩一深层搅拌桩咬合支护结构的咬合时间和咬合面的施工质量是关键,应用在诸如淤泥质软土和粉土、粉细砂等软土地区的基坑支护中,需要确保咬合桩施工的定位放线准确无误;确保深搅桩和钻孔灌注桩的垂直度,并在合理的时间段里进行咬合施工。



感谢供稿作者:

李俊才(南京工业大学土木工程学院)

陆峰、夏飞虹(南京钟山岩土工程有限公司)

孙剑(南京三环建设发展有限公司)