高层建筑深基坑支护施工技术探讨

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　　摘要：本文结合高层建筑深基坑支护体系及受力特点，对某大厦的基坑支护体系进行分析，并对其失效事故及补救处理措施进行讨论，提出如何做好基坑支护设计与施工沟通及施工中的管理注意事项的建议。
　　关键词：基坑支护 建筑工程地基基础
　　
　　前言
　　 高层建筑的兴建和地下空间的开发利用，使深基坑的支护摆到了十分重要的地位，尤其是在软土地区中进行深基坑的开挖所暴露的问题日益增多，出现的事故也屡见不鲜。要成功地进行深基坑的施工，除了要精心的基础设计以及符合实际的支护体系设计外，要有一支精干的施工队伍和良好的施工组织管理，现就某26 层大厦基坑支护失效及随后所采取的处理方案进行讨论。
　　1．深基坑支护系统
　　 城市建设中，由于建筑物鳞次栉比，在深基坑开挖中，没有余地可供基坑边坡放坡之用，因此常依赖于支护手段来保证基础工程的正常施工。支护结构大致有以下几种：①、高压喷射或深层搅拌形成的水泥土墙。此种支护适于开挖深度不超过6m 的情况，施工无噪声，具有抗渗能力，可以提高人工降水效果。②、钢筋砼支护桩。此种支护应用很广泛，在加设锚杆情况下可适用于较深的基坑护坡。③、拱圈式整体结构。此方法利用了拱式结构合理受力特点，可适用于开挖深度10m 左右。④、沉井结构和地下连续墙。此结构水平刚度较大，对周围环境影响小，对土层条件适应性强，适用于各种深度的基坑开挖，并可兼做主体结构。此外，还有土钉墙、纤维织物袋装土叠垒方法。应该指出，支护结构的选择应根据基坑开挖深度、周边环境、工程地质与水文地质条件等因素综合确定。水平土压力是作用在支护结构上的主要荷载，土压力大小的确定目前仍沿用传统的土压力理论，由于理论的假设条件与工程实际存在一定的出入，主动土压力和被动土压力的实现都与支挡物的位移有关，且其大小对土工试验参数也是较敏感的，因此，精确地确定支护结构上土压力十分困难。
　　2．工程概况
　　 该大厦地下2 层，地上26 层，开挖面积为长61.5m×宽42m，开挖深度11m，基础采用桩筏式。拟建建筑物的北侧及东侧是两栋已建的6 层砖混住宅，其基础为砂垫层上的浅基础，基坑边缘距住宅最近距离只有5m。场地各层土的物理力学指标见表1，地下水位在地面下1m 处。该工程年初破土动工，由于基坑开挖产生的施工技术、管理方面诸多问题，持续5 个月没有进行基础施工。
　　 场地土层自上而下为：⑴人工填土，厚度为0.7~1.8 m，全场分布；⑵淤泥，0.9~1.3m, 粉土，厚度0.4~2.2m，局部分布；⑶中砂，厚度1.6~3.9 m，局部分布；⑷粘土，厚度6.3～8.8 m，局部分布；⑸中砂，厚度0～2.2m，局部分布,粉砂，10m；⑹粉质粘土，厚度18.2～20.6 m。
　　支护体系及其失效特征
　　 基坑周边重新开挖支护地段，需挖除原有支护结构，而不需要重新开挖的地段，则利用原有支护结构体系。其中，西北角、东南角为有限放坡结合土钉墙进行支护；西侧边坡上段2 m 作1：1 放坡，短土钉挂网抹面，下段以φ300 mm树根桩结合注浆土钉进行支护；东南面拐角处以φ 300 mm树根桩结合注浆土钉进行加固，以利于载重车通过；其余需支护段均为垂直开挖土钉墙支护。
　　 工程采用桩筏式基础，开挖之前做工程桩，直径800mm，之后做围护桩，直径1000mm，间距1200mm，桩长26m，从基坑底入土15m。在开挖前沿基坑周围做井点降水，并随开挖进展在坑内排水，为了防止降水引起地面沉降而诱发东、北两侧相邻住宅的倾斜、开裂，在围护桩外围增设了直径600mm 的素混凝土阻水桩。这些措施在设计上无疑是合理有效的，但在开挖过程中，却出现了坑壁大量渗水，多处出现管涌现象，大量砂、土流入坑内，基坑附近地表多处下沉、开裂，最大裂缝宽度达3.5mm，支护桩向坑内产生较大水平位移，并引发原有住宅发生沉降及倾斜，最大沉降量达50mm，居民们惶恐不安。发生险情之后围绕抢险加固开展了大量工作，仅维护坑壁的稳定及抢险加固就花销48.3 万元，工期4 个月。
　　表1 各层土的物理力学指标
　　层号 土名 厚度（m） 重度（kN/m3） 孔隙率 压缩系数（MPa-1） 内聚力（kPa） 内摩擦角
　　1 人工填土 0.7~1.8 16.6 0.496 0.13 16 19.5
　　2-1 淤泥 0.9~1.3 17.9 5 16.8
　　2-2 粉土 0.4~2.2 22.1 0.278 0.21 16 19.5
　　3 中砂 1.6~3.9 19.2 0.435 0.11 0 28
　　4 粘土 6.3~8.8 19.5 0.515 0.12 21 17.5
　　5-1 中砂 0~2.2 19.2 0.435 0.11 0 28
　　5-2 粉砂 10 19.5 0.20
　　6 粉质粘土 18.2~20.6 20.8 0.448 0.10 27 27.5
　　
　　4. 失效原因及处理方案分析
　　4.1 不设支护情况稳定性验算
　　 在不考虑支护条件下，采用毕肖普(Bishop)的圆弧滑动面法计算土坡的稳定安全系数K。不降水情况K=0.028，降水情况K=0.388，由计算可见，基坑开挖时必须采取支护措施。
　　4.2 设支护情况稳定性验算
　　 在设置钢筋混凝土桩支护后，用朗肯土压力理论计算主动、被动土压力，且考虑地下水的影响。不降水,水、土压力合算，抗倾覆安全系数K=1.095；不降水，水、土压力分算，抗倾覆安全系数K=0.536；降水，水、土压力分算，抗倾覆安全系数K=1.346；降水，水、土压力合算，且考虑降水后，强度指标提高12%，抗倾覆安全系数K=1.568。由以上计算结果可见，本基坑在不降水的条件下，围护桩满足安全是比较困难的，降水后，仍处于临界状态，而实际施工过程中，由于施工管理等多方面原因，降水工作不利，所以出现事故当属必然。
　　4.3 降水影响
　　 本次开挖采用井点降水与局部回灌方法相结合的降水措施，降水深度至地面以下13m~15m，经计算降水影响半径在265m~430m 之间，降水后，形成降水漏斗曲线，距边坡不同距离水位下降值如表2 所示。
　　表2 距边坡不同距离水位下降值
　　距边坡距离(m) 0 9 18 30 60 150
　　水位下降值(m) 13 12.73 12.56 12.1 11.8 8.5
　　由表2 可见，基坑降水所产生的影响半径内水位下降是明显的，因而，由此引起的地面沉降是不容忽视的，而两栋已建住宅距基坑较近，而且在降水影响范围内，所以对建筑物的局部倾斜相当不利。
　　4.4 补救措施
　　 出现险情后，相继采取了四项措施：
　　 第一，做锚杆，即在地面以下4m 处设置锚杆；
　　 第二，在地面做钢筋地锚；
　　第三，做钢管内支撑，一端支于围护桩与锚杆连接处，另一端支于工程桩桩顶；第四，在支护桩桩间渗水处用水泥砂浆涂抹。
　　四项措施中，前两项措施较为有利，但锚杆的施工速度较慢，使支护桩的水平位移、周围建筑物的沉降及倾斜长时间发展，没有得到有效地控制。第四项措施很不理想，水泥砂浆抹面以后，渗流仍然很严重，坑内大量积水。
　　4.5 施工质量影响
　　 在支护桩顶设锁口梁，该梁多处间断，不封闭，对加强支护桩的整体刚度起的作用甚小。同时，支护桩和阻水桩质量较差，混凝土不密实，局部缩颈，箍筋间距大，且没有全部与主筋焊接，使桩的刚度削弱。另外，阻水桩做的不理想，没有达到密闭状态，致使第三层土中砂不断地随水流流向坑内。
　　5.结束语：
　　 基坑支护系统作为一种临时性的设施，其设计一般安全储备较小，也就是说大多数基坑支护体系的可靠性都有一定的适用前提和附加条件,而地下工程施工又是一项可变因素最多的工程，施工前及施工中应与设计就施工管理及注意事项充分沟通，施工中密切注意现场变化，以便出现异常情况时及时采取相应措施，争取做到“花费最少，效果最好”。
　　
　　

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