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复杂基坑支护突发情况的研究及处理

时间:2010年08月08日来源:本站原创 作者:周 霞 卢 葭 刘 丹 点击:
 复杂基坑支护突发情况的研究及处理
周 霞 卢 葭刘 丹 
(总装备部工程设计研究总院,北京100028)
【摘要】本文结合某门诊楼扩建工程,详细介绍了在复杂基坑支护过程中,相邻建筑物管沟突发漏水情况,导致土体性质发生改变,使基坑支护墙体发生整体下沉和裂缝,针对种种情况的研究和处理。
关键词   复杂基坑支护 护坡桩 锚杆 土钉墙 突发漏水 排水
 
1 工程概况
 
1.1 工程简介
该门诊楼工程位于北京市北三环中路以南。建筑平面尺寸为23mx48m,建筑面积9278 m2,地上10层,地下2层。人防工程位于地下二层,战时功能为医疗救护站,平时为汽车库,抗力等级6级。结构采用框架-剪力墙结构,基础为筏板基础,基底标高为-12m、-10.3m。该门诊楼是现代化的综合性医疗、办公、科研、教学楼,并能满足门诊部对内服务、办公、医学美容中心等职能,整合营区的南部沿街空间景观,具有地标作用。
1.2 周边环境
本建筑物南侧距离市政大街5米;北侧距离原门诊楼4米;东侧距离某综合楼大于20米;西侧与现有活动中心礼堂相距9米。
 

 
1.3工程地质情况
根据总装备部工程设计研究总院提供的地质报告,场地内地下水位埋深为1.6~5.1m,标高40.6~44.25m,属于上层滞水,对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性,对钢结构有弱腐蚀性;场地的标准冻深为0.8m;场地的抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,设计地震分组为第一组,建筑场地类别为Ⅲ类,在8度地震烈度下,场区内的地层可以不考虑地震液化问题。
地基土分层情况由上至下为:
①层填土,密实度为中密;杂色,以粘质粉土为主,砖渣、白灰渣、粉质粘土等充填,连续分布;
②层粉质粘土,饱和,密实度为中密~密实;浅灰色,含云母,有机质,夹粉粘薄层,连续分布;
③层粉质粘土,湿~饱和,可塑;褐黄色,含云母、氧化铁,钙质结核,局部含重粉质粘土,连续分布;
④层粘质粉土,湿~饱和,密实;褐黄色,含云母、氧化铁,连续分布;
⑤层粘土、重粉质粘土,饱和,可塑;褐黄色,含云母、氧化铁,钙质结核,连续分布;
⑥层粉质粘土,饱和,密实;褐黄色,含云母、氧化铁,连续分布;
⑦粉质粘土,重粉质粘土,饱和,可塑;褐黄色,含云母、氧化铁,局部近似粘土,连续分布;
⑧细砂,饱和,密实;褐黄色,含长石、石英、少量卵砾石,连续分布;
地基土层的层位分布比较稳定,地基比较均匀;
持力层选用第④层粘质粉土,地基承载力标准值为140KPa。
 
2 基坑支护结构选型
 
根据场区周边条件,本工程分两部分五小段进行支护。基坑西侧-12.00m标高段为1区,基坑东侧-10.30m部分为2区。基坑北侧临近原门诊楼,为五层砖混结构,为了减少边坡变形对建筑物的影响,采用护坡桩加锚杆的联合支护结构:护坡桩桩长为15.5m,桩顶标高为-1.4m,护坡桩嵌固深度为4.9m,护坡桩直径为600mm,桩间距为1.2m,混凝土强度为C25,在-2.0m及-4.0m位置各设置一道预应力锚杆,锚杆长度分别为23m、18m,设计值分别为380kN、300kN;在北侧中部(本工程设计的扩散室部位,长度为8m),考虑到施工作业面的狭小,以及须预留扩散室通道,该部位无法设置护坡桩,将该部位改为直坡土钉墙,具体为-2.8m、-4.5m、-7.5m、-9.0m、-10.5m处各设置一道土钉,土钉长度分别为10m、9m、10m、8m、7m各一道,土钉主筋和横筋均为Φ20,水平间距为1.5m;在-2.0m及-4.0m位置设二道预应力锚杆,其反力梁由护坡桩的20B工字钢改为20槽钢,面层及喷射混凝土参数与土钉墙相同。基坑西侧由于距离活动中心礼堂较近,没有护坡桩施工作业面,根据场地实际情况,利用活动中心礼堂地下室外墙作为上层(约-5.5m)支护体系,利用地下室底板挑边作为平台,于-5.5m至-12.0m做混凝土挡墙结合预应力锚杆支护;西坡原有建筑物影响范围以北部分,-5.5m以上做土钉墙支护,预留300mm宽平台后,-5.5m以下做混凝土挡墙结合预应力锚杆支护。基坑南侧和东侧为城市道路,采用土钉墙支护,土钉间距1.5m,共6道,并在中部增加一道预应力锚杆。为保证基坑支护安全,沿基坑周边设置了变形观测点,基坑变形观测点布置情况详见下图。
 

基坑观测平面图
 
3 现场突发状况
 
在现场施工过程中,由于受场地限制并未进行降水处理,在开挖过程中也未发现地下水,按基坑支护方案操作基本顺利,2006年12月15日原门诊楼暖沟突然跑水,2006年12月16日发现北侧(原门诊楼一侧)护坡桩桩顶有位移现象,于是开始对原门诊楼实施不间断测量(沉降与倾斜,每天一次),到12月23日,北侧护坡桩桩顶的累计最大位移为25mm,现场采取措施,在-2.9m位置补打锚杆并张拉锁定后,至12月29日,该侧的新增最大位移值为5mm,位置在扩散室部位。12月29日晚,在对扩散室部位进行向下开挖时,发现该部位有坍塌现象,局部有鼓肚现象,坍塌部位土质为含水量极大的粘土,与水混合后稍一扰动即成稀泥,此时开挖基坑底标高为-11.5m。12月30日6:45,现场发现该部位土体失稳,有向下滑移现象,距离上部贯梁部位的土体向下坐落大约200mm,其锚杆也有向下滑移现象;西侧也出现类似的下沉现象和下部土体流失现象,局部下沉100mm。此时西侧按支护方案施工至-10m标高,西南部至-8m标高。根据当天测量数据显示,基坑北侧的原门诊楼向基坑一侧的倾斜度已达东侧59mm,西侧58mm,远远超出了规范的要求;在原门诊楼南侧靠近基坑处的四个沉降点(自东向西依次编号1#、2#、3#、4#)当日沉降量分别为-0.9mm、-1.3mm、-1.5mm、-1.1mm,换算为百天沉降速率分别为90mm/d、130mm/d、150mm/d、110mm/d,远大于JGJ/T 8-97《建筑变形测量规程》基础接近稳定时周期容许沉降量1mm/100d的指标。原门诊楼北面的围墙和贴建的附属用房与原门诊楼连接部位都出现了较大的裂缝。原门诊楼由于是横墙较多的砖混结构,只是发生主体的整体倾斜,未发现主体结构出现明显裂缝。
4 突发状况原因分析
12月30日下午,业主单位、总承包单位、监理单位、设计单位、测量单位、施工单位以及请来的相关专家、领导针对本工程现状,紧急召开了现场专家会议,经过对现场勘察及施工测量数据的仔细分析,得出结论如下:
1) 北侧的门诊楼暂时是安全的,基坑北侧的锚杆还处于工作状态,护坡桩也不存在施工及安全问题;
2) 造成突发情况的根本原因为北侧管道的漏水(外来水)及西侧的不明水源。
3) 西侧土钉墙设计强度不存在问题
 
5 基坑支护加固
 
5.1 北侧基坑加固措施
1)排除管道渗漏的不安全隐患,防止施工过程中再次出现不明水源。
2)把土回填至-8.5m,桩锚支护区段,在-8.0m位置增加一道预应力锚杆,锚杆长度为23m,其中锚固段长度为18m,锚固设计拉力值为350kN,两桩一锚,土钉墙支护区段,在-4.5m、-9.0m、-10.5m处各增设一道花管,花管长度分别为6m、6m、4m,花管采用Φ40焊管加工而成。
3) 在土钉墙支护区段施工过程中,应对第一道、第二道锚杆进行重新张拉,把张拉值控制在原设计范围内。
4) 对北侧扩散室部位的面层重新编网并再次喷射混凝土,喷射混凝土厚度50~80mm,强度等级为C20。
5)5 对于塌空松散部位应用水泥浆固结填充。
6) 北侧扩散室部位的施工顺序为:首先把土回填至-8.5m,施工-8.0m位置的锚杆→施工-4.5m位置的花管→对-6.0m的锚杆进行二次张拉→施工-8.0m位置的补充锚杆,锚杆施工完毕后5天进行张拉锁定→依次施工-9.0m、-10.5m位置的花管→对有裂缝部位进行低压灌浆,使裂缝部位的土体密实。
7) 北侧护坡桩部位的施工顺序为:把土方回填至-7.5m,然后施工-8.0m部位的增加锚杆,同样锚杆施工完毕后5天进行锁定。
5.2 西侧基坑加固措施
1) 在西侧-9.0m部位植入4m长的20槽钢,植入水平间距为1.5m,并确保槽钢与第二排锚杆(-9.5m)固定在一起,槽钢的植入深度不得小于基础垫层以下1m。
2) 槽钢植入过程中必须做到分段施工,每个工作段的水平距离不得大于15m,以确保槽钢工作前其它部位土体对边坡的支撑作用。
3) 西侧在实际施工中根据情况增加花管,花管施工完毕后,对该部位有裂缝的部位进行低压注浆处理,确保裂缝部位的密实。
4)  西北侧由于渗水严重,在实际施工中根据现场实际情况,对漏水处适当增加花管及泄水孔。
5.3 应急措施
1) 施工过程中加强边坡的位移观测,必须做到每两小时观测一次,必要时做到时时观测。
2) 加强护坡桩桩间及西侧土钉墙的排水工作,在基础底设置排水沟及集水坑,使桩间的管道漏水顺利排除,减少其对土体的压力,同时防止泡槽。
3) 根据现场的实际情况,加大钢梁锚拉速度,合理使用外加剂。
4) 准备1~2台挖掘机现场备用,一旦位移变化异常,及时再次组织回填。
5) 重新施工已经脱落的桩间,防止桩间土塌落。
6) 充分备用施工所需材料,人员及机械,灵活机动进行调配,缩短抢险时间。
5.4 施工材料要求
1) 锚杆注浆时加入三乙醇氨,加速水泥浆液的早期强度,同时注意注浆的饱满度。
2) 锚杆张拉前必须经过试拉,试拉合格后方可进行全面张拉。
3) 锚杆的锁定值按设计值的100%锁定(300kN),锚杆试拉时,应试拉到设计值的110~120%(330~360kN)。
4) 在锚杆施工过程中,必须严格控制锚杆的施工角度,锚杆的施工角度不得小于15度,以确保水泥浆顺利流入锚孔。
5) 在锚杆施工过程中,必须在水泥浆液中加入千分之三的三乙醇氨,以加快水泥浆强度的提升时间,准备三天后开始试拉,试拉合格后立即组织张拉锁定。
 
6 结束语
    门诊楼作为重点项目,受到各级领导的高度重视。从突发情况开始2006年12月29日晚发现扩散室部位有坍塌现象开始,到2006年12月30日下午召开由业主单位、总承包单位、监理单位、设计单位、测量单位、施工单位以及请来的相关专家、领导针对本工程现状的紧急现场专家会议,不超过24小时。经过对现场勘察及施工测量数据的仔细分析,得出现场情况定位及初步处理意见。根据各侧不同情况制定的基坑支护加固方案科学、合理、
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