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        軟土地層中臨近既有建筑物的地鐵深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)踐

        2021-01-08 03:47:38何廣驥
        廣東建材 2020年12期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)井教學(xué)樓深基坑

        何廣驥

        (中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司)

        1 工程概況

        沿海某地鐵區(qū)間風(fēng)井工程,由北側(cè)主體結(jié)構(gòu)、南側(cè)附屬結(jié)構(gòu)兩部分組成。主體、附屬分別為地下三層、地下兩層箱形混凝土框架結(jié)構(gòu),均采用明挖順筑法施工。風(fēng)井主體基坑平面為24.4m×22.0m 矩形布置,挖深約24.8m;附屬基坑平面呈22.0m~34.7m×17.5m 梯形布置,挖深約14.8m。

        場(chǎng)地內(nèi)分布淤泥質(zhì)黏土層為代表的深厚軟土地層,最大埋深約為22.5m;軟土層以下依次分布粉質(zhì)黏土、黏土、圓礫、風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖,基巖埋深約58m。場(chǎng)地地下水以表層孔隙潛水為主,潛水穩(wěn)定水位埋深為0.70m~3.00m;深部圓礫層存在承壓水,隔水層為上部的淤泥質(zhì)土和粘性土層,水頭埋深為地表下2.9m。

        該區(qū)間風(fēng)井北側(cè)臨近既有教學(xué)樓,地上5 層(局部6 層)框架結(jié)構(gòu)建筑,靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ),距離主體基坑凈距23.5m??刂苹娱_(kāi)挖過(guò)程中的自身變形、減少對(duì)周邊建構(gòu)筑物影響是該深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵所在。

        2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)及整體方案

        根據(jù)基坑規(guī)模、挖深以及所在場(chǎng)地地質(zhì)、水文條件,結(jié)合周邊建筑物環(huán)境情況,根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012)、《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50497-2019)、《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB 50911-2013)等標(biāo)準(zhǔn)要求,確定區(qū)間風(fēng)井主體、附屬基坑等級(jí)均為一級(jí),基坑變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí),基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)主體基坑為一級(jí)、附屬基坑為二級(jí)。對(duì)于臨近的教學(xué)樓建筑,其所屬環(huán)境設(shè)施分類為一般設(shè)施,且位于基坑工程次要影響區(qū)范圍,考慮到保護(hù)需要,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高至一級(jí)變形控制等級(jí)。主要控制指標(biāo)如表1所示。

        表1 主要控制指標(biāo)

        考慮到風(fēng)井主體、附屬結(jié)構(gòu)挖深不同,依照“先深坑后淺坑”的開(kāi)挖原則,將其劃分為平面規(guī)則的主體、附屬兩個(gè)基坑,分坑開(kāi)挖,有效規(guī)避因基坑不規(guī)則、深淺坑對(duì)周邊環(huán)境的不利影響。待風(fēng)井主體結(jié)構(gòu)頂板澆筑完畢后再開(kāi)挖附屬基坑。

        分坑后,區(qū)間風(fēng)井主體基坑體量減小,通過(guò)合理安排施工流水進(jìn)度,縮短施工周期,將施工期間對(duì)教學(xué)樓的影響時(shí)間縮短、減小累積變形。同時(shí),風(fēng)井主體施工完畢后,底板嵌固于粉質(zhì)粘土層,作為附屬基坑與教學(xué)樓之間的隔離屏障,可以有效削減附屬基坑開(kāi)挖階段對(duì)教學(xué)樓建筑變形的影響。

        基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用整體剛度較好的地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系。其中,主體基坑采用1m 厚地連墻,內(nèi)支撐設(shè)置2 道砼支撐+5 道鋼支撐+1 道換撐,地墻插入比1:0.9;附屬基坑采用0.8m 厚地連墻,內(nèi)支撐設(shè)置1 道混凝土支撐+3 道鋼支撐,地墻插入比1:1.1。通過(guò)保證支護(hù)整體剛度,控制開(kāi)挖期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身變形,進(jìn)而降低周邊地面沉降、建筑物變形[1]。

        地連墻采用工字鋼接頭,防止地墻接縫處的滲漏水,避免基坑施工期間周邊地層因水土流失引起的沉降。地連墻施工前,在遠(yuǎn)離建筑側(cè)做試成槽以確定適宜成槽參數(shù),確保地墻成槽時(shí)槽壁穩(wěn)定。同時(shí)設(shè)置構(gòu)造地連墻隔斷⑧3-2 圓礫層承壓水層,采用坑內(nèi)真空管井降水方案,對(duì)坑外地下水位不產(chǎn)生影響,避免下降而引起建筑沉降。

        基坑開(kāi)挖要求“先撐后挖、快速封底”,同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與變形控制,動(dòng)態(tài)跟蹤基坑自身及周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),指導(dǎo)施工,確?;语L(fēng)險(xiǎn)可控。

        3 有限元建模分析

        采用有限元分析軟件MIDAS GTS NX 建立三維數(shù)值分析模型,模擬區(qū)間風(fēng)井基坑開(kāi)挖對(duì)越秀外國(guó)語(yǔ)學(xué)院#4 教學(xué)樓及周邊地表沉降等環(huán)境影響。土體采用混合多邊形體單元,本構(gòu)模型選用修正摩爾-庫(kù)倫模型,土層參數(shù)根據(jù)詳勘報(bào)告選??;區(qū)間風(fēng)井基坑地連墻、支撐分別采用板單元、線單元模擬,本構(gòu)模型均選用線彈性模型,教學(xué)樓樓板采用板單元模擬,結(jié)構(gòu)柱、樁基礎(chǔ)采用線單元模擬。三維數(shù)值分析模型如圖1 所示,尺寸橫向(x 軸)120m,縱向(y 軸)110m,豎向(z 軸)60m。

        圖1 三維模型設(shè)計(jì)

        根據(jù)數(shù)值計(jì)算成果,抽取各項(xiàng)特征位置控制數(shù)據(jù),最終結(jié)果如表2 所示。

        表2 計(jì)算結(jié)果匯總

        可見(jiàn),基坑開(kāi)挖過(guò)程中,基坑自身變形較小,周邊土體無(wú)明顯的擾動(dòng),雖然臨近地表沉降、建筑物變形均有一定發(fā)生,但計(jì)算沉降量或變形量都控制在許可區(qū)間內(nèi),可指導(dǎo)后續(xù)基坑實(shí)施。

        4 深基坑實(shí)施相關(guān)措施與監(jiān)測(cè)控制

        4.1 勘察與準(zhǔn)備

        重點(diǎn)做好工程影響區(qū)2~3 倍坑深范圍內(nèi)的勘察工作,并查閱既有資料,以便明確建(構(gòu))筑物的實(shí)際情況。以管線為例,則包含類型(燃?xì)?、通信等)、尺寸、走向等。?duì)于風(fēng)險(xiǎn)較大的建筑物,需要由專業(yè)的機(jī)構(gòu)展開(kāi)安全鑒定,并根據(jù)掌握的情況制定保護(hù)方案,從源頭上加強(qiáng)控制,保證施工安全。

        4.2 坑內(nèi)降水

        通過(guò)地連墻的方式隔斷圓礫層承壓水層,制定并落實(shí)坑內(nèi)降水方案,最大限度減小對(duì)坑外地下水位所造成的不良影響,以免基坑開(kāi)挖期間發(fā)生建筑下沉現(xiàn)象。

        4.3 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與控制

        根據(jù)監(jiān)測(cè)要求,創(chuàng)建三級(jí)預(yù)警機(jī)制,通過(guò)與監(jiān)測(cè)單位、施工單位等相關(guān)主體的溝通,確定具體的監(jiān)測(cè)內(nèi)容,配置專業(yè)的人員以及高精度的儀器完成監(jiān)測(cè)工作。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)后,以所得結(jié)果為準(zhǔn)合理調(diào)整施工方法,全面確保施工安全。監(jiān)測(cè)范圍應(yīng)具有全面性,包含基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、道路路面、教學(xué)樓建筑等。除了對(duì)現(xiàn)有狀況作出判斷外,還需根據(jù)掌握的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)的發(fā)展進(jìn)行預(yù)判,提前采取防控措施,提高施工作業(yè)的主動(dòng)性,保證各工況下的施工環(huán)境均較為安全。

        4.4 基坑開(kāi)挖及注意事項(xiàng)

        基坑土方開(kāi)挖是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作,需要以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)展開(kāi),全程均要充分遵循時(shí)空效應(yīng)原理,即分層依次開(kāi)挖、嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺(不超挖)、先撐后挖。在獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后對(duì)教學(xué)樓地基土層采取加固措施,具體為跟蹤注漿的方法,加固深度12m 左右。基坑的穩(wěn)定性有限,不宜在2 倍坑深范圍內(nèi)堆載棄方,否則易在堆載作用下影響基坑的穩(wěn)定性。此外,基坑開(kāi)挖期間,坑頂周邊地面2m 范圍內(nèi)不可存在任何其他形式的附加荷載,該范圍以外的區(qū)域雖然允許有附加荷載,但不宜超過(guò)20kPa?;娱_(kāi)挖期間的具體注意事項(xiàng)有:

        ⑴基坑開(kāi)挖過(guò)程中若存在坑底涌水、涌沙現(xiàn)象,立即暫停開(kāi)挖作業(yè),采取回填措施,情況特殊時(shí)還可通過(guò)坑外管井達(dá)到高效降水的效果,綜合考慮周邊建筑物、地下管線的布設(shè)情況,采取合適的回灌措施,保證地下建筑物及地下管線的穩(wěn)定性。

        ⑵在地墻設(shè)置有內(nèi)撐支護(hù)時(shí),若存在大幅度內(nèi)凸變位現(xiàn)象則在地墻后卸載,且不宜繼續(xù)挖土,可在既有內(nèi)支撐基礎(chǔ)上增加防護(hù)結(jié)構(gòu),或在地墻前堆筑砂石袋[2]。

        ⑶基坑土體滑塌時(shí)需降低基坑周邊的水位,并對(duì)坡頂處采取卸載措施;對(duì)于尚未發(fā)生滑塌的路段應(yīng)實(shí)施監(jiān)測(cè)與防護(hù),以免該部分受到不良影響。

        ⑷基坑存在滲水、流土或建筑物存在傾斜等問(wèn)題時(shí),立即暫停開(kāi)挖作業(yè),確定滲漏的具體區(qū)域后用堵漏材料處理,遇特殊情況時(shí)可輔以坑外降水等方法。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析,利用跟蹤注漿的方法處理建筑臨近風(fēng)井一側(cè)的地基,深度12m,達(dá)到了防護(hù)效果。

        ⑸基坑開(kāi)挖過(guò)程中若與燃?xì)夤芫€碰觸而導(dǎo)致其泄漏時(shí),立即暫停施工,將情況告知監(jiān)理及業(yè)主等,并盡快與燃?xì)夤救〉寐?lián)系,由專員組織搶修工作,減少泄漏量。

        ⑹若存在污水管線受損的情況應(yīng)暫停施工,盡快與管線主管單位取得聯(lián)系,針對(duì)實(shí)際情況采取堵截、導(dǎo)流等相關(guān)措施。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        軟土地層中深基坑工程需要克服軟土高靈敏性、易擾動(dòng)等不利特性,還需考慮基坑變形后對(duì)周邊臨近建筑物產(chǎn)生的不均勻沉降、傾斜等有害影響。該區(qū)間風(fēng)井深基坑工程通過(guò)采用增強(qiáng)基坑支護(hù)整體剛度、“先深后淺”分坑分階段開(kāi)挖、地下連墻隔斷深部承壓水以及設(shè)置隔離體等一系列系統(tǒng)性設(shè)計(jì)方案,遵循“分層分段開(kāi)挖、先撐(錨)后挖,嚴(yán)禁超挖”時(shí)空效應(yīng)原理,提前確立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、保護(hù)措施的“反饋-處置”安全體系,通過(guò)控制基坑實(shí)施階段變形,減小基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物影響,對(duì)類似深基坑工程設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

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