超大深基坑支護結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)分析

超大深基坑支護結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)分析

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，深基坑的規(guī)模不斷擴大。由于基本工具的復(fù)雜性，有時會發(fā)生安全事故。長江漫灘區(qū)地層具有典型的二元結(jié)構(gòu)，上部為軟黏性土層與粉砂層互層；下部以砂、礫石層為主，一般為承壓含水層，基坑開挖時易產(chǎn)生漏水、漏砂、突涌等事故1酒店式公寓工程位于南京市江北新區(qū)，項目包含一棟22層酒店式公寓，多棟7～12層科研設(shè)計樓，一棟3層體育館、3層裙房及2層滿堂地下室?；用娣e約92000m2級粉砂夾粉砂的精細解析根據(jù)勘察揭露、現(xiàn)場測試及室內(nèi)試驗，基坑開挖影響范圍內(nèi)土層分布及主要物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。場地地下水類型主要為孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深為0.10～2.60m,賦存于①層填土、②-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂、②-3層粉砂夾粉土中，主要由大氣降水和地表水滲入補給，以蒸發(fā)方式排泄。承壓含水層由③-1層粉砂、③-2層粉砂、③-3層粉細砂及④層中粗砂混卵礫石組成，實測承壓水頭標(biāo)高為4.65～5.12m,主要由長江地下徑流補給，排泄以側(cè)向徑流為主。3基金設(shè)立計劃3.1支護方案的確定基坑開挖面積超大、開挖深度較深，因此本工程重點考慮了施工的便利性與快速性，采用了排樁加3道高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索、鋼筋混凝土角撐，基坑中部間隔采用坑底被動區(qū)土體深攪樁加固的支護方案。以基坑北側(cè)為例，中部采用3.2停止水和沉淀設(shè)計支護樁外側(cè)均采用3.3被動區(qū)域加固設(shè)計為提高被動區(qū)土體強度，控制基坑變形，在錨索施工平面范圍內(nèi)采用1排3.4工區(qū)域同步分層開挖錨索綜合考慮基坑變形控制及施工效率，將基坑分為3個施工區(qū)域同步分層、分區(qū)開挖。每層土方先開挖四周土體，為錨索提供施工作業(yè)面，錨索張拉鎖定后，再將各區(qū)土方分段開挖至下一層錨索施工作業(yè)面。為降低基坑長邊效應(yīng)3.5錨索開挖和打穿坑道從基坑土方開挖至地下結(jié)構(gòu)施工完工，共歷時約8個月，實際開挖情況可分為5個施工工況，如表3所示。工況1—3中，待各區(qū)高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索達到設(shè)計強度且施加預(yù)應(yīng)力完成后，先開挖本區(qū)錨索周邊范圍內(nèi)的土方，等所有區(qū)域錨索施工完成后，再進行大面積土方開挖，各層錨索施工完成時間約15d。施工第3層錨索時，基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)及西側(cè)錨索孔道主要穿過②-3層粉砂夾粉土，基坑北側(cè)錨索孔道主要穿過②-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂。錨索施工需打穿基坑外側(cè)止水帷幕，坑外水頭壓力較大，地下水涌入錨索孔道，出現(xiàn)漏水、漏砂等情況，其中東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)及北側(cè)坑角部位漏水、漏砂等情況普遍較嚴(yán)重。錨索孔道內(nèi)存在的水流易導(dǎo)致注漿不密實，水泥土成型差，錨索抗拉強度得不到充分發(fā)揮，影響錨索工作性能4測量數(shù)據(jù)分析4.1水平位移增量圖3為支護結(jié)構(gòu)頂部水平位移曲線。由圖3可知：開挖初期，各樁頂水平位移增量交錯增加，并無明顯的空間分布特征；隨著開挖深度的增加，水平位移增量也逐漸增大；基礎(chǔ)底板施工完成后，水平位移增量逐漸趨于穩(wěn)定。角撐拆除前(工況5)水平位移增量具有明顯的空間分布特征，無論長邊還是短邊都呈現(xiàn)中間部位大、坑角部位小的特點，離坑角越近，水平位移增量越小，其中D1的水平位移增量為20.4mm,D9的水平位移增量為28.6mm,兩者有較大的差距，且長邊的平均水平位移增量大于短邊的平均水平位移增量。由李大鵬等4.2土方開挖期間最大水平位移增量的變化圖4為土體深層水平位移沿深度方向的變化曲線。由圖4可知：測點CX27在第3和4層土方開挖期間的水平位移最大值分別增加了9.9和9.2mm,第4層土方開挖期間最大水平位移增量卻小于第3層土方開挖期間的最大水平位移增量，這是因為第3層錨索施工導(dǎo)致基坑漏水、漏砂，因此采取了坑外降水措施，使基坑外側(cè)水、土壓力減小，而第4層土方采用了分倉開挖的方式，有利于控制基坑的變形。測點CX6在第3和4層土方開挖期間的水平位移最大值分別增加了10.7和13.4mm,這是因為基坑北側(cè)漏水、漏砂情況較其他3側(cè)少，坑外降水范圍也小，因此對北側(cè)支護結(jié)構(gòu)變形影響較小。4.3第三階段：水位下降階段圖5為坑外地下水位隨時間變化曲線。由圖5可知：第3層錨索施工前(工況3),水位呈逐漸下降趨勢但變化幅度較小，水位處于-1.5～0.5m范圍內(nèi)；第3層錨索施工期間，基坑出現(xiàn)漏水、漏砂，為保證錨索的正常施工，坑外降水至-9.7m,此階段水位迅速下降；隨著底板的澆筑完成，逐漸停止坑外降水，水位有一定的回升且逐步趨于穩(wěn)定。4.4報警值圖6為道路沉降變化曲線。由圖6可知：開挖前期，道路沉降緩慢增大；施工第2層錨索時，道路沉降范圍為20～28mm,報警值為40mm。道路沉降主要發(fā)生在坑外降水期間，為了保證第3層錨索的正常施工，坑外降水至-9.7m,降水引起土體有效應(yīng)力增大，從而造成道路在此階段有較大的沉降。降水期間，測點R30累計沉降達到了209mm,約占監(jiān)測期總沉降的86.2%;隨著底板的澆筑完成及坑外降水的逐漸停止，道路沉降逐步趨于穩(wěn)定。4.5錨索軸力檢測圖7為錨索軸力變化曲線。由圖7可知：第1層錨索軸力普遍大于第2和3層錨索軸力，這是因為第3層錨索施工期間，基坑漏水、漏砂及坑外降水導(dǎo)致錨索注漿不密實，水泥土成型差，錨索強度得不到充分發(fā)揮，基坑外側(cè)水、土壓力減小。第2層錨索軸力測點(MS2、MS4、MS7)在第3層錨索施工期間測得的軸力與第2層軸力相比，均出現(xiàn)了不同程度的減小，這與文獻經(jīng)統(tǒng)計所有測點監(jiān)測期內(nèi)數(shù)據(jù)可知：第1層錨索軸力變化范圍為84.0～299.7kN,平均值為206.7kN,該值為設(shè)計值的71.3%;第2層錨索軸力變化范圍為40.0～237.5kN,平均值為105.7kN,該值為設(shè)計值的27.4%;第3層錨索軸力變化范圍為47.7～181.9kN,平均值為93.7kN,該值為設(shè)計值的24.3%。監(jiān)測結(jié)果表明：第1層錨索的實測軸力最大值超過了設(shè)計值，且實測平均值達到了設(shè)計值的71.3%,施工過程中應(yīng)加強對第1層錨索軸力的監(jiān)測，防止因錨索軸力過大導(dǎo)致基坑失穩(wěn)破壞。5樁錨支護施工要點1)深基坑支護結(jié)構(gòu)變形具有明顯的空間效應(yīng)，基坑中部支護結(jié)構(gòu)的水平位移大于角部的水平位移?；邮┕み^程中，應(yīng)加強對基坑中部支護結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測。2)雖然樁錨支護結(jié)構(gòu)具有工期短、施工方便等優(yōu)點，但并不適用于南京長江漫灘區(qū)典型二元結(jié)構(gòu)地層的超大深基坑支護中，成孔施工處理不當(dāng)易導(dǎo)致基坑漏水