[摘 要]:分析了某工程基坑设计在实践运行中变形过大的原因,对水泥土墙体从土力学角度进行了强度验算,阐述了影响复合土钉墙水平位移的因素,总结了基坑设计和施工的经验,给出了合理的淤泥质土基坑设计方案。
[关键词]:复合土钉墙,变形,监测,水泥土
0 引言
从当前深基坑工程发展的现状来看,由于深基坑工程作为一个综合因素众多的系统工程,从实践和理论上都没有能够很好的解决安全、经济和合理的问题,当前深基坑工程的设计施工还存在着“半经验半理论”的方法。深基坑的开挖卸荷很容易产生土体滑移、支护桩变位、坑底隆起等工程事故,造成巨大的经济损失及广泛的社会影响。
1 工程概况
某工程东临公路,南临住宅区,间距约10 m,西临大江防洪大堤,北临工业厂房,间距约40 m,建筑物占地面积约52 800 m2,本工程场地为矩形,设计有一层地下室,层高4.5 m~6.0 m,采用框架—剪力墙结构,基础采用高强度混凝土预应力管桩。基坑方案采用复合土钉墙支护方案,坑底局部预留原状土体作支撑。基坑安全等级按二级考虑,基坑侧壁重要系数为1.0,设计使用年限为一年,为临时支护工程。
依据勘察资料,本工程场地地层层序如下:①人工填土:属素填土,主要由黏性土和细粉砂组成,系新近堆填,结构松散,密实程度不均匀,尚未完成自重固结,层厚0.60 m~3.70 m;②淤泥含有机质和少量贝壳碎屑,摇震反应缓慢切面光滑,干强度高,呈饱和流塑状态,层厚0.50 m~7.90 m;③粉砂:石英质,夹少量黏性土和有机质,呈饱和松散状EI/SCI论文代写代发态,层厚1.10 m~7.20 m;④生物碎屑:主要由贝壳碎屑组成,不均匀,混有20%~30%的淤泥质土贝壳粒径大小不一,层厚5.40 m~13.10 m。场地地下水:本场地地下水主要为浅部的孔隙性潜水,直接接受大气降水补给与地表水联系密切,地下水位在地表以下0.30 m~1.50 m,计算水位采取与地面平齐。
基坑支护设计剖面图见图1。
2 工程事故分析
该基坑2007年10月25日开挖,降水提前两周进行,从角部及两端向中间分格开挖,11月26日开挖到基坑设计标高,施工期间基坑监测时间间隔为12 h。基坑水平位移监测结果显示,七,八孔监测点位移超过基坑位移控制值(0.8%H=45 mm),达到60 mm。位移在土体卸载阶段增量较大,卸载完成后土体趋于稳定,略有增加。桩体位移—时间曲线见图2。
2.1 基坑墙体局部强度验算
基坑支护结构体系采用北京理正软件计算,内部稳定及外部稳定均满足要求。一般情况下,土钉墙破坏时带有明显的平移和转动的性质,类似于重力式挡土墙。依据一般工程经验,水泥土搅拌桩这种刚性桩体作为止水帷幕,进行结构计算时并不承担土压力,在大变位状态下,桩体有可能发生冲剪破坏而失去止水能力。依据工程实践,故需要对桩体局部不利处进行抗剪切验算和抗弯折验算,水泥土桩体验算截面见图3,截面土压力示意图见图4。
验算假定:1)计算跨度为最后一层土钉面到开挖面的距离,再加上0.5倍的墙体厚度;2)取相应深度处的水土压力为荷载集度,计算水土压力值。
水泥搅拌桩的抗冲剪能力:
V=ACuo=2BCuo(1)
式中:A———抗冲切面积(两个剪切面),A=2×B×1.0;
B———桩体的宽度;
Cuo———水泥土桩的抗剪强度,取(0.2~0.3)fcu;
fcu———水泥土的无侧限抗压强度。
V=2×1.05×0.2×1.5×106=630 kN/m。
水土压力的剪力:
Q=84.57+100.232×1.0=92.4 kN/m (2)
抗冲切安全度Kc=V/Q=6.8≥2.5,安全系数满足设计要求。抗弯折验算假定把最后一层土钉的着力点到开挖面之间未经加固的水泥土墙体当作一个上下简支的单向受弯板,计算跨度为S+0.5B,
σL=M/ W=3q0(S/B+0.5)2/4=69.3 kN/m2(3)
σ=γ0h0+σL=157.6 kN/m2≤0.5fcu=750 kN/m2(4)
σ=γ0h0-σL=19 kN/m2≤0.1fcu=150 kN/m2(5)
经验算,土体支护体系满足设计要求。土钉墙支护的成功与否不仅与结构设计有关,而且很大程度上取决于施工方法、施工工序和施工速度,设计与施工的紧密配合是土钉墙支护成功的重要环节。通过现场水位监测,坑内并未发现渗水现象,结合桩体强度验算可以判定搅拌桩并未发生断桩。
2.2 基坑支护体系变形因素分析
由于本次设计中实施的是非预应力锚杆,锚杆的受力特点是在产生10 mm~15 mm的初始变位后(包括拉伸变形)才产生较大的摩阻抗拔力,其后基坑壁趋于稳定。从监EI/SCI论文代写代发测反馈信息分析,基坑总体是稳定的,最后一道锚杆完成一周后支护面获得正常的设计状态,基坑支护设计中针对地质环境的设计已经考虑到基坑支护完成后对基坑内基础深度开挖的保护,不会出现外力使基坑内土体隆起变形;坑内在内降水的作用下产生自然固结,允许产生少许变位。基坑监测点位移出现超过警戒值的现象,主要是由于对支护设计图断面在设计开挖基面以下的土体保护不足。在施工过程中,有超挖现象发生,使得基坑墙脚失去保护,排水不畅加剧了地表土的浸泡,造成了墙脚的软弱土,这种现象不同程度地改变了设计条件,使支护的安全系数严重削弱。尤其是在这种软弱土层基坑支护体系中,基坑内侧土体强度低,土体产生位移时坑内土体抗力不足,变形加大。为提高安全度,为基础施工创造良好的工作面,现针对水平位移较大的软弱土体区段采取加固措施。坡顶减载与坡脚反压,沿上部放坡后退挖除2.0 m,将开挖土方转填到坑内坡脚处,起到反压的作用,以减小支护结构的位移;特殊情况下,针对无空间减载、坡顶有管线区段,采用高压旋喷桩处理。桩长10 m,直径600 mm,间距500 mm,水泥用量200 kg/m。
3 结语
1)基于土压力理论计算理论和计算简化模型的局限性,土钉墙支护体系在施工过程中应加强监测,实时分析数据,以监测数据为依据,对基坑进行动态设计,调整施工方案,及时发现不安全因素,并采取技术措施,迅速排除安全隐患。
2)土钉作为被动受力构件,抗力提高和土体变形紧密相连。减小土钉倾角可降低支护变形,同时适当减小土钉设计间距,提高注浆压力和浆体强度指标,必要时采取二次注浆,以期较早获得土钉抗力。
3)水泥土墙作为止水帷幕和解决土体自立高度的技术手段,计算上并不考虑水泥土的承载力,但可以作为安全储备。在淤泥质土厚度大、地下水位较高、基坑支护贯穿淤泥质土层、开挖深度大于6.0 m的基坑设计中,尤其是这种“上软下硬”的土质地区,使用复合土钉支护技术应谨慎,要严格设计并进行方案论证,确保基坑安全。紧邻建筑物且不具备放坡开挖施工的基坑设计,基坑安全系数等级要求较高,水平位移控制要求严格等,则需采用其他技术措施,如采用排桩加预应力锚杆支护体系。
[参考文献]:
[1] 罗 飞,蔡 琨,付 琛.复合土钉墙支护在某基坑中的应用[J].山西建筑,2007,33(10):150-151.
[2] 陈希哲.土力学与地基基础[M].北京:清华大学出版社,1997./
[3] 陈忠汉.深基坑工程[M].北京:机械工业出版社,2002.
[4] JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].