淺談臨近建筑物基坑加固措施

荀亮亮

深基坑開(kāi)挖具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性與艱巨性,在深基坑工程施工過(guò)程中,會(huì)對(duì)周?chē)馏w有不同程度的擾動(dòng),一個(gè)重要影響表現(xiàn)為引起周?chē)乇聿痪鶆蛳鲁?從而影響周?chē)ㄖ?gòu)筑物及地下管線(xiàn)的正常使用,嚴(yán)重的造成工程事故。因此,深基坑設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分重視基坑周邊的環(huán)境影響。

1 工程概況

蘇州市某地鐵車(chē)站5號(hào)出入口基坑深9.94m,寬7m,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用單排φ850SMW樁,嵌固深度11.45m,采用兩道鋼支撐。基坑外側(cè) 6.8m處有一棟帶地下室12層框架結(jié)構(gòu)住宅,該樓房基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)(振沖碎石樁加固),地下室高3.3m,筏板厚400mm,碎石樁樁徑 800mm,樁長(zhǎng)約 9m。結(jié)構(gòu)關(guān)系見(jiàn)圖 1。

按照常規(guī)施工方法如在基坑外側(cè)進(jìn)行降水,恐引起樓房沉降較大,造成建筑物的破壞。施工單位采取在坑外不降水施工,因此對(duì)施工工序也是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。根據(jù)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),主體基坑施工時(shí)對(duì)該樓影響較大。雖然處于穩(wěn)定狀態(tài),但累計(jì)沉降已較大,如再進(jìn)行出入口施工,將對(duì)建筑物造成二次影響,存在極大的風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)單位決定對(duì) 5號(hào)出入口在坑外不降水施工的情況下重新進(jìn)行驗(yàn)算,根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果適當(dāng)采取加強(qiáng)措施,最大程度降低施工風(fēng)險(xiǎn)和周邊建筑物安全。

2 對(duì)現(xiàn)有工況進(jìn)行安全驗(yàn)算

2.1 超載包括地面超載和樓房超載

地面超載取值20 kPa,樓房超載取值240 kPa,作用深度4m,作用范圍15m,距基坑6.8m。

2.2 地勘參數(shù)

部分地勘參數(shù)見(jiàn)表 1。

表1 部分地勘參數(shù)表

2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

結(jié)構(gòu)彎矩和剪力包絡(luò)圖見(jiàn)圖 2。

2.4 截面計(jì)算

2.4.1 內(nèi)力取值

1)彈性法。基坑外側(cè)最大彎矩 387.92 kN?m,基坑外側(cè)最大彎矩距墻頂5.4m;基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩678.31 kN?m,基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩距墻頂8.98m;2)經(jīng)典法。基坑外側(cè)最大彎矩749.95 kN?m,基坑外側(cè)最大彎矩距墻頂17.11m;基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩540.71 kN?m,基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩距墻頂9.14m。

2.4.2 基坑內(nèi)外側(cè)拉壓應(yīng)力驗(yàn)算

1)采用彈性法計(jì)算。基坑內(nèi)側(cè)計(jì)算截面距離墻頂 8.98m,彎矩設(shè)計(jì)值847.89 kN?m。

基坑外側(cè)計(jì)算截面距離墻頂5.40m,彎矩設(shè)計(jì)值484.90 kN?m。

2)采用經(jīng)典法計(jì)算。

基坑內(nèi)側(cè)計(jì)算截面距離墻頂9.14m,彎矩設(shè)計(jì)值675.89 kN?m。

基坑外側(cè)計(jì)算截面距離墻頂 17.11 m,彎矩設(shè)計(jì)值937.44 kN?m。

其中,γcs為水泥土墻平均重度,kN/m3;z為由墻頂至計(jì)算截面的深度,m;M為單位長(zhǎng)度水泥土墻截面彎矩設(shè)計(jì)值,kN?m;W為水泥土墻截面模量,MPa;fcs為水泥土抗壓強(qiáng)度,MPa。

2.5 其他驗(yàn)算結(jié)果

抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.704＜1.2,不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

抗滑安全系數(shù)Kh=1.129＜1.2,不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.212。

抗隆起安全系數(shù)Ks=1.739≥1.15,滿(mǎn)足規(guī)范要求。

抗管涌穩(wěn)定安全系數(shù)K=3.950≥1.5,滿(mǎn)足規(guī)范要求。

通過(guò)以上計(jì)算,基坑穩(wěn)定性無(wú)法滿(mǎn)足,坑底為砂質(zhì)粉土,其物理力學(xué)指標(biāo)低,能提供的樁前被動(dòng)土壓力較小,在粉土和粉砂質(zhì)粘土中的基坑開(kāi)挖過(guò)程中,很容易產(chǎn)生基坑滲漏水,因此考慮加固改良基坑內(nèi)土體,使其能夠提供足夠的被動(dòng)土壓力。采用高壓旋噴樁抽條加固,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工單位現(xiàn)有機(jī)械,選擇直徑 800mm的旋噴樁,咬合250mm,加固深度為基底3m。

3 坑內(nèi)加固驗(yàn)算

3.1 內(nèi)力取值

3.1.1 彈性法

基坑外側(cè)最大彎矩387.92 kN?m,基坑外側(cè)最大彎矩距墻頂5.4m。

基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩535.68 kN?m,基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩距墻頂6.42m。

3.1.2 經(jīng)典法

基坑外側(cè)最大彎矩203.45 kN?m,基坑外側(cè)最大彎矩距墻頂10.27m。

基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩266.47 kN?m,基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩距墻頂7.7m。

3.2 基坑內(nèi)外側(cè)拉壓應(yīng)力驗(yàn)算

3.2.1 采用彈性法計(jì)算

基坑內(nèi)側(cè)計(jì)算截面距離墻頂6.42m,彎矩設(shè)計(jì)值669.61 kN?m。

1)壓應(yīng)力驗(yàn)算：f=4.66＜fcs=9.6,抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足。

2)拉應(yīng)力驗(yàn)算：f=4.38＞0.120fcs=1.15,抗拉強(qiáng)度不滿(mǎn)足。

基坑外側(cè)計(jì)算截面距離墻頂5.40m,彎矩設(shè)計(jì)值484.90 kN?m。

1)壓應(yīng)力驗(yàn)算：f=3.39＜fcs=9.6,抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足。

2)拉應(yīng)力驗(yàn)算：f=3.16＞0.120fcs=1.15,抗拉強(qiáng)度不滿(mǎn)足。

3.2.2 采用經(jīng)典法計(jì)算

基坑內(nèi)側(cè)計(jì)算截面距離墻頂7.70m,彎矩設(shè)計(jì)值333.09 kN?m。

1)壓應(yīng)力驗(yàn)算：f=2.42＜fcs=9.6,抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足。

2)拉應(yīng)力驗(yàn)算：f=2.09＞0.120fcs=1.15,抗拉強(qiáng)度不滿(mǎn)足。

基坑外側(cè)計(jì)算截面距離墻頂 10.27 m,彎矩設(shè)計(jì)值254.32 kN?m。

1)壓應(yīng)力驗(yàn)算：f=1.95＜fcs=9.6,抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足。

2)拉應(yīng)力驗(yàn)算：f=1.52＞0.120fcs=1.15,抗拉強(qiáng)度不滿(mǎn)足。

抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.342≥1.2,滿(mǎn)足規(guī)范要求。

抗滑安全系數(shù)Kh=1.615≥1.2,滿(mǎn)足規(guī)范要求。

基坑穩(wěn)定性通過(guò)基坑內(nèi)高壓旋噴樁加固已經(jīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求,但是圍護(hù)樁抗拉強(qiáng)度仍然無(wú)法滿(mǎn)足要求,因此考慮在單排 SMW樁外側(cè)再加一排工法樁,形成雙排樁。

4 雙排工法樁驗(yàn)算

4.1 內(nèi)力取值

4.1.1 彈性法

基坑外側(cè)最大彎矩422.69 kN?m,基坑外側(cè)最大彎矩距墻頂14.97m。

基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩639.88 kN?m,基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩距墻頂8.4m。

4.1.2 經(jīng)典法

基坑外側(cè)最大彎矩203.45 kN?m,基坑外側(cè)最大彎矩距墻頂10.27m。

基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩266.47 kN?m,基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩距墻頂7.7m。

4.2 基坑內(nèi)外側(cè)拉應(yīng)力驗(yàn)算

4.2.1 采用彈性法計(jì)算結(jié)果

基坑內(nèi)側(cè)計(jì)算截面距離墻頂8.40m,彎矩設(shè)計(jì)值799.86 kN?m。拉應(yīng)力驗(yàn)算：f=1.10＜0.120fcs=1.15,抗拉強(qiáng)度滿(mǎn)足。

基坑外側(cè)計(jì)算截面距離墻頂14.97m,彎矩設(shè)計(jì)值528.37 kN?m。拉應(yīng)力驗(yàn)算：f=0.67＜0.120fcs=1.15,抗拉強(qiáng)度滿(mǎn)足。

4.2.2 采用經(jīng)典法計(jì)算結(jié)果

基坑內(nèi)側(cè)計(jì)算截面距離墻頂7.70m,彎矩設(shè)計(jì)值333.09 kN?m。拉應(yīng)力驗(yàn)算：f=0.38＜0.120fcs=1.15,抗拉強(qiáng)度滿(mǎn)足。

基坑外側(cè)計(jì)算截面距離墻頂10.27m,彎矩設(shè)計(jì)值254.32kN?m。拉應(yīng)力驗(yàn)算：f=0.26＜0.120fcs=1.15,抗拉強(qiáng)度滿(mǎn)足。

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果

1)地面沉降。基坑周邊共布置 20個(gè)測(cè)點(diǎn),樓房前布置 10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),最大累計(jì)變量為9.1mm。

2)建筑物沉降。樓房四周共布置 4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),最大沉降量5.3mm。

3)土體測(cè)斜。基坑外側(cè)布置 4個(gè)深度 20m測(cè)斜孔,累計(jì)最大變量為-2.5mm～+2.5mm。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),可以看出 5號(hào)出入口采用的對(duì)坑內(nèi)基底高壓旋噴樁加固,對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)增加一排工法樁的加固措施非常到位,周邊建筑物沒(méi)有產(chǎn)生大的變形和沉降。高壓旋噴注漿的加固措施在軟土地區(qū)增加地基強(qiáng)度、增大土的摩擦力和粘聚力、防滲堵漏的方面都有好的效果。

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