6深基坑工程
6 深基坑工程
基坑工程是在高层建筑大量发展,充分利用城市地下空间,采用各种形式支护结构, 深挖土方而形成的一种地下空间结构。当前城市建设迫切需要建设地下空间,但是地基的
稳定性,支护结构的内力和变形,以及地层的位移,对周围建筑物、地下管线的保护计算
分析等,目前还得不出定量结果。有关地基稳定及变形理论对解决实际问题仍具有指导意义,
故在工程实践中较多采用理论导向、量测定量和经验判断三者相结合的方法。由于全国各地地
质不同,认识也各异,有各自的设计、施工及测试经验和工程实例。也有很多工程造成质量事故,
且事故性质重复而相同。现国家标淮《建筑基坑文护技术规程》(JGJ120--99)、《建筑地基基础工程
施工质量验收规范(GB50202—2002)已经颁发执行,今后质量事故可望减少。
规范是在已经成熟的理论和实践的基础上制定的,但有些理论还有待完善,软土地区的规定尚待补充,
规范规定还有待技术人员认真贯彻执行。为防止质量事故的重复发生,根据近10多年来国内基坑
工程中所发生的结构倒塌、道路管线坍陷、邻近建筑物损坏等事故约200个实例中,选出事故相
同的一些工程,提出防治方法,以便读者对基坑工程的质量事故及防治方法有所了解和依据。
1.基坑工程包括下列内容:
(1) (1) 围护结构:钻孔灌注桩、挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩、方桩、钢板桩、H型钢桩、地下连续墙、
水泥土墙及土钉墙等。
(2) (2) 拉结与支撑结构:土层锚杆、钢支撑、钢筋混凝土支撑、钢筋混凝土水平框架、钢立柱、钢筋
混凝土立柱等。
(3)地下水控制:深层水泥土搅拌截水帐幕、高压注浆桩截水帐幕、降水排水与回灌。
(4)围护结构、支撑与土体及截水帐幕组成的地下空间结构,如图6—l所示。这些组成内容中的
任何一个环节发生质量问题,将导致整个基坑工程破坏。
2.基坑工程发生质量事故的特殊要点:
(1)截水帐幕如深层搅拌桩墙、高压注浆桩帐幕,若设计、施工不良,将产生漏水、涌砂,导致工程坍塌。
(2)地下管线、水池、化粪池等漏水,将促使土的物理参数指标改变,影响土压力变化,导致产生事故。
(3)主动土压力与被动土压力的大小与土的物理参数有关,且与位移大小和方向有关。
(4)被动土区的土抗力不足时,将引起基坑底隆起发生整体滑移。
(5)排桩或地下连续墙的嵌固埋深(坑下深度)不足,当悬臂时将造成围护结构倒塌,当有支撑时将
造成土体失稳或整体滑移。 (6)支撑系统如节点、立柱、斜撑等质量事故,将造成支撑系统失稳,导致基坑工程
破坏。
(7)锚杆拉接系统由于锚固段长度不足,使角不合适,或锚体与土体极限摩阻力不足,则土层锚杆将
从土体中拔出,导致桩、墙倒塌。
3.基坑工程、设计、施工注意事项:
(1) (1) 基坑工程设计时要调查场地内外管线情况,周围环境。有无上下水管线、化粪
池、水池等漏水情况,
以便考虑采用土的物理指标参数。
(2)在软土地区要考虑土的渗流压力,丰水区要考虑浮力。
(3)截水帐幕的厚度与深度应按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—99)第8.4.1条及4.1.3条核算,
施工应按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》有关规定执行。
(4)排桩、地下连续墙的埋深应按规范规定计算,软土地区应按抗渗流稳定公式核算。
(5)软土地区被动土区抗力不足时,应加深嵌固深度或采取深层搅拌水泥土或其他方法加固被动土区。
(6)钢支撑体系要采取预加应力。钢筋混凝土支撑体系在设计时要考虑收缩及温度应力,要考虑立柱隆起
和沉降对支撑的轴力改变,经测试立柱沉降2~3cm会使轴力增加一倍,因此钢筋混凝土支撑设计安全
系数应为2以上。
(7)土层锚杆在设计时按公式计算的长度或以规范规定的极限摩阻力标准值计算的锚固段,可作为预
估依据(估算、备料等根据)。但在实际施工前必须作锚杆的基本试验,即锚杆与土体的极限摩阻力试验,
根据试验得出的数据,修改原设计锚固段长度,使符合实际情况。
(8)基坑工程稳定性验算:
1)墙的稳定性采用圆弧滑动法核算;
2)基坑底面的稳定性,包括隆起、管涌、抗渗和浮起的稳定采用有关规定验算。
(9)施工过程中必须进行监测工作,一般要求:量测排桩、墙的水平位移和垂直位移,文撑围檩的位移变形,
立柱的隆起和沉降,锚杆的变形与应力及地下水情况等,量测发现异常情况,立即研究采取措施,
可以避免重大事故的发生。
(10)基坑工程以外的一些有关质量通病的防治,可参见本书其他有关章节。
6.1 排桩、地下连续墙支护
6.1.1 悬壁式排桩、地下连续墙嵌固深度不足
1.现象
基坑挖土分两步挖,当第二步挖到将近坑底时发现桩倾侧,桩后裂缝,坑上地面也产生
裂缝,
附近道路下沉,邻近房屋出现竖向裂缝,不久,排桩倒塌,连接圈梁折断,桩后土方滑移入基坑内,
基坑支护破坏。
2,原因分析
悬臂桩的埋深嵌固只有悬臂长的1/3~1/2,嵌固不足,嵌因深度未通过计算确定;其次是水管下水道、
化粪池漏水,使土的物理参数改变,还有的工程,一场大雨造成排桩倒塌,使土的r、φ及c值发生变化,
促使基坑工程坍塌。
3.防治措施
悬臂桩的嵌固深度必须通过计算确定,计算应考虑土的物理参数因素,按本节附录中的公式计算。
不按土的物理参数的具体情况计算确定的嵌固深度,或按经验确定的嵌固深度必将产生重大事故。
6.1.2 锤击式悬臂桩(预制桩、锤击沉管桩)位移太大,有的桩上部折断
1.现象
在软土淤泥质土地区工程桩采用450mm×450mm锤击预制桩或采用∮500锤击沉管桩(配筋8∮18),
为施工方便,将支护桩采用与工程桩相同的配筋与桩径,用锤击桩为挡土桩。基坑开挖土方时并将
土方堆积在坑旁边,基坑开挖后发现桩位移,最大位移达1.15m,有的桩在地面下3~5m处折断。
2.原因分析
(1) (1) 悬臂式挡土桩的直径按规范规定不得小于∮600(配筋不得小于∮20)。与工程桩
不同,
悬臂式挡土桩主要承受水平力,同时在坑边堆土,促使增大侧壁水平压力,因而有的桩在抗弯不
足情况下折断。
(2)在软土淤泥质土中已经锤击密布工程桩(3~4d),锤击数又多,地基土中静孔隙水压力急剧上升,
且无法很快消散,地基中产生强烈挤土作用,工程桩也会产生大的位移,支护挡土桩又系外排桩,
因而位移很大。
3.防治措施
(1) (1) 支护挡土桩应用∮600或大于∮600的灌注桩,不用锤击450mm×450mm的预
制桩,
或∮500的锤击沉管桩,因其抗弯性能不足。
(2)基坑挖土应随挖随运,不得堆在坑旁,以免增加支护桩的水平压力。
6.1.3钢板桩渗漏
钢板桩是由带锁口或钳口的热轧型钢制成,将单块钢板桩互相连接就形成钢板桩墙,
在基坑工程中用以挡水和挡土。
我国常用的拉森式钢板桩,如图6-2所示。
在软土地区基坑深在5m以上时,必须采用拉
结方式,悬臂式桩只能用于5m以下(按规范规定)。
钢板桩施工,先安装围檩,分片将钢板桩打入
土中,筑成封闭式围圈,然后在圈内挖土。围檩及
钢板桩施工立面如图6-3所示。
1.现象
基坑挖土过半时,发现钢板桩渗漏,主要在接
缝处和转角处,有的地方还涌砂。
2.原因分析
(1)钢板桩旧桩较多,使用前禾进行矫正修理
或检修不彻底,锁口处咬合不好,以致接缝
处易漏水。转角处为实现封闭合拢,应有特殊型式的转角桩,这种转角桩要经过切断焊接工序, 可能会产生变形
(2)打设钢板桩时,两块板桩的锁口可能插对不严密,不符合要求。
(3)桩的垂直度不符合要求,导致锁口漏水。
3.预防措施
(1) (1) 旧钢板桩在打设前需进行整修矫正。矫正要在平台上进行,对弯曲变形的钢板
桩可用油压
千斤顶顶压或火烘等方法矫正。
(2)作好围擦支架,以保证钢板桩垂直打入和打入后的钢板桩墙面平直。
(3)防止钢板桩锁口中心线位移,可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板,阻止板桩位移。
(4)为保证钢板桩垂直用2台经纬仪从两个方向控制锤击人土。
(5)由于钢板桩打入时倾斜,且锁口接合部有空隙,封闭合拢比较困难。解决的办法一是用异
形板桩(此法较困难);二是采用轴线封闭法,此法较为方便。
4.治理方法
采用水玻璃水泥浆以阀管双液灌浆系统施工堵漏。
6.1.4 钢板桩倾侧,墓坑底土隆起,地面裂缝
l—现象
采用拉森钢板桩,开挖土方的挖土机及运土车设在地面钢板桩侧,开挖不久即发现钢板桩顶侧倾,
坑底土隆起,地面裂缝并下沉。其中有1例整排桩呈弧形推向坑内方向,中间最大偏移3m,
地面呈弧形,裂缝宽20cm,地面下沉约1m。
2.原因分析
(1)这些钢板桩施工都在软土地区,设计的嵌固深度不够,因而桩后地面下沉,坑底土隆起是管涌现象。
(2)挖土作业时挖土机及运土车在钢板桩侧,增加土的地面荷载,导致桩顶侧移。
(3)从上述1例作实测分析认为:土体已形成两个圆弧滑裂面,一个是深约5~6m的圆弧滑裂面,
使地面形成直径为18m的弧形滑裂圈;另一个是圆心向坑外移,深约10m的圆弧形滑裂面,
在地面上形成直径为30m的弧形滑裂圈,随着两次圆弧滑动,使钢板桩同时位移和倾斜,
当钢板桩拔出观察时,桩未弯曲,桩尖最大推移量约52.5cm。实测说明钢板桩没有满足以
圆弧形滑动的嵌固深度,而且整体稳定性不合格。
3.防治措施
(1)钢板桩嵌固深度必须由计算确定,详见本节附录。
(2)挖土机、运土车不得在基坑边作业,如必须施工,则应将该项荷载增加计算入设计小,
以增加桩的嵌固深度。
(3)钢板桩设计时尚须考虑地基整体稳定。
6.1.5 连拱式灌注桩大桩倒塌、折断
连拱式灌注桩是排桩支护的一种发展,它是由大桩和小桩共同组成一个组合拱截面的 组合截面桩,如图6-4所示。
图中大桩间距L为3000~5000mm,拱矢高f为1/4~1/2L,大桩直径大于∮1000,小桩直径
约300mm左右。连拱式灌注桩支护结构的工作原理是将垂直于拱截面的水、土压力产生的弯拉力,
转化为沿拱轴截面方向的轴压力,因而沿拱轴的小桩可做成素混凝土,让其受压,而作为拱脚的大
桩仍应是钢筋混凝土桩承受弯拉力,如此可以承受较大的悬臂并节约较多(约47%)的资金。
1. 1. 现象
在基坑挖土将到设计标高时,支护拱圈突然倒塌,拱脚大桩折断。
2.原因分析
设计方案错误地认为大小桩组成拱截面,可以个加钢筋全部让素混凝土来承受。但该技术仅系小桩
承受拱轴方向传末的压力,大桩仍需用钢筋混凝土承受拉、弯力。该工程的桩折断、支护倒塌完全
由于大桩中没有钢筋,承受不了弯矩所致。
3,防治措施
(1)采用连拱式灌注桩支护结构,月
仍应看作竖向为一悬臂式结构,其竖向
长度、嵌固深度、最大弯矩、整体稳定、
位移等的计算与一般悬臂支护结构相同。
水平向则取一构造单元,如图6-4中的
一个L间距为计算单元,并将小圆桩组
成不规则截面换算成相同截面积的等厚
度连续板拱截面来计算。因大桩承受弯
矩、位移、稳定性的需要,故必须配置
钢筋。
(2)为了避免质量事故再发生,建议
采用连拱式灌注桩设计时可参考南京民
用建筑设计院陈德文《连拱式基坑支护
结构设计》一文中的计算方法,该文刊
于宇航出版社1994年出版的《高层建
筑地下结构及基坑支护》一书中。
6.1.6 地下连续墙接头漏水涌砂
地下连续墙具有抗渗、挡土和承重功能,它是基坑工程中最佳支护结构之一。由于施 工工艺按槽段施工的要求,必须有接头节点,各种形式的接头在实践中产生,最重要的是 要求接头节点抗渗性能好,地下连续墙整体性能好。最初施工采用的接头是圆管接头,如
图6-5所示,后改用钢板接头,如图6-6所示。现将这两种接头发生的质量问题、原因及改进措施述
之如后。地下连续墙的一般质量通病详见本手册第10章《地下连续墙工程》。
1,现象
基坑开挖过程发现不同槽段接头、不同高度处渗水,光是浑浊泥浆水,然后大量中砂、细砂涌进坑内,
接头地面(墙顶面)下陷,逐渐向深度及广度扩展,坑内堆积泥砂和积水。
2.原因分析
圆形接头管接头在圆管抽出后,形成半圆接头,如65(e)所示,接头管以钢管作成,拔山后形成光滑
圆弧面,易与边槽段混凝土接触面形成缝通道,导致漏水,在基坑挖土后,地下连续墙的墙背受土压力、
水压力的作用,管接头易形成活铰,而位墙体位移,整体性能差,还易使接头缝漏水。因此接头管接
头虽施工简易,但整体性能和防渗性能差的缺点不易克服。经改为钢板接头如图6-6(g),拔出U形
接头管后的封头钢板4的面层必须将泥砂清理干净,否则在邻槽段施工后,两槽段之间有夹泥,
随着基坑开挖,在墙背水、土压力作用下,泥被冲散而形成水流通道,这就是钢板接头漏水涌砂的主要原因。
其次由于这种钢板接头要求严格,钢筋笼长度、槽深(一般20m左右)的偏差,当混凝土浇完拔出接头箱、
U形接头(图6-6f、g)时,会将夹泥带砂包留在槽边,当第二槽段用冲击钻头施工时,很难消除槽边的
泥和砂包,这就造成了槽段间夹泥及砂包。在基坑开挖时造成槽段间的泥砂通道,因而漏水、涌砂。
3.预防措施
(1)封头钢板上的泥砂必须清理干净。
(2)槽段挖深及钢筋笼前作长度的垂直误差须在规定以内,注意起吊接头箱及U形接头,避免泥砂留在
槽段缝处。
4.治理办法
(1) (1) 已经出现的渗水涌砂部分可采取快速堵漏方法用水玻璃水泥堵漏。在渗水涌砂
较严重部分,应在 墙后用高压注浆方法在一定宽、深部范围内注浆。
(2)改进接头管、接头箱方法。上海金
茂大厦地上88层地下3层,地下连续墙深、
36m,槽段接头采用凹凸形楔形接头,该接
头使平面外抗剪能力有较大提高,渗流途径
长,折点多,抗渗性能好,施工难度较小,
操作较易保证质量。但必须保证接头清洗效
果,设计制作楔形刷反复洗刷楔形接头,不
让泥土砂粒留在楔形接头上,如图6-7所示。
接头箱用油压千斤顶及油泵,在混凝土初凝
后逐渐顶拔出。改进的槽段接头,成功地提
高了抗渗能力,加强了墙的抗剪强度。
附录Ⅰ 排桩支护质量标准
排桩支护施工质量标难参见第9章附录“钢筋混凝土预制桩与钢桩施工质量标准”。
附录Ⅱ 地下连续墒质量检验标准
参见第10章附录“地下连续墙质量标准及检验方法”。
附录Ⅲ 关于排桩、地下连续境的水平荷载、 水平抗力及桩、墙嵌固深度的计算
(摘自《建筑基坑支护技术规程》JGJ120--99)
1.支护结构水平荷载标准值eajk可按下列规
定计算(参照附图6-1)。
(1)对于碎石土及砂土
1)当计算点在地下水位以上时:
eajk=σajkKai-2cika
2)当计算点位于地下水位以下时:
eajk=σajkKai-2cika+[(zj-hwa)-(mj-hwa)
μwaKai]γw
式中 Ka——第i层的主动土压力系数,按
Ka=tan2(45o-φik/2)计算i层土压
力系数;
σajk——作用于深度zj处的竖向应力标准
值(kPa);
cik——三轴试验确定的第i层土因结不排
水(快)剪粘聚力标准值(kPa);
zj——计算点深度(m);
mj——计算参数,当zj<h时,取zj,当zj≥h时,取h;
hwa——基坑外侧水位深度(m);
μwa——计算系数,当hwa≤h时取l,当hwa>h时,取零;
γw——水的重度(kN/m3。
(2)对于粉土及粘性土
eajk =σajkKai-2cik 当按以上规定计算的基坑开挖面以上水平荷载标淮值小于零时,
应取零。
2.基坑外侧竖向应力标准值σajk计算:
σajk =σrk+σ0k+σ1k
(1)计算点深度zj处自重应力σrk
1)计算点位于基坑开挖面以上时:
σrk =γmjzj
式中 γmj——深度zj以上土的加权平均天然重度 (kN/m3)。
2)计算点位于基坑开挖面以下时:
σrk =γminh
式中 γmin——开挖面以下土的加权平均天然重度(kN/m3)。
(2)当支护结构外侧地面满布附加荷载q0 时(见附图6-2),基坑外侧任意深度附加 竖向应力标准值σ0k可按下式确定:
σ0k = q0
式中 q0——地面均布荷载(kN /m2)。
(3)当距支护结构b1外侧,地表作用有宽度b0的条形附加荷载q1时,见附图6-3, 基坑外侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值σ1k按下列式确定:
σ1k= q1 b0 / b0 +2b
见附图6-3所示。
(4)上述基坑外侧附加荷载作用于地表以下一定深度时,将计算点深度相应下移,其 竖向应力也可按上述规定确定。
3.水平抗力标准值计算:
参照附图6-4水平抗力标准值计算图。
(1)对砂土及碎石土,基坑内侧抗力标准值:
epjk=σpjkKpi+2cikpi+(zj-hwp)(1-Kpi)γw
式中 σpjk——作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值(kPa);
Kpi——第i层土的被动土压力系数。
(2)对粉土及粘性土,基坑内侧水平抗力标准值:
epjk =σpjkKpi+2cjkpi
(3)作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值
σpjk=γmjzj
式中 γmj——深度zj以上土的加权平均天
然重度(Kn/m3)。
(4)第i层土的被动土压力系数:
Kpi=tan2(45o+φik/2)
4.悬臂式排桩、地下连续墙嵌固深度计
算参照附图6-5所示。
嵌因深度设计值hd按下列规定确定:
hp∑Epj-1.2γ0ha∑Eai≥0
式中 ∑Epj——桩、墙底以上根据本附录3∑
确定的基坑内侧各土层水平
抗力标准值epjk的合力之和;
hp——合力量Epj作用点至桩、墙底的距离;
∑Eai——桩、墙底以上根据本附录1.2确定的基坑外侧各土层水平荷载标准值epjk 的合力之和;
ha——合力Eai作用点至桩、墙底距离;
γ0——建筑基坑侧壁重要性系数,按安全等级,一级γ0=1.1,二级γ0=1.0,
三级γ0=0.9。
6.2 预应力土层锚杆与支护
预应力土层锚杆是一种新型受拉杆件,它的一端与挡土桩、墙联结,另一端锚固在地基的土层中,
以承受桩、墙的土压力、水压力等水平荷载,利用地层的锚固力维持桩、墙的稳定。为不致使桩、
墙的位移太大,锚杆在安装后即在锚杆顶部预加应力以使减少变形。 锚杆与桩、墙的联结支护如图6—8所示,多层锚杆如图6-9。
锚杆的有效锚固长度先由计算得出,然后在工程场地作实地试验得出极限摩阻力后最后确定。
多层锚杆的施工程序为:挖土至第一层锚杆位置下0.5m,制作第一层锚杆并预加应力,然后再挖土
到第二层锚杆位置下0.5m,作第二层锚杆,如此类推。所有用多层锚杆或多层支撑的基坑支护工
程都不能一次挖土到基坑底面。
6.2.1 锚杆被拔出,桩折断,排桩倒塌
1.现象
当挖土到基坑底,发现桩顶部挡土小墙倾侧甚多,顶部地面裂缝并延伸至围墙,旋即排桩倒塌,
上部土体滑动,下水道塌陷,水涌入基坑,有的塌至街道,第一层锚杆从土中完全拔出,护坡桩折
成三段,折点分别在二、三层锚杆处、折点处混凝土破碎,钢筋弯曲,第二、三层锚杆锚头拉脱,腰梁扭断开裂。
2.原因分析
(1) (1) 从事故现象看:第一层锚杆被拔出足以说明锚固长度显然不够,开始产生桩顶
的大量位移和裂 缝并延伸,足以说明其前兆。当第一层锚杆的有效锚固长度不能胜任桩受的水平推力时,锚杆被 拔出,此时桩受的水平推力集中到第二层锚杆支点,桩受到过大的不能胜任的弯矩而折断,而锚
头拉脱、腰梁扭断、裂开是受到复杂的招矩拉力所致,直至整排桩被巨大力所推倒。 (2) (2) 从事故发生后核算中发现,原计算错误在于第一层锚杆间距为2m一根,第二
层锚杆间距为1.5m一根,
但计算桩受水平力系按单位长度(1m)计算,因此出现第一层锚团长度差1倍的误差。作为设计计算者
必须记住由于一时的疏忽而造成严重的后果。 3.防治措施
(1)锚团长度的计算应反复核算,避免错误。
(2)在工程现场必须作测试,以发现计算上可能出现的错误。
(3) (3) 从事故发生的情况看,第一层锚杆的锚团长度非常关键。因此认为多层锚杆支
护体系的第一层
锚扦锚因力特别重要,设计施工者应特别重视。
6.2.2 锚杆不起作用,桩折断,支护结构倒塌 1.现象
基坑较深,采用∮1.0m灌注桩、两层锚杆支护。基坑挖到设计标高后不久,发现局部破坏,
先是锚杆端部脱落,横梁掉下,桩间土开裂,继而裂缝增大,桩顶地面较远处发生裂缝, 最后,桩断、支护结构倒塌,邻近自来水管断裂,基坑受泡,再次塌方,基坑内一片汪洋。
2.原因分析
锚杆端部脱落,说明预应力张拉后锚头没有错固住,横梁掉下说明这一排锚杆在桩端没有受力,
也就是锚杆不起拉结作用,使1m的大直径桩变成悬臂桩,受力后倾侧,桩间土开裂,位移大时
桩顶地面开裂并发展较远,最后桩因受弯矩太大而折断。 3.防治措施
(1) (1) 预应力施工应由有经验技工操作,如无经验,应经过培训并由有经验工人予以
指导。
当锚头锚住后还应检查横梁(一般为工字钢)是否受力。当发现横梁脱落,应立即停止挖土,
研究原因,采取措施,如工地未能采取措施,则倒塌不可避免。
(2)基坑开挖时应作排桩的位移监测,随时可以发现桩有无大的位移,发现后应研究原因,采取措施。 6.2.3 支护结构倒塌 1.现象
基坑深16m,密排大直径∮1.0m灌注桩,一层锚杆,地面距护坡桩边缘建双层工棚及移动式办公室。
施工期间支护桩突然断裂,排桩倒塌,工棚滑入坑内,造成重大事故。 2.原因分析
(1)基坑边缘搭建工棚是重大违规事件,事故原因分析系地面超载,原设计未曾考虑这项外加荷载。
(2)基坑深16m,按该工程地质情况,一层锚杆的方案不安全,再加上超载,导致事故发生。
3.防治措施
(1) (1) 支护方案决不能在基坑边建设工棚,也不能在坑边堆放如钢筋类重物,必须堆
重物或行驶塔吊、
汽车吊时,应计算地面超载,以保证安全。
(2) (2) 如能在基坑底上5m左右增加一层锚杆,则可增加安全,但也应将超载计算进
去,计算锚杆锚
固长度,灌注桩配筋、入土长度等。
6.2.4 锚杆倾角小,锚固力差 1.现象
o
锚杆设汁要求极限承载人为500kN,工程现场试验,倾角15(与水平面的夹角)极限承载力
o
仅为400kN,同样长度改变倾角为25后,极限承载力为600kN,满足设计要求。 2.原因分析
锚杆的承载力与土体的极限摩阻力有关,一般情况下,上层土质较下层土质差,在同样锚
固长度情况下,倾角小时锚固体深入较好土体长度少,如上述试验,锚杆锚团长30m,倾
o o
角15时,在淤泥质粘土中约为15m,在粉质粘土中约为15m;而改为25时,锚固段在淤
泥质粘土中约为3m,粉质粘土中约为14m,在粉砂中约为13m,从附表6-1可以看出不同
土质的极限摩阻力差别很大。 3.预防措施
(1)正式施工锚杆前必须作锚杆基本试验,得出倾角、锚团长度关系,提供设计研究决定。
o o o
(2)倾角必须适宜,按规范规定:倾角为15~25,不大于45。选择合适角度及合适极限
承载力是必要的。
6.2.5 锚县夹片滑脱,失去锚固作用 1.现象
锚具在张拉锚固后不久,失起作用,即钢绞线在锚杆桩测试时不起拉结作用。 2.原因分析
(1)经锚具、夹片等检验发现夹片硬度不足HRC=40,不符合规范规定。 (2)当锚杆受力时,夹片对钢绞线因硬度不足而滑脱,预应力锚固后经不起受力而滑脱。 3.防治措施
(1)夹片应采用表面渗碳工艺,提高硬度,使硬度HRC=50o~55o。
(2)钱杆施工完后应重新检查锚头有无松动、脱落,必要时重新将锚头张拉一下。 (3)工厂交付锚具、夹片时应作详细检查验收,施工单位对锚具质量应切实负起责任。 6.2.6 锚杆与地下连续墙预留孔漏水涌砂
1.现象
基坑工程在做第二层锚杆施工时,墙外水 压力较大,水及砂从预留孔与锚杆钻杆外套管 间流入基坑内,施工人员经验不足时,会将钻 杆拔出造成坑内大量涌水涌砂,造成附近变电 室房屋开裂等事故。 2.原因分析
(1)采用地下连续墙及锚杆支护的工程, 一般在地下连续墙施工时,应在墙内一定位 置预留孔洞,以便锚杆施工时穿过,如图 6-10所示。锚杆外套管与地下墙预埋管之间 的空隙造成水流通道,粉砂在水压力作用下 涌入坑内。
(2)拔出钻杆导致大量流砂从∮203孔中 流入坑内,造成地面塌陷、房屋开裂。 3.防治措施
(1)在孔口设橡皮垫圈,以阻止砂与水涌人坑内,见图6-10所示。
(2)在钻杆钻进时,保持钻头与外套管有一定距离,停钻时缩回外套管内,避免水从套管内进人基坑。
(3)灌注砂浆时保持砂浆压力(0.4~0.6MPa)。
(4)拔管时留下最后两节外套管,待水泥初凝后拔出。
附录Ⅰ 单层锚杆支点计算
(摘自《建筑基坑支护技术规程》JGJ120一99) 单层锚杆支点力及嵌固深度如附图6-6及附图6-7所示。
1.基坑底面以下文护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离hc1可按下式确定(附 图6-6):
ea1k=ep1k
2.支点力Tc1可按下式计算:
Tc1=(ha1∑Eac-hp1∑Epc)/(hT1+hc1)
式中 ea1k——水平荷载标准值; ep1k——水平抗力标准值;
∑Eac——设定弯矩零点位置以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和; ha1——合力∑Eac作用点至设定弯矩零点的距离;
∑Epc——设定弯矩零点位置以上基坑内侧各土层水平抗力标准值的合力之和; hp1——合力∑Epc作用点至设定弯矩零点的距离; hT1——支点至基坑底面的距离;
hc1——基坑底面至设定弯矩零点位置的距离。
3.嵌固深度设计值hd可按下式确定(见附图6-7): hp∑Epj+Tc1(hT1+hd)-1.2γ0ha∑Eai≥0
附录Ⅱ 锚杆施工质量标准
钱杆施工质量应符合下列要求。
1.注浆管宜与锚杆体绑扎在一起,一次注浆管距孔底宜为100~200mm,二次注浆管的出浆孔
应进行可灌密封处理。
2.浆体应按设计配制,一次灌浆宜选用灰砂比1:1~1:2,水灰比0.38~0.45的水泥砂浆,
或水灰比0.45~0.5的水泥浆,二次高压注浆宜使用水灰比0.45~0.55的水泥浆。 3.二次高压注浆压力宜控制在2.5~5.OMPa之间,注浆时间可根据注浆工艺试验确
定或一次注浆锚固体强度达到5MPa后进行。
4.锚杆的张拉与施加预应力(锁定)应符合以下规定:
(1)锚固段强度大于15MPa并达到设计强度等级的75%后方可进行张拉;
(2)锚杆张拉顺序应考虑对邻近锚杆的影响;
(3)锚杆宜张拉至设计荷载的0.9~1.0倍后,再按设计要求锁定; (4)锚杆张拉控制应力不应超过锚固体强度标准值的0.75倍。 5.锚杆倾角宜为15o~25o,且不大于45o。 6.锚杆锚固体上覆土厚度不宜小于4m。
7.锚杆及土钉墙支护工程质量检验标准见附表6-1。
附录Ⅲ 土体与锚固体极限摩阻力标准值
sik当提高。
2.本表摘自《建筑基坑支护技术规程》(JGJl20—99)。
6.3 基坑支撑系统
6.3.1 钢支撑失稳 1.现象
大直径灌注桩,钢支撑支护,水泥搅拌桩作截水帐幕,基坑深8m、9m不等,当土方挖到设
计标高时,一根支撑连杆断裂,围护桩大幅度位移,距坑5m远的路面出现裂缝。 2.原因分析
(1)设计支撑系统截面偏小。
(2)未考虑长细比影响,安全度严重不足,随着基坑开挖深度加大,支撑系统承受压力增大,
造成杆件失稳破坏,支护桩大幅度位移。
3.防治措施
(1) (1) 支撑系统的设计计算应按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120一99)中第4章
第5
节(4.5)支撑体系计算规定设计。
(2) (2) 对工程的具体情况,如土质情况,施工单位等,设计时在安全系数方面可予适
当考虑,
对建设单位要求节约应通盘研究考虑。
6.3.2 角撑未及时支撑造成地面裂缝 l,现象
双排小直径灌注桩加两层钢支撑及角撑,坑深6.5m,挖土到设计底标高时,围护桩发生滑移倾斜,
造成道路及场地地面裂缝。 2.原因分析
(1) (1) 为了挖土方便,下层支撑中的(斜)角撑未及时跟上支撑,改变了围护结构的受
力情况,
造成北边桩滑移倾斜,带动其他桩洲顷斜。 (2)挖土施工未按施工方案操作。
(3)市政道路地下水管破坏,大量水渗入基坑内,降低土的力学指标。 3.防治措施
(1) (1) 基坑工程必须按照施工方案规定施工,即如何分层挖土,何时加撑和斜角支撑
等,
千万不能马虎,必须按方案施工。
(2) (2) 较多工程若发现有地下水管或化粪池漏水现象,在设计前应调查了解,如发现
问题则
在设计时应将士的力学指标如φ,c值予以考虑,即将地质勘探提供的指标,计算时适当提高
安全度,施工时发现有漏水,则应立即组织排除。
6.3.3 钢管支撑间距过大。节点处理不当 1.现象
坑深11m,φ800钢筋混凝土灌注桩,设两道φ914×11钢管支撑,间距8m。挖土至设计标高时,
约30m长支护结构向坑内侧倾斜2.5m,基坑底宽7m的土隆起1.8m,造成巨大经济损失,影响工期。 2.原因分析
(1)支撑间距过大,支撑节点处理不当,延长数十米的结构向内倾斜。 (2)灌注桩入土深度(嵌因深度不足),引起坑内土隆
(3)基坑内土的抗力不足,施工又逢雨季,基坑土体抗隆起稳定性不足,基坑实际已呈破坏状态。
3.防治措施
(1)支撑体系应按规定计算确定间距,处理好节点,如做钢围檩并与围檩焊接好。 (2)必须验算灌注桩嵌因长度,以防止坑内被动土水平抗力不足。 (3)雨季施工应有基坑施工方案,主要是控制地面及地下水。
6.3.4 钢管支撑弯曲破坏 1.现象
淤泥质粘土地质基坑深10m,φ800灌注桩,校长16m,两道φ914×11钢管支撑。 基坑挖土到设计标高时,在宽度方向发生整体滑动,坑底大量土体隆起,地面、道路开裂,
钢文撑多处弯曲破坏,桩折断。 2.原因分析
(1) (1) 钢管支撑失稳破坏是重要原因,因为围护桩体、支撑体系和土体三者互相作用
组成基坑
工程的整体,支撑体系的失稳就会导致整体破坏。 (2) (2) 灌注桩人土深度(嵌固深度)偏小,只有6m,即嵌固深度与开挖深度之比为0.6,
使坑底
被动土区土体抗力不足,引起坑内土隆起,整体滑动破坏。 3.防治措施
(1)钢支撑的设计与施工应按附录各条执行。
(2)灌注桩的嵌固深度应进行核算,即核算被动土区水平抗力是否满足,不足时将产生土体隆起整体滑移。
6.3.5 钢筋混凝土支撑立校下沉,支护结构破坏 1.现象
基坑深9m,2层钢筋混凝土支撑,跨度20m。施工中发现支撑立柱下沉达170mm,支撑梁下挠,
第一道支撑严重开裂,轴力达设计值3倍,坑底涌砂。 2.原因分析
(1)设计时未考虑软土地区支撑立柱下沉如此之多,导致梁开裂。
(2)支撑在温度变化后会产生应力变化,节点变化也会产生次应力,支撑立柱下沉,其
轴力会大大增加。 3.防治措施
(1)将立柱支撑在较好的地层上,并提高沉降安全系数。
(2)尽量选用工程桩(一般软土地区都应用工程桩)作为立柱支承。 (3)钢筋混凝土支撑设计时要考虑温度、节点变位等次应力。
6.3.6 钢筋混疑土支撑破坏 1.现象
坑深10m,地面下20m内为流塑状淤泥,800mm厚地下连续墙(未到细砂层),两道钢筋混凝土支撑。
挖土将到设计标高时,60m长地下连续墙整体滑移,坑底隆起,第一道支撑脱落,第二道支撑大部
分被剪断,外围地面塌陷约4m,附近民房受到损害,坑内形成积水潭。 2.原因分析
(1)主要原因是土体失稳,造成工程结构整体滑动,被动区抗力不足。
(2)整体滑动导致第一道混凝支撑被拉脱落,第二道钢筋混凝土支撑被剪断。 3.防治措施
(1)加深地下连续墙嵌固深度,可以深入到细砂层,避免基坑结构滑移破坏。
(2)增加被动土区的土抗力,采用地基处理方法提高淤泥质土的性能,如在坑内侧做水泥土搅拌桩。
(3)避免整体滑移,就能保证钢筋混凝土支撑不被破坏。
6.3.7 拆除支撑时,邻近建筑物开裂 1.现象
基坑深7.2m,钢板桩及两道钢筋混凝土支撑。拆除钢板桩及支撑时,距坑边6m的三层建
筑物产生严重开裂,但基坑开挖设置支撑时未发现裂缝。 2.原因分析
拆除混凝土支撑时应先换支撑,仍应支持钢板桩,否则钢板桩成为悬臂而加大位移, 导致6m外的建筑物随土的位移地基下沉,建筑物开裂。 3.防治措施
(1)拆除钢筋混凝土支撑时,应先作好牢靠支撑。 (2)肥槽施工时应回填夯实后才能拔出钢板桩。
附录Ⅰ 基坑支撑系统质量检验标准
附录Ⅱ 基坑工程支撑系统设计施工技术要点
1.钢支撑系统
(1) (1) 设计要验算允许偏心下引起的弯矩,施工中要严格控制支撑轴线及交汇点的偏
心。
支撑端点与地下墙、排桩接触的承压板、垫板要均匀接触,承压板中心与支撑轴线要尽量一致。
附图6-8 斜撑构造及A节点大样图
(2) (2) 斜向钢支撑与围护结构墙体或围檩相接处要在墙体或围檩上设支撑钢支托。如
附图6-8A大样,
使支撑轴力线与钢支托上的传力钢板相垂直。钢托与地下墙平面图及锚固、构造见附图6-8。
锚固构造、钢托设计安全系数要提高,特别要求抗剪安全系数K≥2。 (3)钢支撑体系中的支承柱,要有足够的抗回弹和抗沉降的安全度。 (4)钢支撑中应设置预加轴力的顶力装置和测力装置。 2.钢筋混凝土支撑体系
(1) (1) 软土地层中支撑体系的支承柱抗隆起及抗沉降的安全系数应予提高,如基坑内
设深工程桩,
则应尽量以工程桩作文承柱。
(2)合理提高支撑立模的刚度和精度,严格控制偏心误差。
(3)验算温度变化引起支撑应力时,要考虑因升温而伸长时受到支撑两端外侧土体抗力的约束,
而支撑伸长又引起地下墙在强迫位移下产生的内力,可由公式求得。
(3) (3) 在基坑外围地层性质差异较大时,围护结构上各支撑点的向外侧位移不一致。
因土质差异大,
亦会引起整个支撑体系内的次应力,要进行平面支撑框架内力验算。
6.4 截 水 帐 幕
基坑挖土需在较干燥的场地进行,一般有地下水的场地必须降水和排水。如果地下水很丰盛,
或地下水与江河、湖泊相连通,水降不下,排不尽,则不能采用降、排水;另一种情况是不能降水,
因降水会引起邻近建筑物的沉降而产生裂缝。在这两种情况下,为控制地下水,就需采取截水帐幕措施。
基坑四周用截水帐幕,不让地下水进入基坑,同时将坑内地下水抽出,截水后可以在基坑内挖土。
这种方法是在实践中形成的,目前常用的是压力注浆截水帐幕法和深层搅拌水泥土截水帐幕法。
6.4.1 压密桩帷幕漏水 1.现象
基坑深5m,悬臂∮600mm灌注桩,长15m,桩间净距50mm,桩间采用压密注浆桩防渗。
基坑挖到设计标高打垫层时,靠马路一侧发生渗水多处,逐渐扩展到桩后土体中流失, 坑外地面开裂下沉,桩向坑内倾斜,邻近建筑墙体出现裂缝。 2.原因分析
(1) (1) 压密桩的压力不足(仅0.5MPa)是主要原因。技规范要求高压注浆压力应为
20MPa,
即使按三重管法施工使用的低压水泥浆流也应大于1MPa。 (2)桩问间隙(50mm)以及止水桩径太小。 3.防治措施
(1)注浆压力应按规范规定。 (2)止水桩径应大于l00mm。
6.4.2 灌注桩与高压旋喷桩结合不好 1.现象
基坑深8m,采用∮1000mm钻孔灌注桩,桩距1.3m,桩间以∮700mm高压旋喷桩形成止水帐幕。
基坑开挖后,帐幕不截水,发现多处漏水漏砂并有些涌砂,接着相邻湖泊水倒灌,支护桩倾斜,
外围地面塌陷,附近建筑物损坏。 2.原因分析
(1) (1) 高压旋喷桩与灌注桩在一般地质情况下,可以结成帐幕,但在砂质很不均匀层
中就会产生问题。 相同压力下,高压旋喷桩在不同的砂层中成形情况相差悬殊,在砾砂层中所形成的桩径很大,
高压水泥浆在孔隙中流出很远,有记录达4m远。如钻机拔杆速度较快,则形成桩体不密实,
有裂缝、空洞等缺陷。在中细砂中,孔隙小,浆液难扩散,但往往出现局部缩小,与灌注桩结合不好的现象。
(2)在桩较长的情况下,要做到控制垂直度,使两种桩结合组成帐幕不渗水,比较困难。 3.防治措施
(1) (1) 制订方案时应详细研究场地勘察报告,如有不均匀砂层时,应研究是否应用高
压注浆法,
还是采用其他方法,如深层搅拌水泥土法。
(2) (2) 在采用高压注浆法时,灌注桩施工应记录每根桩的垂直度,偏向何方,以便作
高压注浆桩的参考,
使两桩有良好结合,作成防水帐幕。
6.4.3 深层搅拌水泥桩施工质量差
1.现象
基坑深6m,∮480mm振动灌注桩支护,桩长9m,外侧3排直径500mm深层搅拌桩截水,
地下水与海水相通。挖土深4m时坑内漏水涌砂,坑外地面下陷,危及邻近建筑及道路,无法施工。
2.原因分析
(1) (1) 施工质量差是未作成截水帐幕的主要原因。基坑开挖后发现深层搅拌桩垂直度
偏差过大,
一些桩没有搭接,桩间形成缝隙及孔洞。
(2)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—99)第5.4.2条规定截水桩的有效搭接宽度应不小于150mm,
但设计和施工要求互相搭接50~100mm,实际有的搭接仅50mm。 3.防治措施
(1)设计的截水帐幕桩的搭接应大于150mm,同时对桩长的偏差提出要求,究竟应搭接多少应在方案中确定。
(2)必须严格按规范规定施工,应特别重视截水桩是工程的关键部分。 6.4.4 深层搅拌桩截水帐幕深度不足
(2)高压喷射注浆法可用于既有建筑和新建筑的地基处理、深基坑侧壁挡土或挡水、基坑底部加固、
防止管涌与隆起、坝的加固与防水帐幕等工程。
(3)高压喷射注浆单管法及二重管法的高压水泥浆液流和三重管法高压水射流的压力宜大于20MPa,
三重管法使用的低压水泥浆液流压力宜大于1MPa,气流压力宜取0.7MPa,提升速度可取0.1~0.25m/min。
(4)高压喷射注浆的施工工序为:机具就位;贯入注浆管;喷射注浆;拔管,冲洗。 (5)高压喷射注浆可采用开挖检查、钻孔取芯、标准贯入、载荷试验或压水试验等方法进行检验。
2.深层搅拌法
(1) (1) 工程地质勘察应查明填土层的厚度和组成、软土层的分布范围、含水量和有机
质含量、
地下水的侵蚀性质等。
(2)深层搅拌桩平面布置可根据上部建筑对变形的要求,采用柱状、壁状、格栅状、块状等处理形式。
(3)应保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度,搅拌桩的垂直度偏差不得超过1.5%,
桩位偏差不得大于50mm。
(4)搅拌桩应在成桩后7d内用轻便触探器钻取桩身加固土样,观察搅拌均匀程度,同时根据轻
便触探击数用对比法判断桩身强度。检验桩的数量应不少于已完成桩数的2%。 (5)水泥土桩与桩之间的搭接宽度应根据挡土及截水要求确定,考虑截水作用时, 桩的有效搭接宽度不宜小于150mm;当不考虑截水作用时,搭接宽度不宜小于100mmo 3.高压喷射注浆法质量检验标准见7.13附录;深层搅拌法质量检验标准见7.12附录。
6.4.5 墓坑未作截水帷幕发生事故 1.现象
基坑深9m,∮1200mm灌注桩支护,桩长13m,中心距1.5m,桩顶圈梁,一道锚杆拉结,
坑内外同时用降水井降水。地质除上层为杂填土外,其余为淤泥质土。基坑开挖后, 由于没有止水帐幕,坑外泥水不断向坑内渗入,随开挖深度加大而增加。某日大雨倾盆时,
坑边配电间随支护桩3根折断而滑入坑内,附近楼房宿舍向基坑倾斜,最大达27cm。 房屋产生不同程度裂缝。
2.原因分析
(1)场地地下水位高,又是淤泥质土。淤泥质土的流变性强,透水性弱,用管井降水不利,
水位差大促使渗流,使基坑外泥水进入坑内,如采用良好的止水帐幕,则可避免这种现象。
(2)配电间不宜设置在坑边,必须设时,应计算桩及锚杆受力情况。 3.防治措施
(1)软土地区采用降水方法应按土的有效粒径及渗透系数来考虑确定。采用止水帐幕方法可有效截住水源。
(2)基坑周边不应设建筑物,无法避免时,应专门设计防止支护桩及基坑塌坍的方案。
附录 高压喷射注浆法及深层搅拌法技术规定和质量检验标准
1.高压喷射注浆法
(1)高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工
填土和碎石土等地基。
当土中含有较多的大粒径块石、坚硬粘性土、大量植物根茎或有过多的有机质时, 应根据现场试验结果确定其适用程度。
(2)高压喷射注浆法可用于既有建筑和新建筑的地基处理、深基坑侧壁挡土或挡水、基坑底部加固、
防止管涌与隆起、坝的加固与防水帐幕等工程。
(3)高压喷射注浆单管法及二重管法的高压水泥浆液流和三重管法高压水射流的压力宜大于20MPa,
三重管法使用的低压水泥浆液流压力宜大于1MPa,气流压力宜取0.7MPa,提升速度可取0.1~0.25m/min。
(4)高压喷射注浆的施工工序为:机具就位;贯入注浆管;喷射注浆;拔管,冲洗。 (5)高压喷射注浆可采用开挖检查、钻孔取芯、标准贯入、载荷试验或压水试验等方法进行检验。
2.深层搅拌法
(1)工程地质勘察应查明填土层的厚度和组成、软土层的分布范围、含水量和有机质含量、
地下水的侵蚀性质等。
(2)深层搅拌桩平面布置可根据上部建筑对变形的要求,采用柱状、壁状、格栅状、 块状等处理形式。
(3)应保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度,搅拌桩的垂直度偏差不得超过1.5%, 桩位偏差不得大于50mm。
(4)搅拌桩应在成桩后7d内用轻便触探器钻取桩身加固土样,观察搅拌均匀程度, 同时根据轻便触探击数用对比法判断桩身强度。检验桩的数量应不少于已完成桩数的2%。
(5)水泥土桩与桩之间的搭接宽度应根据挡土及截水要求确定,考虑截水作用时, 桩的有效搭接宽度不宜小于150mm;当不考虑截水作用时,搭接宽度不宜小于100mmo 3.高压喷射注浆法质量检验标准见7.13附录;深层搅拌法质量检验标准见7.12附录。
6.5 土钉墙支护
基坑逐层开挖,在坡面用机械或洛阳铲施工成孔(上下左右),孔内放钢筋并注浆, 坡面设钢筋网,喷射C20厚80~200mm细石混凝土,使土体、钢筋与喷射混凝土结合成
为土钉墙,见图6-ll。
土体的抗剪强度低,几乎没有抗拉强度,但 土有结构的整体性。在土体内放置一定长度和密
集分布的钢筋,与钢筋网细石混凝土面层结合形 成复合墙体。在基坑开挖的边坡中应用土钉墙, 不仅有效地提高土体的整体结构,又弥补了土体 抗拉、抗剪不足,通过相互作用,土体自身结构 强度潜力得到充分发挥,改变了边坡变形和破坏 状态,显著提高了整体稳定性。
但是在松散砂土、软塑、流塑粘性土以及有 丰富地下水源情况下,不能单独使用土钉墙,尤 其是在饱和粘土及软土中更须特别谨慎,因为土 钉在这些土中抗拔力低,需要很长很密的土钉 软土的徐变还可使支护位移量增加。在国外不建 议在软土中使用土钉墙。 6.5.1 边坡位移 1.现象
基坑深11.5m,土钉8层,用∮25mm钢筋,长7~13m,上下层间距1.3m,面层喷射100mm厚细石混凝土,
∮8—150mm×150mm钢筋网。上部两排土钉施工顺利,当挖到-5m下时发现腐蚀软土层,监测发现边坡变形过大。
经研究补加两道空28、长16m预应力锚杆,在此同时市政地下水管道爆裂,水量较大,溢出地表,并发现边壁排
水管水量大增,水质污浊,靠近坡脚处的基坑壁出现2cm裂缝。后该区段水流成河,马路下沉,横穿马路自来
水管断裂。 2.原因分析
(1)-5m~-8m段勘察报告为粉质粘土,实际为饱和状的软土,系勘察错误。 (2)下水管爆裂与上水管断裂虽为意外事故,但与市政工程质量有一定关系。 3.防治措施
地质勘察范围要扩大,尤其在有基坑设计施工的情况下,应比原有范围扩大而准确,需要土的各种物理指标作为
基坑工程设计与施工的依据。
6.5.2 相邻建筑坍塌 1.现象
基坑深8m,用空25长6m土钉,南侧5排北侧4排,面层∮6—200mm×200mm钢筋网片细石混凝土,
厚150mm。南面距基坑5m有一幢三层旅行社。地质为:一层填土厚2.2m,二层粘土厚5.3m,三层
为淤泥质土大于3m。土钉墙完工正清理坑底作基础施工时,旅行社楼体发出断裂响声,随即楼房向基
坑方向不断倾斜,24h后,终于倒塌入基坑。 2.原因分析
(1)设计错误之一是方案选择不当。该场地土质较差,如第三层土,在地面下8m左右为淤泥质土,因此
选用单独土钉墙方案不妥,应以土层预应力锚杆与土钉墙结合作支护方案为妥。
(2)设计错误之二是土钉长度严重不足。按《建筑基坑支护技术规程》 (JGJl20—99)第6.1.4条
及表6.1.4计算,设计土钉长度应为6m的一倍。由于土钉长度不足,促使内部及外部整体稳定都产生问题。
(3)设计错误之三是土钉墙整体欠稳定。
按《基坑土钉支护技术规程》 (CECS 96:97)土钉内部整体安全第5.3.1条及表5.3.1核算显示,
安全系数严重不足。从土钉外部整体稳定性分析,可产生整个支护绕基坑底倾角倾覆。 3.防治措施
(1)根据环境和地质条件,采取土层预应力锚杆和土钉墙结合的支护方案。
(2)在地面下第一根土钉处采用预应力土层锚杆,通过测试后设计一根强有力的锚杆,锚杆长度应通过
建筑物宽度,达到较好的土层。
(3)其每根土钉长度应按规范规定计算,一般上部较长而下部较短,并考虑邻近建筑的荷载。
(4)监测边坡情况及监测相邻建筑物倾斜数据,及时发现倾侧情况,立即作出处理。
6.5.3土钉墙滑坡
1.现象
基坑深11.4m,设土钉7层,竖向间距1.5m,水平间距2m,其剖面见图6-12所示。降水原
可降至-12.7m,后改为降至-8m,加明沟排水。当挖到深5~6m时,发现一段下水管渗水,
当挖到深8~9m时,见地下水,基坑壁下部坍塌,无法施工。同时在坑外3m处出现了平行于基坑
、宽约1~2cm的裂缝,南段发生大滑坡,东南角的小锅炉房滑人基坑内,邻近的宿舍(南约6m)及
办公楼(东约6m)均出现平行于基坑的裂缝。 2.原因分析
(1) (1) 主要原因是由于变更降水方案,水降不下去所引起的。因土的物理指标都按地
下水降到-12.7m
以下考虑,但实际仅降到-8mo
(2)设计安全系数偏低,施工单位未作变形监控及土钉抗拔试验,未能及时采取措施c (3)下水管道漏水也是造成滑坡坍塌的一个原因。 3.防治措施
(1)对勘察报告应详加研究,特别是φ、c及渗透系数K等,据此制定降水方案。如对邻近建筑产生沉
降影响,则应制定回灌井点方案即回灌系数的设计,如深度数量、位置及施工方法等。 (2)根据规程计算土钉长度,并按支护内部整体稳定安全系数计算稳定安全系数,应符合规程要求。
(3)施工前应作土钉与土体的极限摩阻力试验,如与规程标准不符时,要调整设计。施工时要作监控。
附录 土钉墙技术规定和质量检验标准
1.土钉与土体极限摩阻力标准值
土钉与土体极限摩阻力标准值按附表6-4计算
(1)土钉采用抗拉试验检测承载力,同一条件下,试验数量不宜少于土钉总数的1%,且不应少于3根。
(2)墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测,孔数宜每100m2墙面积一组,每组不应少于3点。
3.施工监控内容
(1)支护体位移的量测;
(2)地表开裂状态(位置、裂宽)的观察、记录;
(3)附近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察; (4)基坑渗、漏水和基坑内外的地下水位变化。 4.质量检验标准
参见6.2附录Ⅱ附表6-1“锚杆及土钉墙支护工程质量检验标准”。
6.6水泥土桩墙支护
水泥土校墙是一种挡土抗渗的基坑工程结构,它是由深层搅拌水泥土桩互相搭接组成格栅式宽厚的重力墙,
适用于基坑深度不大于6m,安全等级为2~3级的基坑。
水泥土桩墙须同时满足抗倾覆、抗滑移、整体稳定及抗隆起要求。水泥土桩墙的构造见图6-13。
6.6.1 水泥土桩墙嵌固深度不足 . 1.现象
某工程开挖深5~7m,设计支护方案为水泥土墙系格栅与搅拌桩组成,墙厚3.2m,深12m,
挖土到7m时发生坑底涌砂涌水,由于大量砂土冒出,终致水泥土桩墙倒塌。 2.原因分析
主要原因是水泥土桩墙嵌固深度不够,导致抗渗透不稳定,从基坑底涌水涌砂破坏。
按规程规定水泥土桩墙嵌固深度设计值除应满足规程5.1.1条规定外,尚应满足第4.1.3条
抗渗稳定条件的验算,其计算公式(图6-14)如下:
hd≥1.2γ0(h-hwa)
式中 hd——嵌固深度(m); h——基坑挖土深度(m); hwa——地面下水位深度(m);
γ0——基坑侧壁重要性系数,安全等级一级为1.1,二级为1,三级为0.9。
根据公式计算,该工程h=7m,hwa =1m,按二级安全等级计算,hd应不小于7.6m,而实际嵌固仅5m。
显然嵌固深度不足,必然造成渗流破坏。 3.防治措施
水泥土桩墙的嵌固深度必须满足抗渗透稳定条件。当设计墙的 嵌固深度时,应验算hd的深度。
6.6.2 水泥土桩墙施工质量差造成事故 1.现象
基坑深8m,3排水泥搅拌桩格栅水泥土墙支护,兼作防渗帐— 幕,坑内外用深井降水。基坑靠海边,开挖后,水泥土桩墙多处渗 水,挖到快达设计标高时,基坑北侧及西北部角水泥土墙坍塌。基 坑被淹,当基坑抽完水后,基坑土质结构随之破坏,基坑边坡滑塌。 2.原因分析
(1) (1) 水泥搅拌桩施工质量太差,水泥含量少,有未胶结现象。桩搭接不够,按规
范规定,
当考虑防水帐幕作用时,至少应搭接150mm。
(2) (2) 当基坑被淹后,水泥土桩墙后及基坑周围的土处于饱和状态,当将坑内水很
快降下时,
水泥搅拌桩一侧承受较原来更大的饱和地基土的水压力,从而失去平衡,大面积坍塌。 3.防治措施
(1)水泥土桩墙应按下列规定施工:
1) 1) 深层搅拌水泥土桩墙施工前,应进行成桩工艺及水泥掺入量或水泥浆配合比试
验,
以确定相应的水泥掺入比或水泥浆水灰比。浆喷深层搅拌的水泥掺加量宜为被加固土重度的15%~18%,
粉喷深层搅拌的水泥掺加量宜为被加固土重度的13%~16%。
2)水泥土桩与桩之间的搭接宽度,当要求截水时,不宜小于150mm,不考虑截水时应不小于100mm。
3)水泥土墙采用格栅布置时,水泥土的置换率对于淤泥不宜小于0.8,对于淤泥质土不宜小于0.7,
一般粘土及砂土不宜小于0.6。格栅长宽比不宜大于2。 (2)在海边滩地施工应筑防水围堤,以防海潮侵入。
附录 水泥土桩墙质量检验标准
6.7 软 土 地 基
软土是软弱地基的总称,规范规定:天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水量大于液限的细粒土
应判定为软土,包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。其压缩系数大于0.5×10-1MPa。 例如上海是世界三大软土地基城市之一,主要土层为淤泥质土,含水量一般在37%~50%,孔隙比一
般在1.05~1.37之间,土体压缩量大,压缩系数在0.72~1.24×10-1MPa之间,渗透系数很小,
在6×10-7~2×10-6cm/s。
软土的特性是:含水量大,强度低,压缩性高,渗透系数小,地下水位高,土质不均匀, 流变性大,在基坑开挖,坑内排水,坑内外水头差,导致渗流,还会产生渗流破坏。当软土受到振动后,
土结构被破坏,强度降低,很快变成稀释状态,易产生侧向滑移、沉降及基底侧向挤出等现象。
我国软土分布有:滨海环境沉积软土(如渤海、黄海、东海和南海等沿海地区);三角洲沉积软土(如长江
三角洲、珠江三角洲和钱塘江三角洲地区);河流环境沉积软土(如武汉、南京等地区)。 软土分布之广,使很多沿海大城市的地基都处在软土地区。软土地基的一般处理参见3.4.3“软土”部分。
6.7.1 连续墙整体滑移,基坑底面隆起 1.现象
基坑宽10m,长超过200m,挖深9.5~10.5m,地下连续墙80cm厚,深20m,两道 钢筋混凝土支撑,地面下20m范围内为饱和流塑状灰色淤泥,内摩擦角φ=11.5o,粘聚力为12kPa。
挖土到设计标高时,地下连续墙12幅(单元)发生整体滑移,基坑地面隆起,第二道支撑大部分剪断,
第一道支撑拉脱跌落,基坑支护破坏。坑外滑塌区很大,地面下沉最大4m,附近民房受到损害。
2.原因分析
勘察单位建议用于稳定分析的c值为13kPa,φ值为6.5 o,经重新勘察,分析结果稳 定系数K为0.74,认为造成事故的主要原因是土体失稳,被动土区提供的被动抗力不足。 3.防治措施
提高基坑底面的稳定性(包括坑底隆起、管涌、抗渗等)采用的方法,一是加深嵌固深度, 二是加强坑底土的强度。该工程以加强坑底土的强度较为合适(以深层搅拌水泥土加固),
这种方法已在较多工程中试验成功。实践说明用这种方法比加深嵌固深度较为经济。
6.7.2 桩嵌固深度不足,支撑失稳 1.现象
基坑长65m,宽40m,挖深10m,采用16m长∮800mm@1000mm的灌注桩,桩背用 搅拌桩止水,两道∮914×11钢管支撑,淤泥质土,φ=6。45’,c=7kPa。基坑在宽度方向发生整体滑动,
坑底大量土体隆起,地面严重沉陷倾斜,路面严重裂缝,钢支撑发生纵向弯曲失稳、折断,有的灌注桩折断, 基坑整体滑动破坏。 2.原因分析
(1)灌注桩嵌因深度仅6m,严重不足。
(2)被动土区的φ、c值很小,桩端(底)的内摩擦角φ=5 o 45’,粘聚力c=11kPa;因为基
坑内侧水平抗力
(被动土压力)与桩的嵌固深度和土的性质(c、φ值)有关,导致基坑内侧土不能抵抗因外荷载及主动土
压力所产生的压力。
(3)灌注桩搅拌桩、钢支撑和土体三者组成基坑工程整体,支撑体系失稳,就会导致整体失稳。
3.防治措施
(1) (1) 应根据规范公式核算桩内侧水平抗力,如不足则必须加深嵌固深度,或加强土
的强度,即作深
层搅拌桩加固,或者同时加深桩深度和加固土的强度。 (2) (2) 正确设计文撑体系,设计应考虑节点做法,考虑钢支撑温度应力,如有支撑柱,
则应考虑柱的
变形(沉陷或顶升)。参阅本章钢支撑附录钢支撑设计注意事项。
6.7.3 支护桩嵌固深度不足,桩断裂 1.现象
基坑深9m,采用∮800mm灌注桩,长13m。该支护桩事后调查配筋较少。当挖土到设计标
高时适值一场大雨,基坑泡水大多数支护桩在坑底面处断裂,基坑坍塌。 2.原因分析
支护桩嵌固深度仅4m,按规范公式计算其嵌固深度不足。支护桩在坑底面弯矩最大, 而配筋又不足,因而大多数在坑底面断裂。 3.防治措施
基坑工程设计时所采用的c、φ值要考虑留有余地,即考虑泡水时c、φ值的减少。要核算嵌固深度,
应按钢筋混凝土规范规定的圆截面配筋,正确采用钻孔混凝土强度等级及配置钢筋。
6.7.4 软土打桩挤土引起支护桩倾侧 1.现象
某工程正当挖土高潮时,与该工程基坑间隔14m的另一工程基础打桩,速度为每天13~18根,
造成严重挤土作用,使某工程紧靠另一工程一侧支护桩最大位移达1.638m,造成巨大经济损失,
工期延误半年。 2.原因分析
由于打桩速度快,引起较大的超静孔隙水压水造成严重的挤土作用,且软土受振动后,土结构被破坏,
很快变成稀释状态,产生侧向滑移。 3.防治措施
在软土地区最好避免锤击桩(预制桩或沉管桩),采用钻孔灌注柱可以不产生本身工程桩的位移和挤
土后使邻近建筑物桩的位移。实践证明很多锤击沉管桩和打入式预制桩,由于产生超静孔隙水压力,
造成桩位移并影响邻近建筑。
如必须打锤击预制桩时,则应研究工地环境情况,是否影响邻近建筑,否则应采取特殊的措施,
如在基坑边用开槽或防挤孔、砂井等。
6.7.5基坑失稳破坏 1.现象
基坑深10.5m,采用∮800mm的钻孔灌注桩支护,桩长16.5m,并设向道∮914×11
钢管支撑,
位置分别为-2m及-6m,采用深层搅拌桩止水。挖土将到设计标高时,发现基坑底隆起,涌砂涌水,
支撑不稳,基坑工程整体失稳破坏。 2.原因分析
(1)嵌固深度仅6m,由于嵌固深度小,产生渗透不稳定及管涌,按规范嵌固深度核
算,至少应为10.2m。
(2)10.5m深坑内的土,大多为淤泥及淤泥质土,其φ及c值都很小,因此土水平抗力很小,造成滑移。 3.防治措施
在设计基坑工程时,其嵌固深度除满足结构支点及嵌固外,尚需满足抗渗稳定条件的要求。
如勘察报告提供的土的内摩擦角φ及土的粘聚力c值比较小时,则在基坑桩的内侧应采取加固措施,
如水泥土深层搅拌法或压力注浆法等以加固土体,避免产生滑坡失稳。