超大深基坑支护结构空间效应分析

超大深基坑支护结构空间效应分析

随着城市建设的快速发展，深基坑的规模不断扩大。由于基本工具的复杂性，有时会发生安全事故。长江漫滩区地层具有典型的二元结构，上部为软黏性土层与粉砂层互层；下部以砂、砾石层为主，一般为承压含水层，基坑开挖时易产生漏水、漏砂、突涌等事故1酒店式公寓工程位于南京市江北新区，项目包含一栋22层酒店式公寓，多栋7～12层科研设计楼，一栋3层体育馆、3层裙房及2层满堂地下室。基坑面积约92000m2级粉砂夹粉砂的精细解析根据勘察揭露、现场测试及室内试验，基坑开挖影响范围内土层分布及主要物理力学指标如表1所示。场地地下水类型主要为孔隙潜水，稳定水位埋深为0.10～2.60m,赋存于①层填土、②-1层淤泥质粉质黏土、②-2层淤泥质粉质黏土夹粉砂、②-3层粉砂夹粉土中，主要由大气降水和地表水渗入补给，以蒸发方式排泄。承压含水层由③-1层粉砂、③-2层粉砂、③-3层粉细砂及④层中粗砂混卵砾石组成，实测承压水头标高为4.65～5.12m,主要由长江地下径流补给，排泄以侧向径流为主。3基金设立计划3.1支护方案的确定基坑开挖面积超大、开挖深度较深，因此本工程重点考虑了施工的便利性与快速性，采用了排桩加3道高压旋喷预应力锚索、钢筋混凝土角撑，基坑中部间隔采用坑底被动区土体深搅桩加固的支护方案。以基坑北侧为例，中部采用3.2停止水和沉淀设计支护桩外侧均采用3.3被动区域加固设计为提高被动区土体强度，控制基坑变形，在锚索施工平面范围内采用1排3.4工区域同步分层开挖锚索综合考虑基坑变形控制及施工效率，将基坑分为3个施工区域同步分层、分区开挖。每层土方先开挖四周土体，为锚索提供施工作业面，锚索张拉锁定后，再将各区土方分段开挖至下一层锚索施工作业面。为降低基坑长边效应3.5锚索开挖和打穿坑道从基坑土方开挖至地下结构施工完工，共历时约8个月，实际开挖情况可分为5个施工工况，如表3所示。工况1—3中，待各区高压旋喷预应力锚索达到设计强度且施加预应力完成后，先开挖本区锚索周边范围内的土方，等所有区域锚索施工完成后，再进行大面积土方开挖，各层锚索施工完成时间约15d。施工第3层锚索时，基坑东侧、南侧及西侧锚索孔道主要穿过②-3层粉砂夹粉土，基坑北侧锚索孔道主要穿过②-2层淤泥质粉质黏土夹粉砂。锚索施工需打穿基坑外侧止水帷幕，坑外水头压力较大，地下水涌入锚索孔道，出现漏水、漏砂等情况，其中东侧、南侧、西侧及北侧坑角部位漏水、漏砂等情况普遍较严重。锚索孔道内存在的水流易导致注浆不密实，水泥土成型差，锚索抗拉强度得不到充分发挥，影响锚索工作性能4测量数据分析4.1水平位移增量图3为支护结构顶部水平位移曲线。由图3可知：开挖初期，各桩顶水平位移增量交错增加，并无明显的空间分布特征；随着开挖深度的增加，水平位移增量也逐渐增大；基础底板施工完成后，水平位移增量逐渐趋于稳定。角撑拆除前(工况5)水平位移增量具有明显的空间分布特征，无论长边还是短边都呈现中间部位大、坑角部位小的特点，离坑角越近，水平位移增量越小，其中D1的水平位移增量为20.4mm,D9的水平位移增量为28.6mm,两者有较大的差距，且长边的平均水平位移增量大于短边的平均水平位移增量。由李大鹏等4.2土方开挖期间最大水平位移增量的变化图4为土体深层水平位移沿深度方向的变化曲线。由图4可知：测点CX27在第3和4层土方开挖期间的水平位移最大值分别增加了9.9和9.2mm,第4层土方开挖期间最大水平位移增量却小于第3层土方开挖期间的最大水平位移增量，这是因为第3层锚索施工导致基坑漏水、漏砂，因此采取了坑外降水措施，使基坑外侧水、土压力减小，而第4层土方采用了分仓开挖的方式，有利于控制基坑的变形。测点CX6在第3和4层土方开挖期间的水平位移最大值分别增加了10.7和13.4mm,这是因为基坑北侧漏水、漏砂情况较其他3侧少，坑外降水范围也小，因此对北侧支护结构变形影响较小。4.3第三阶段：水位下降阶段图5为坑外地下水位随时间变化曲线。由图5可知：第3层锚索施工前(工况3),水位呈逐渐下降趋势但变化幅度较小，水位处于-1.5～0.5m范围内；第3层锚索施工期间，基坑出现漏水、漏砂，为保证锚索的正常施工，坑外降水至-9.7m,此阶段水位迅速下降；随着底板的浇筑完成，逐渐停止坑外降水，水位有一定的回升且逐步趋于稳定。4.4报警值图6为道路沉降变化曲线。由图6可知：开挖前期，道路沉降缓慢增大；施工第2层锚索时，道路沉降范围为20～28mm,报警值为40mm。道路沉降主要发生在坑外降水期间，为了保证第3层锚索的正常施工，坑外降水至-9.7m,降水引起土体有效应力增大，从而造成道路在此阶段有较大的沉降。降水期间，测点R30累计沉降达到了209mm,约占监测期总沉降的86.2%;随着底板的浇筑完成及坑外降水的逐渐停止，道路沉降逐步趋于稳定。4.5锚索轴力检测图7为锚索轴力变化曲线。由图7可知：第1层锚索轴力普遍大于第2和3层锚索轴力，这是因为第3层锚索施工期间，基坑漏水、漏砂及坑外降水导致锚索注浆不密实，水泥土成型差，锚索强度得不到充分发挥，基坑外侧水、土压力减小。第2层锚索轴力测点(MS2、MS4、MS7)在第3层锚索施工期间测得的轴力与第2层轴力相比，均出现了不同程度的减小，这与文献经统计所有测点监测期内数据可知：第1层锚索轴力变化范围为84.0～299.7kN,平均值为206.7kN,该值为设计值的71.3%;第2层锚索轴力变化范围为40.0～237.5kN,平均值为105.7kN,该值为设计值的27.4%;第3层锚索轴力变化范围为47.7～181.9kN,平均值为93.7kN,该值为设计值的24.3%。监测结果表明：第1层锚索的实测轴力最大值超过了设计值，且实测平均值达到了设计值的71.3%,施工过程中应加强对第1层锚索轴力的监测，防止因锚索轴力过大导致基坑失稳破坏。5桩锚支护施工要点1)深基坑支护结构变形具有明显的空间效应，基坑中部支护结构的水平位移大于角部的水平位移。基坑施工过程中，应加强对基坑中部支护结构的变形监测。2)虽然桩锚支护结构具有工期短、施工方便等优点，但并不适用于南京长江漫滩区典型二元结构地层的超大深基坑支护中，成孔施工处理不当易导致基坑漏水