深圳地铁老旧住宅深基坑施工沉降分析及处理

深圳地铁老旧住宅深基坑施工沉降分析及处理

1代末混凝土桩基深圳建筑公司的七栋建筑（以下简称七栋建筑）位于深圳地铁站东侧的南部（图1）。这是深圳建筑公司的下属建筑。与原三楼相连的第三楼是一座商业建筑（后来由于地铁边界的入侵，深圳地铁公司将其拆除，并拆除部分基础桩）。七层楼和三层裙楼建成于上世纪80年代末,混凝土框架结构,其基础桩为480mm的沉管灌注摩擦桩,桩长8～10m(在拆迁和拔桩过程中发现,部分基础桩的桩径实际仅约350mm,桩体有断桩现象,桩身下端无钢筋为素混凝土)。桩底处于具较高压缩性的残积土层上部,其承载力主要靠桩周摩阻力提供,七层楼距地铁车站施工的基坑边缘0.7～1.5m。七层楼所处地段的土层分布自上而下为素填土（1.6～1.7m）、粉质粘土（0.9～1.7m）、粉砂（2.7～3.2m）、粉质粘土（0.8～2.7m）、砾砂（1.0～3.0m）、残积粉质粘土（9.9～10.7m）、花岗片麻岩全、强、中、微风化层；另该区域的地下水具有一定流动性。临近七层楼的地铁车站，其基坑支护形式设计采用了地下连续墙+钢管内支撑，基坑开挖深度25.8m。2七层楼的沉降变形及技术原因2.1沉降变形分析地铁车站施工过程中，通过对七层楼的变形观测，发现其沉降变形主要发生在两个施工阶段———该区域基坑围护结构施工阶段（2001年10～12月,各测点的沉降变形累计值在8～20mm之间不等）和基坑土方开挖初、中阶段（2002年4～5月,各测点的沉降变形累计值在30～64mm之间不等），尤其是土方开挖初、中阶段，该楼的沉降变形明显加快，出现了局部测点累计沉降值过大和沉降速率过快的情况（5mm/d），楼房的柱间沉降差、楼房倾斜率等变形指标总体已达到或接近规范允许值，局部测点变形值甚至已超出，且楼房的沉降变形有进一步发展趋势。同时，七层楼也因各部位的沉降不均匀性，导致了楼房结构出现了轻度开裂和倾斜现象。尽管施工单位在上述施工期间,根据变形监测数据和变形发展趋势预测,也积极采取了一些应急加固措施(及时调整开挖、支撑安装方案,减小开挖过程中的土体扰动范围，减少坑周土体位移量，尽量缩短围护结构已开挖部分的无支撑暴露时间,在变形较大地段增设加密钢支撑等等)来最大限度的尽量控制和减小该楼的变形发展,但效果不明显。有鉴于此，施工单位果断地停止了该区域的开挖施工。2.2土体扰动摩阻力下降从施工期间的监测数据结果和变形趋势分析，沉降的原因：一方面是由于基坑开挖阶段不可避免的引起围护结构产生水平位移变形，从而导致墙后的主动土压力降低、土层（尤其是砂层）扰动或松动、砂层可能液化，土体产生侧向位移和应力释放，导致该楼基础桩桩周土体受到扰动摩阻力下降；另一方面是因围护结构的渗漏和开挖引起的附近地下水流失和地下水位的降低，致使土层有效压力增加桩基下残积层的固结收缩量增大，使桩周产生负摩擦力，桩的承载力降低，从而导致周边地面和建筑物的桩基下沉。由于基坑开挖的非同时性和基坑与七层楼各部位间的非均匀性，沉降过大和沉降不均匀性必然会引起楼房的开裂和倾斜。当然，监测数据结果也反映了该楼房对周边施工极为敏感，再加上楼房本身桩基较浅、桩体施工质量也不是很好，且与车站基坑距离又近，而且车站基坑的开挖深度又深，客观上来说这些不利条件和影响也是造成该楼前期沉降产生过快过大的诱导因素。3沉降控制措施对于上述七层楼的沉降变形情况，如不采取有效措施对该楼沉降趋势加以控制，会进一步危及到楼房的结构和使用安全，甚至于整个车站基坑施工的安全。3.1层楼继续沉降的影响根据七层楼的沉降原因分析，为有效控制该楼房沉降的进一步发展和尽量减小后期沉降值，施工单位认为有效控制和减小七层楼继续沉降的关键是增强桩周摩阻力和改善地基土层的物理力学性能，提高基础桩承载力和土层的抗变形能力，以抵抗和消除因基坑开挖引起的部分水土流失、土体变形对楼房的影响，控制和减小或甚至避免地面和楼房的沉降。3.2层楼沉降防治方案比选依据沉降防治设计思路，对于七层楼的沉降防治到底采取何种方案或形式，方案的实施既要保证七层楼住户的正常使用不受影响或影响较小，又要兼顾加固保护效果能很好达到预期目标且实施起来迅速有效，不影响后续开挖施工，同时又必须考虑经济性，获得最大的效益比。而目前国内对于建筑物的工程保护手段有多种，常用的工程保护方法有：隔断法、基础托换法、地基加固法、结构补强法等，均适用于地质特复杂和保护要求较高的区域或建筑物。施工单位基于前面防治方案实施的前提条件，对上述多种方案作了认真的分析与比较，最终决定对七层楼沉降防治选用地基加固法。鉴于地基加固法的多种工艺形式，根据目前该楼所处状态和地基基础情况，结合周边场地环境和地质水文条件，经比选和征求了有关专家意见，对于沉降防治处理考虑采用双液双系统注浆加固方案，因为采用双液注浆填充加固进行地层处理是最适合最实际的一种加固方案，实施起来方便迅捷，对楼房住户的生活使用和周边影响程度较小，且加固效果也较容易得到保障，造价也不算很高，经济性和时效性均较好。3.3兰姆处理方案的设计3.3.1垂直注浆孔-磷孔相结合在七层楼和车站基坑相距较近且受基坑开挖影响较大的地段（即楼房东段范围）内，布置3排静压注浆孔（靠近基坑的1排为垂直孔、另2排为深入到楼房底板下地基土层的倾斜注浆孔），第一排孔与七层楼相距0.4～0.5m；在七层楼和车站基坑相距较远且受基坑开挖影响较小的地段（即楼房西段范围）内，布置1排静压注浆孔，与七层楼相距1m。垂直孔、倾斜孔底深度均进入残积层5m，注浆孔孔距1.5m、排距0.8m，梅花布置(图2)。垂直注浆孔（孔深15m）的目的是将七层楼与基坑间的土层进行注浆充填、固结，提高土层的密实度、内摩擦角、内聚力和变形模量等，改善土层物理力学性能，提高抗变形能力。斜注浆孔（孔深17.32m、俯角60°）的目的是将七层楼底板以下的地基土和桩周土体进行充填、渗透和压密加固，提高桩周摩阻力和桩基承载力，以抵抗或消除因基坑开挖引起的部分水土流失和土体变形对楼房的影响，有效控制地面及楼房的进一步沉降发展（图3）。3.3.2施工方案及施工特点静压加固注浆采用双层管双栓塞工法，该工法具有：(1）注浆不受时间限制，可反复多次注浆提高注浆加固效果；(2）灌注不受深度限制，可深可浅，可根据不同地层，有选择性地进行分层分段注浆；(3）钻孔和注浆两个工艺分开进行，施工周期可缩短；(4）注浆可控性好，可根据需要对任何一个注浆段进行少量多次重复注浆，可注性和可控性比其他注浆工法优越，可克服其他注浆工法可注性和可控性较差的缺陷。3.3.3b液的注浆注浆材料：A液为水泥浆，32.5R普通硅酸盐水泥，水灰比0.8:1～1:1;B液为水玻璃，波美度25～30。A、B液的注入比例为0.7～1.0。注浆压力：浅部注浆终压为0.6～1.2MPa;深部终压为1.6～2.0MPa。注浆量：水泥用量250～290kg/m。土体注浆有效扩散范围1.0～1.5m。3.4孔注浆加固(1）注浆顺序：注浆施工先进行和完成外排垂直孔的注浆，然后进行斜孔注浆，每排孔进行分序跳孔注浆，即先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔，逐渐加密注浆。(2）钻孔、插管：钻孔至设计深度后，把底端封闭的袖阀套管（外管）插入孔底，管上间隔33cm开有一组射浆孔，孔口外侧用橡胶胀圈包好。用套壳料封闭外管与孔壁间的空隙，然后拔除钻孔套管。在外管（袖阀套管）内插入两端都装有密封双栓塞的注浆花孔芯管。(3）注浆：待套壳料具有一定强度后，开始注浆。浆液在压力作用下通过内管从两组栓塞的中间经射浆孔胀开胀圈，挤破套壳料均匀进入土体中，逐次提升（或下降）芯管，进行分层分段注浆和不同时间多次反复注浆，直至达到注浆结束标准为止。每孔注浆均采用双管双液少量多次循环反复注入，尤其是深部注浆，循环复注2～3次，每次灌浆压力较前一次稍大，最后一次循环灌浆终压控制在1.6～2.0MPa。少量多次反复注浆使浆液在设计范围内均匀扩散，初次注浆是充填注浆，使浆液在较小压力下充填到土中较大空隙或裂隙中，第二次复注是保证初次充填注浆的效果，使浆液再挤入或压入较小空隙中，最后1～2次注浆是保证加固效果，使浆液封闭固结土层的所有空隙或裂隙，形成完整性较高的加固体系。在注浆加固施工的同时，加强对建筑物和基坑围护结构的施工监测，避免因注浆施工造成围护结构产生过大的水平位移和建筑物过量的上抬。注浆施工配合施工监测成果作相应适时的调整，以确保安全。4沉降累