某高层住宅地基基础建设技术分析

某高层住宅地基基础建设技术分析

0防空洞地基建造建设的必要性重庆是个“山城”。20世纪50年代，重庆修建了大量的防空工程和其他防空工程。随着这座年轻直辖市的快速建设发展和城市规划需要,一些高层建筑物不可避免地要在防空洞地基上修建。如何科学有效地解决在防空洞地基上修建建筑物,特别是修建高层建筑的问题,已成为工程建设中非常重要的技术问题。1地下水钻施工重庆某经济适用房建筑总面积27000m2,高60m,为框架—剪力墙结构,分A,B两栋,地上20层为住宅,地下2层为车库。采用挖孔桩基础,水钻施工。其中A栋及地下车库位于防空洞上。按照要求和规定须保留防空洞,因此需要对防空洞、边坡进行加固处理。该防空洞形成于抗日战争时期,洞内呈台阶状,洞顶围岩由中风砂岩组成,基本稳定,洞室内局部有卸荷裂隙及陡倾裂隙发育,局部洞顶和侧壁有崩落现象,稳定性较差。场地施工深度内不存在地下水的影响。岩层倾角平缓,岩石地基稳定,为6度抗震设防区,环境水对混凝土无腐蚀性。场地南侧约10m处有一栋3层干打垒居民楼,北侧有一栋6层砖混结构居民楼,施工场地较狭小。2确定地下采矿的方案为减少爆破作业对防空洞和边坡的影响,决定在基坑开挖中采用预裂光面爆破。3抗空孔加固处理3.1局部失稳后的整体失稳及桩基基础在设计中,作为地下车库地面而言,按地下室-2层标高292.00m整平后,洞顶顶板厚度仅为3m～3.50m,而跨度达17m～18m,现状条件不稳定,有新近崩落,在场地施工平整中放炮时岩体完整性及结构面强度将进一步降低,并且完全可能产生新的裂隙,此时洞顶围岩稳定性将进一步降低,可能局部失稳后造成整体失稳或直接整体失稳。以②③段为例,按地下室-2层标高292.00m整平后洞顶顶板岩层厚度3m。洞室围岩地基稳定性按DB50/5001-1997(9.20.4-2和9.2.4-3)冲切模式计算结果如下:F1=2215.58kN,Um=7.536m。同理,算得①②段、③④段洞室围岩地基极限承载力分别为2531.42kN和2800.25kN,均远小于住宅楼单桩荷载8000kN承载力要求,桩基不能直接置于洞顶围岩之上。该工程采用挖孔桩基础。按照设计,共有26根桩穿过洞体,其中最长的桩为15m,综合考虑基础形式地基土与上部结构的协同作用,洞顶设置垫层、架空板。桩基础落在防空洞底,嵌入中等风化带砂岩岩层深度3m,满足高层建筑抗倾覆的要求,形成贯穿式支撑(如图1所示)。其中桩身最长为15m。在防空洞中进行桩施工时,采用钢模加砖模的支模方式,即先用砖依照桩的尺寸进行围砌,再在其外部加设钢模板,且钢模板中设有拉杆,防止浇灌混凝土时压力过大冲破模板。3.2钢筋混凝土柱支撑防空洞施工防空洞跨度较大,最大跨度约20m,具体采用顶撑加固法,即在洞内加设支柱,把集中荷载传到洞底基础上,用顶撑加固法基本不影响防空洞继续使用。采用混凝土柱支撑不稳定岩体。在防空洞顶围岩承受荷载较大处共加设13根1.2m×1.2m的钢筋混凝土柱用于支撑洞顶。柱基础嵌入岩层2m,上部浇筑至防空洞顶。施工时,在洞顶浇灌位置引出一条沟槽,便于浇灌混凝土。处理防空洞应对地基、基础及上部结构视为整体。由于防空洞穿越建筑物底部,涉及地基及基础,在处理地基、基础时应适当加强上部结构的刚度,使地基、基础及上部结构协同工作,避免造成不均匀沉降。3.3防空洞转角及交叉处的处理防空洞拱顶在上部岩层荷载的作用下,对拱脚岩石产生向下的压力和水平推力。而防空洞洞体周围有空隙或扰动岩层,特别是在防空洞转角处和交叉处范围更广,承载力较低,需要加以处理。较为有效的处理方法是采用压力灌浆,通过注浆管将浆液均匀地注入土(岩)层中,使土体(或岩体)密实,并形成复合地基,有效地加强洞体周围岩体(土层)的强度,对新发现的两条裂缝用水泥砂浆进行填补。此外,还对边坡进行加固,提高防空洞地基稳定性。4边缘管理4.1边坡表面元素组成工程主要不良地质作用为防空洞和场地北东侧边坡,其中场地北东侧的边坡平面形态呈折线状,总体上可分为两段。边坡除坡顶有少量填土和很薄的强风化层外,主要由中风化带砂岩组成。根据室内砂岩抗压强度,砂岩饱和抗压强度标准值20.30MPa为较软岩。分析时偏安全地考虑假定外倾裂隙从坡顶贯通到坡脚,则边坡将沿外倾结构面产生剪切破坏。场地北东侧边坡距拟建高层建筑水平距离很近。4.2抗剪和边坡稳定验算从工程地质测绘分析,边坡受外倾裂隙及岩层层面切割而呈块状结构,局部块体在下部失去支撑的情况下沿层面崩落后局部形成凹岩腔,卸荷裂隙切割凹岩腔局部形成潜在不稳定体。现状条件下边坡局部修筑有较矮的挡墙,边坡无掉块、崩塌现象。边坡外倾裂隙结合程度较差,在施工平场放炮和进一步风化作用中,外倾裂隙完全可能进一步向深部延伸,潜在凹岩腔不稳定体和边坡可能沿外倾裂隙产生崩滑。边坡裂隙面平整,呈张开状态,且局部张开较宽,并已充填泥质物。结构面抗剪参数取ϕ=15°,c=0.03MPa,基础荷载F=8000kN,岩体自重为381.5kN/m,边坡破裂角取78°,等效内摩擦角取65°。在考虑基础荷载后,边坡稳定安全系数Fs=0.1,按一级边坡稳定安全系数Fs=1.35考虑,边坡欠安全,参照规范Ⅲ类较完整边坡8m高边坡稳定而15m高则欠稳定的结论,该边坡最高达17m,为不稳定结构边坡。因此基础荷载不能直接置于坡顶之上。同时由于住宅楼离边坡坡顶太近,拟建物基础嵌岩段在边坡破裂面以下,并保证一定净边距。4.3边坡锚杆支护该边坡为岩质边坡,岩石完整性较好,但坡面凹凸较严重,板肋式挡墙岩面平整的施工难度大,坡顶又不宜放坡,因此决定对边坡采用格构式挡墙和喷锚支护。在杂填土及强风化岩层的坡顶地段,原设有条石挡墙(嵌入中风化砂岩层800mm),现加设格构式挡墙支护,在边坡顶部设置挡板支护,其余地段上下均为裸露砂岩,不需使用挡板。条石挡墙上部格构柱基槽尺寸为500mm×600mm,嵌入岩石800mm,基底铺设一层Φ12@150钢筋网片。挡墙钢筋采用双层双向网格布置,网格尺寸为200mm×200mm(见图2)。边坡上每2m～3m左右见方设置一锚杆,锚杆锚固在基岩中,锚杆长度为15m,直径为110mm。锚杆与水平面成15°角,向下钻进,兼以水平、竖向纵横肋梁拉结以加强锚杆支护整体性,以防边坡表面岩层风化。双层配筋,喷射混凝土面层厚150mm。同时,为防止洞顶上部积水对坡体的不利影响,在支护面层背层部插入长度为400mm～600mm,直径不小于40mm的水平包滤网排水管,其外端伸出支护面层,间距为2m,上下交错布置,贯穿墙体,最后一排泄水孔的出口高出地面300mm且高于台阶200mm。5桩基嵌岩段的质量控制1)防空洞属于重要的人防设施,在工程建设时应注意保护。2)在防空洞地基上修建高层住宅时,设计阶段应认真进行防空洞及边坡的应力分析。3)由于防空洞不稳定,对于防空洞部位及附近的桩基,桩基在防空洞洞底标高之上段不能计入嵌岩深度,桩基应深入到防空洞底中等风化基岩之下,并且嵌岩段应在边坡破裂面以下,嵌岩深度须满足基础稳定性验算要求。4)本工程在出现问题后及时查找原因,进行现场调查分析,确定了新的基