导致软土地区深基坑异常变形原因分析
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摘要:本文结合对软土地区深基坑工程若干监测案例的分析,总结出三个影响软土地区深基坑异常变形的主要因素,以期对软土地区深基坑工程合理施工起到一定的指导作用。
Abstract: Combined with analysis of a number of monitoring cases of the deep excavation engineering in soft soil area, this paper summed up the three factors effecting deep excavation abnormal deformation in soft soil area, to hope to guide the reasonable construction of deep foundation in soft soil area.
关键词: 软土;监测;变形
Key words: soft soil;monitoring;deformation
中图分类号:TU7 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0072-02
0引言
工程地质学通常把淤泥、淤泥质土以及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般粘性土统称为软土。江浙沪一带即处在软土地区,通常在软土地区进行深基坑开挖时风险较大,通过对软土地区深基坑开挖异常变形原因的分析,有利于我们合理组织施工,有效控制深基坑开挖时所带来的风险。
1地下水因素
软土地区通常地下水较丰沛,深基坑工程易导致周边地下水位流失,进而导致基坑周边1～3倍开挖深度范围内的地表、建(构)筑物、管线等出现大面积沉降。引起沉降的主要原因有以下几种:①围护结构存在渗漏点,且封堵不及时;②坑外进行降水作业;③承压水绕流至坑内。在实际监测过程我们发现,很多工程在出现上述一种或几种情况后,其周边地表均会发生沉降较大。同时,还会伴随出现周边路面开裂、建筑物外立面开裂脱落、管线变形不均匀沉降等情况。
例1:某深基坑工程地处市区,基坑两侧建筑物较多,建筑物距离基坑最近处仅15米,基坑开挖前施工单位按照设计要求进行了坑外降水作业,开挖期间围护结构出现部分渗漏点,导致周边建筑物、路面及地下雨污水管等均发生较大沉降。
表1列出了该工程深基坑开挖前后部分周边地表沉降量。
除上述地表沉降监测点外,该工程剩余地表沉降监测点位也全部报警,部分建筑物的累计沉降量也超过30mm报警值。图1、图2分别为该工程周边道路及建筑物开裂情况。
2施工合理性因素
由于软土的流变性较强,在软土地区进行深基坑开挖,严格按照设计施工步序进行施工,及时合理组织各道施工步序间的衔接,可以把基坑及周边环境的各项监测变形值控制在合理的范围内,反之则影响较明显。下面几个关键施工步序对工程变形影响较大:①开挖时围护结构或砼支撑的强度是否达到设计要求;②坑内、外降水的效果是否达到设计要求;③分层分段开挖的高度及长度是否严格按照设计要求;④支撑架设是否按照设计要求及时进行;⑤支撑预加应力是否达到设计要求或损失较大;⑥支撑拆除时是否按设计要求及时换撑;⑦结构施工是否及时跟进。
例1:某深基坑工程在进行土方开挖时未严格按照设计的要求进行分层整体开挖,导致在坑内形成了一个高度超过3米的土坎(一般不宜超过1米)(图3):
该土坎的形成直接造成了第三道支撑不能及时架设,导致开挖侧坑内外水土压力严重不平衡,进而导致围护结构发生较大变形,从图4的对比可以看出开挖侧和有土坎侧在第三道支撑架设前9天内的围护结构变形量明显不对称。
例2:某深基坑工程支护体系第一道采用砼支撑,其余采用钢支撑,在基坑开挖至第三道支撑以下后发现,第一道砼支撑轴力明显加大,且支撑表面出现细小裂纹。出现上述情况后,业主立刻组织相关各方召开会议查找原因。通过对监测数据的认真分析,发现导致出现砼支撑轴力加大、支撑表面出现裂纹的主要原因为砼支撑以下钢支撑预加应力损失较大造成的。
表2为施工监测和第三方监测的砼支撑轴力值,均接近或超出设计报警值。
通常支撑架设时预加应力一般宜为设计值的60%左右(考虑部分损失应力),这样才能保证支撑体系应力的合理分布,控制围护结构的变形量。表3中第三方监测的砼支撑以下钢支撑的轴力实测值远小于设计轴力值,随着基坑开挖深度的不断加大,可能会进一步导致砼支撑轴力加大,进而出现踢脚变形增大、坑底隆起甚至基坑整体失稳等险情。通过对砼支撑以下的钢支撑进行加力后,第一道砼支撑的轴力明显减小(见表4)。
3时空效应因素
软粘土具有蠕变、松弛、流动和长期强度等流变特性。当基坑挖土卸荷时,围护结构向坑内发生变位,坑外土体受到扰动,随着变位的增加,作用于围护结构的土压力逐渐减小,根据土体的流变规律,土体在变形一定的情况下,具有应力随时间衰减的特性,但其作用在围护结构上的侧压力将逐渐增大,进而引起围护结构变形的不断变大。因此,软土地区受时空效应的影响更为明显,施工过程更应掌握好时空效应,保证工程的安全。
例1:某深基坑工程在开挖第三道支撑以下土方至垫层浇注(共四道支撑)用时长达27天时间,期间受时空效应及坑内土方开挖卸荷双重影响,围护结构变形较大(图5)。
例2:某深基坑工程在结构底板施工完成后,由于结构施工班组人员不足,导致结构施工进展缓慢,结构底板浇注完成至顶板封闭用时长达80天。受时空效应等因素的影响,工程围护结构发生较大变形(图6)。
4结束语
以上三个因素仅是影响软土地区深基坑工程异常变形的部分主要因素。随着深基坑设计理论、岩土工程理论的不断发展及监测手段的不断丰富,我们对深基坑的异常变形原因的认识会逐步加深,通过不断的总结认识特殊地质条件下的深基坑开挖异常变形原因,有针对性的调整设计方案及施工方案,才能切实的保证工程的质量及安全。
参考文献:
[1]林鸣,徐伟主编.深基坑工程信息化施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]刘招伟,赵运臣著.城市地下工程施工监测与信息反馈技术[M].北京:科学出版社,2006.