深圳地鐵老舊住宅深基坑施工沉降分析及處理

深圳地鐵老舊住宅深基坑施工沉降分析及處理

1代末混凝土樁基深圳建筑公司的七棟建筑（以下簡(jiǎn)稱七棟建筑）位于深圳地鐵站東側(cè)的南部（圖1）。這是深圳建筑公司的下屬建筑。與原三樓相連的第三樓是一座商業(yè)建筑（后來由于地鐵邊界的入侵，深圳地鐵公司將其拆除，并拆除部分基礎(chǔ)樁）。七層樓和三層裙樓建成于上世紀(jì)80年代末,混凝土框架結(jié)構(gòu),其基礎(chǔ)樁為480mm的沉管灌注摩擦樁,樁長(zhǎng)8～10m(在拆遷和拔樁過程中發(fā)現(xiàn),部分基礎(chǔ)樁的樁徑實(shí)際僅約350mm,樁體有斷樁現(xiàn)象,樁身下端無鋼筋為素混凝土)。樁底處于具較高壓縮性的殘積土層上部,其承載力主要靠樁周摩阻力提供,七層樓距地鐵車站施工的基坑邊緣0.7～1.5m。七層樓所處地段的土層分布自上而下為素填土（1.6～1.7m）、粉質(zhì)粘土（0.9～1.7m）、粉砂（2.7～3.2m）、粉質(zhì)粘土（0.8～2.7m）、礫砂（1.0～3.0m）、殘積粉質(zhì)粘土（9.9～10.7m）、花崗片麻巖全、強(qiáng)、中、微風(fēng)化層；另該區(qū)域的地下水具有一定流動(dòng)性。臨近七層樓的地鐵車站，其基坑支護(hù)形式設(shè)計(jì)采用了地下連續(xù)墻+鋼管內(nèi)支撐，基坑開挖深度25.8m。2七層樓的沉降變形及技術(shù)原因2.1沉降變形分析地鐵車站施工過程中，通過對(duì)七層樓的變形觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)其沉降變形主要發(fā)生在兩個(gè)施工階段———該區(qū)域基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工階段（2001年10～12月,各測(cè)點(diǎn)的沉降變形累計(jì)值在8～20mm之間不等）和基坑土方開挖初、中階段（2002年4～5月,各測(cè)點(diǎn)的沉降變形累計(jì)值在30～64mm之間不等），尤其是土方開挖初、中階段，該樓的沉降變形明顯加快，出現(xiàn)了局部測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降值過大和沉降速率過快的情況（5mm/d），樓房的柱間沉降差、樓房?jī)A斜率等變形指標(biāo)總體已達(dá)到或接近規(guī)范允許值，局部測(cè)點(diǎn)變形值甚至已超出，且樓房的沉降變形有進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，七層樓也因各部位的沉降不均勻性，導(dǎo)致了樓房結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了輕度開裂和傾斜現(xiàn)象。盡管施工單位在上述施工期間,根據(jù)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和變形發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè),也積極采取了一些應(yīng)急加固措施(及時(shí)調(diào)整開挖、支撐安裝方案,減小開挖過程中的土體擾動(dòng)范圍，減少坑周土體位移量，盡量縮短圍護(hù)結(jié)構(gòu)已開挖部分的無支撐暴露時(shí)間,在變形較大地段增設(shè)加密鋼支撐等等)來最大限度的盡量控制和減小該樓的變形發(fā)展,但效果不明顯。有鑒于此，施工單位果斷地停止了該區(qū)域的開挖施工。2.2土體擾動(dòng)摩阻力下降從施工期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果和變形趨勢(shì)分析，沉降的原因：一方面是由于基坑開挖階段不可避免的引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平位移變形，從而導(dǎo)致墻后的主動(dòng)土壓力降低、土層（尤其是砂層）擾動(dòng)或松動(dòng)、砂層可能液化，土體產(chǎn)生側(cè)向位移和應(yīng)力釋放，導(dǎo)致該樓基礎(chǔ)樁樁周土體受到擾動(dòng)摩阻力下降；另一方面是因圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲漏和開挖引起的附近地下水流失和地下水位的降低，致使土層有效壓力增加樁基下殘積層的固結(jié)收縮量增大，使樁周產(chǎn)生負(fù)摩擦力，樁的承載力降低，從而導(dǎo)致周邊地面和建筑物的樁基下沉。由于基坑開挖的非同時(shí)性和基坑與七層樓各部位間的非均勻性，沉降過大和沉降不均勻性必然會(huì)引起樓房的開裂和傾斜。當(dāng)然，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果也反映了該樓房對(duì)周邊施工極為敏感，再加上樓房本身樁基較淺、樁體施工質(zhì)量也不是很好，且與車站基坑距離又近，而且車站基坑的開挖深度又深，客觀上來說這些不利條件和影響也是造成該樓前期沉降產(chǎn)生過快過大的誘導(dǎo)因素。3沉降控制措施對(duì)于上述七層樓的沉降變形情況，如不采取有效措施對(duì)該樓沉降趨勢(shì)加以控制，會(huì)進(jìn)一步危及到樓房的結(jié)構(gòu)和使用安全，甚至于整個(gè)車站基坑施工的安全。3.1層樓繼續(xù)沉降的影響根據(jù)七層樓的沉降原因分析，為有效控制該樓房沉降的進(jìn)一步發(fā)展和盡量減小后期沉降值，施工單位認(rèn)為有效控制和減小七層樓繼續(xù)沉降的關(guān)鍵是增強(qiáng)樁周摩阻力和改善地基土層的物理力學(xué)性能，提高基礎(chǔ)樁承載力和土層的抗變形能力，以抵抗和消除因基坑開挖引起的部分水土流失、土體變形對(duì)樓房的影響，控制和減小或甚至避免地面和樓房的沉降。3.2層樓沉降防治方案比選依據(jù)沉降防治設(shè)計(jì)思路，對(duì)于七層樓的沉降防治到底采取何種方案或形式，方案的實(shí)施既要保證七層樓住戶的正常使用不受影響或影響較小，又要兼顧加固保護(hù)效果能很好達(dá)到預(yù)期目標(biāo)且實(shí)施起來迅速有效，不影響后續(xù)開挖施工，同時(shí)又必須考慮經(jīng)濟(jì)性，獲得最大的效益比。而目前國(guó)內(nèi)對(duì)于建筑物的工程保護(hù)手段有多種，常用的工程保護(hù)方法有：隔斷法、基礎(chǔ)托換法、地基加固法、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法等，均適用于地質(zhì)特復(fù)雜和保護(hù)要求較高的區(qū)域或建筑物。施工單位基于前面防治方案實(shí)施的前提條件，對(duì)上述多種方案作了認(rèn)真的分析與比較，最終決定對(duì)七層樓沉降防治選用地基加固法。鑒于地基加固法的多種工藝形式，根據(jù)目前該樓所處狀態(tài)和地基基礎(chǔ)情況，結(jié)合周邊場(chǎng)地環(huán)境和地質(zhì)水文條件，經(jīng)比選和征求了有關(guān)專家意見，對(duì)于沉降防治處理考慮采用雙液雙系統(tǒng)注漿加固方案，因?yàn)椴捎秒p液注漿填充加固進(jìn)行地層處理是最適合最實(shí)際的一種加固方案，實(shí)施起來方便迅捷，對(duì)樓房住戶的生活使用和周邊影響程度較小，且加固效果也較容易得到保障，造價(jià)也不算很高，經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性均較好。3.3蘭姆處理方案的設(shè)計(jì)3.3.1垂直注漿孔-磷孔相結(jié)合在七層樓和車站基坑相距較近且受基坑開挖影響較大的地段（即樓房東段范圍）內(nèi)，布置3排靜壓注漿孔（靠近基坑的1排為垂直孔、另2排為深入到樓房底板下地基土層的傾斜注漿孔），第一排孔與七層樓相距0.4～0.5m；在七層樓和車站基坑相距較遠(yuǎn)且受基坑開挖影響較小的地段（即樓房西段范圍）內(nèi)，布置1排靜壓注漿孔，與七層樓相距1m。垂直孔、傾斜孔底深度均進(jìn)入殘積層5m，注漿孔孔距1.5m、排距0.8m，梅花布置(圖2)。垂直注漿孔（孔深15m）的目的是將七層樓與基坑間的土層進(jìn)行注漿充填、固結(jié)，提高土層的密實(shí)度、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力和變形模量等，改善土層物理力學(xué)性能，提高抗變形能力。斜注漿孔（孔深17.32m、俯角60°）的目的是將七層樓底板以下的地基土和樁周土體進(jìn)行充填、滲透和壓密加固，提高樁周摩阻力和樁基承載力，以抵抗或消除因基坑開挖引起的部分水土流失和土體變形對(duì)樓房的影響，有效控制地面及樓房的進(jìn)一步沉降發(fā)展（圖3）。3.3.2施工方案及施工特點(diǎn)靜壓加固注漿采用雙層管雙栓塞工法，該工法具有：(1）注漿不受時(shí)間限制，可反復(fù)多次注漿提高注漿加固效果；(2）灌注不受深度限制，可深可淺，可根據(jù)不同地層，有選擇性地進(jìn)行分層分段注漿；(3）鉆孔和注漿兩個(gè)工藝分開進(jìn)行，施工周期可縮短；(4）注漿可控性好，可根據(jù)需要對(duì)任何一個(gè)注漿段進(jìn)行少量多次重復(fù)注漿，可注性和可控性比其他注漿工法優(yōu)越，可克服其他注漿工法可注性和可控性較差的缺陷。3.3.3b液的注漿注漿材料：A液為水泥漿，32.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8:1～1:1;B液為水玻璃，波美度25～30。A、B液的注入比例為0.7～1.0。注漿壓力：淺部注漿終壓為0.6～1.2MPa;深部終壓為1.6～2.0MPa。注漿量：水泥用量250～290kg/m。土體注漿有效擴(kuò)散范圍1.0～1.5m。3.4孔注漿加固(1）注漿順序：注漿施工先進(jìn)行和完成外排垂直孔的注漿，然后進(jìn)行斜孔注漿，每排孔進(jìn)行分序跳孔注漿，即先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔，逐漸加密注漿。(2）鉆孔、插管：鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，把底端封閉的袖閥套管（外管）插入孔底，管上間隔33cm開有一組射漿孔，孔口外側(cè)用橡膠脹圈包好。用套殼料封閉外管與孔壁間的空隙，然后拔除鉆孔套管。在外管（袖閥套管）內(nèi)插入兩端都裝有密封雙栓塞的注漿花孔芯管。(3）注漿：待套殼料具有一定強(qiáng)度后，開始注漿。漿液在壓力作用下通過內(nèi)管從兩組栓塞的中間經(jīng)射漿孔脹開脹圈，擠破套殼料均勻進(jìn)入土體中，逐次提升（或下降）芯管，進(jìn)行分層分段注漿和不同時(shí)間多次反復(fù)注漿，直至達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為止。每孔注漿均采用雙管雙液少量多次循環(huán)反復(fù)注入，尤其是深部注漿，循環(huán)復(fù)注2～3次，每次灌漿壓力較前一次稍大，最后一次循環(huán)灌漿終壓控制在1.6～2.0MPa。少量多次反復(fù)注漿使?jié){液在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)均勻擴(kuò)散，初次注漿是充填注漿，使?jié){液在較小壓力下充填到土中較大空隙或裂隙中，第二次復(fù)注是保證初次充填注漿的效果，使?jié){液再擠入或壓入較小空隙中，最后1～2次注漿是保證加固效果，使?jié){液封閉固結(jié)土層的所有空隙或裂隙，形成完整性較高的加固體系。在注漿加固施工的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)建筑物和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測(cè)，避免因注漿施工造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的水平位移和建筑物過量的上抬。注漿施工配合施工監(jiān)測(cè)成果作相應(yīng)適時(shí)的調(diào)整，以確保安全。4沉降累