低地下水位对建筑质量影响

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低地下水位对建筑质量影响范文
随着我国改革开放步伐的进一步加大,经济的持续发展,国内经济建设规格不断地扩大,投资规模的持续增长,特别是党中央、国务院提出西部大开发的口号,我国西部的建设投资规模迅速扩大,各类基础设施的建设更是日新月异,城市的高层建筑也如同雨后春笋地拔地而起。随着高层建筑的增多,自然就有许多相应的质量问题引起建设者及使用者的密切关注,本文就关于高层建筑施工中,因降低地下水位对其可能产生的影响做一些浅显的分析。
目前在西安地区,对一般的高层建筑,设计施工图均采用钢筋砼灌注桩,并带有地下室的箱型基础,一般基础埋深都较深,往往处于常年的地下水位线以下,为了保证建筑施工的安全及工程建设正常进行和确保工程的质量,通常情况下均要实施人工降低地下水位。本文以西安高科广场A座为例,谈一下降水对工程及施工过程的影响。西安高科广场位于西安市南二环与高新开发区高新四路交叉口的东南角,A座建筑面积4.1万平方米;地上二十五层,地下二层;檐口高度113米,基础埋深-13.30米;结构形式为框架剪力墙;桩基为直径800毫米,桩长38米的钢筋砼灌注桩,桩顶标高-13.30米;基础为底板1.2米厚与1.5米厚承台混合式钢筋砼筏板,墙体为500毫米厚的钢筋砼箱形基础;该场地岩土勘察报告显示地下常年水位维持在-9.85米至-12.3米之间;施工现场场地狭窄,基坑开挖设计方案中边坡仰角为85°;边坡支护采用土钉墙支护,桩基成孔采用进口钻机旋挖成孔。
根据设计施工图纸的要求及岩土勘察报告提供的依据,考虑到现场施工场地狭窄,本项目又是一商品写字楼,为适应市场经济规律,工期又是建设方的一项重要控制因素;作为施工方,最重要的三大控制目标—质量、进度及造价控制应具体落实到每一个施工环节当中。在基础及土方正式施工前,与业主现场代表对施工方案(土方开挖、降水)进行充分的讨论,因为基础施工的进度、质量、造价等各方面因素,在整个工程的建设过程中都起着举足轻重的作用。本工程的降水工程通过公开招标,确定采用“管井井点”的降水方法,在其周边设置6眼降水井,成井一次性费用为2.2万元。6台直径为50毫米的潜水泵,每24小时一天的台班合计费用为960元。
1、从进度方面考虑,如果选择先不降水,对土方开挖而言,从-9.8米以下势必要进行挖湿土作业,施工进度必然要慢于挖普通土;对桩基工程而言,在湿土环境下施工必然也要困难于在普通土面施工,因而进度也将更慢;同理对边坡支护工程,如在湿土环境内施工进度同样会更慢;因此对进度而言应该优先实施降水;以便使土方开挖,边坡支护、桩基施工等分项工程进度大幅度地提高。
2、从工程质量方面:对土方开挖及边坡支护施工而言,由于不先进行降水,在土方开挖进程中,容易形成边坡塌方,在土钉墙支护施工中,由于含水率过大,在大面积土钉形成共同抗剪切力作用之前,单个土钉与湿土壤间的摩擦力较小,按原图纸设计施工,难以起到支护作用,因此开挖及边坡支护均很难按照设计图纸完成,也就是质量难以满足要求;对桩基施工而言,从桩基定位,钻机的稳定,各工种人员操作带来诸多不便,质量控制的风险加大,因此对质量控制而言,应当优先考虑进行人工降低地下水位,以减小质量控制风险。
3、从工程造价方面:先不进行降水,节约的可能就是两个月的降水台班费用,即960元/天×60天=57600元;而此时对应的土方开挖,因挖湿土要增加的费用,(湿土方量)10500m3×18.4元/m3×0.15=28980元,桩基施工要增加1000平方米左右的砼硬化场地,增加C20砼约200立方米,费用增加为60000元。护坡即便不考虑增加费用,则造价也相对增加约31380元人民币。
4、从施工安全及环境等方面:任何一项工程的施工都必须确保施工安全第一的原则,这也是我国现行《工程建设标准强制性条文》安全生产条例从法律方面已经限定了的。如果不先实施降水,在土方开挖或者边坡支护过程中很可能要发生边坡的土方塌方,因为边坡设计只有85°度,对施工人员,机械均构成直接的威胁。一旦因此发生安全伤亡事故,作为施工方、监理方、建设方将要承担相应的管理责任。从经济方面,各方都要蒙受不必要的损失,工程的进度也将要受到影响,各方的社会效益也将大打折扣,因此也必须选择先实施降水。另外如果不实施人工降低地下水位,为确保安全,就必须加大基坑开挖的坡度,这样土方开挖量及回填土方量至少增加约2万m3,增加费用约80万元,同时施工现场仅有的有限场地也被挖掉,造成施工场地外租,即不方便施工,也增加施工方成本。另外挖湿土还会给场地周边道路造成更严重的污染,同样也不符合环境污染治理的要求。
根据以上的对比,本工程采用了先实施人工降低下水位,确保了在设计边坡为85°情况下的土方开挖,边坡土钉墙支护施工过程的安全。基坑挖深平均为13米,经全程定期观测,除因失水坑边有干缩裂缝现象外,外坡没有发生变形,未发生任何塌方现象,进而保证了后续的灌注桩及基础部分施工过程的安全,同时使得整个基础工程顺利地按施工计划完成,从开始降水到十一层停止降水共200天,实际费用仅为:960×200=192000元,比不降水要花80万元大大节约了投资。在实际当中实现了安全、质量、进度、经济、社会效益等各方矛盾的统一解决,较好地完成了阶段性的控制目标。
除了以上人工降低地下水位给施工带来的诸多有利因素之外,还应当考虑其对建筑物造成的其它影响。
1、降低地下水位对灌注桩受力的影响变化:众所周知,灌注桩在建筑工程结构构件受力体系中,主要考虑其功能是承受来自其上部所有荷载传递的压力,是受压构件。但是在实施从人工降低地下水位到停止降水,随着水位的逐渐回复,灌注桩就可能会受到拉应力的作用。如:本工程在灌注桩施工时,实施了人工降低地下水位至-18米左右,桩顶标高为-13.3米,约有5米左右厚度的土层中的饱和水被抽掉,使原本主要受到重力,浮力作用的土层,失去了浮力,而主要受重力及摩擦力作用,此时该土层即处于压缩状态,则灌注桩本身也随之受到压应力作用。但是工程一旦进行到一定的阶段,就会停止降水,之后在一定时间内地下水位也将逐渐回复原始的水位,此时受压缩的土层在地下水的浮力作用下向上膨胀,此时桩身相对应的部位则受到拉应力的作用,这一点可以从该工程沉降观测记录成果(见附表)中得到证明,本工程施工至十一层结构时,因地下室外防水及回填土已完成,不需要再降水,从停止降水后的连续四次沉降观测记录可发现,建筑物整体不但不再下沉反而均匀上升,由此可推定灌注桩因上拔(平均约2.07mm)而受拉。由于该灌注桩上部配为10Φ16,13米长,因变形很小不会对灌注桩本身造成损坏。由此可分析,在实施降低地下水位时,如果盲目一味地降低水位,而灌注柱的配筋又较短,而且停止降水又较早时,此时压力水头较大,当大到一定极限时,就会使灌注桩受拉而造成损伤。因此在实施降低地下水位施工时,一定要控制水位的标高,并非愈低愈好;二要控制灌注桩的配筋率及钢筋长度,灌注桩的受力并非只是受压;三要控制停止降水的时间,并非愈早愈好,应当考虑因此而产生的反弹变形的大小,避免对灌注桩造成损伤。
2、降水对建筑物沉降的影响:本项目在首层施工完后,随即进行了对建筑物的沉降观测,依据《JGJ/T8-97建筑变形测量规程》,市建质发(2000)21号文件《关于开展建设工程结构质量专项治理活动的通知》,市建质发(2000)21号文件《关于实行西安市建筑物沉降观测管理暂行规定的通知》等文件,在结构主体施工阶段进行了每施工一层观测一次的沉降观测活动,观测成果见附表,通过记录数据发现在停止降水,即结构施工到十一层顶板之前,建筑物一直发生正常的均匀沉降,在此之后至到十二层施工之前,其又发生异常的均匀的反弹现象,随着十二层之后的结构施工,其又继续均匀下沉。建筑物在此过程中发生了下沉—上升—下沉的反复变形,从现场降水观测记录可知,在停止降水24时后水位迅速从-18米上升到-15米,在48小时后上升到-14.7米,之后又在7天内均匀上升并基本稳定在-12.5米左右。水位没有回升到开挖并前水位,其原因是人工降水过程中土层有少量的细小颗粒被抽水时带走,形成的孔隙被压缩,土层的渗透力发生变化,使得水位很难在短时间内恢复到原水位。另外建筑物反弹的原因是由于土方开挖,相当于卸去荷载:13m深×1700kg/m3×9.8N/kg=213kN/m2,周边回填后约冲减土方卸荷的45%,即约-96kN/m2,停止降水时结构施工至十一层顶,完成砼12083m3,钢筋2424,t加上施工荷载,相当于施加荷载约-110kN/m2;213-96-110=7(kN/m2),也就是说此时受到地下压力水头的上浮力约为7kN/m2,因此建筑物自然会上升。在上部结构开始施工加载后其又恢复正常沉降。综上所述,在高层建筑施工中,合理地利用人工降低地下水位,有利于工程建设;如果利用不当,也会给工程建设带来不必要的损失。