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基坑支护方案选型及分析

2016/07/15 阅读:

摘要:

针对砾石、卵石层深厚地区的岩土工程特性,结合广州某深基坑工程实例,探讨了在此类地区深基坑支护方案的选型,同时通过数值计算与监测结果的比对分析,得出一些有价值的结论,为此类地区类似深基坑工程的设计施工提供参考依据。

关键词:

深厚砾石;卵石层;基坑支护;基坑止水

随着我国经济、社会的快速发展,基坑工程的规模也在不断增大。尤其在一些沿海的大城市,市区内用地紧张,周边建筑物密集,地下管线复杂,基坑开挖时常需要保护周边已有建构筑物。而当拟建场地存在较厚的砾石、卵石层时,往往含有丰富的地下水,如果止水不当导致基坑外水位下降,则容易造成周边建筑物及管线沉降。本文结合了广州市某基坑支护项目,探讨深厚砾石、卵石层中基坑支护方案选型及分析。

1工程概况

拟建场地位于广州市从化区,大江路以北,国道G105以西。拟建工程为两栋塔楼,分别为14层和16层,设置有1~2层裙楼及1~2层地下室。地下室基坑总占地面积为4700m2,基坑边周长约为280m。本基坑形状呈长方形,一层地下室基坑开挖深度为6.40m,二层地下室基坑开挖深度为9.95m,电梯井局部达12.45m。场地现状地势平坦,场地东面和西面为空地,南面为大江路,场地北面为小山丘,西北角距离地下室边线6.00m处有一栋两层住宅,基础形式为天然基础。场地南面靠近大江路分布有较多市政和电力、电信管线。

2工程地质和水文地质条件

2.1工程地质的小山丘,四周为菜地、市政道路及民宅。根据钻孔揭露,主要由第四系填土层、第四系冲积层(可塑粉质粘土、粉细砂、中粗砂、砾石层、卵石层)、残积层和基岩(花岗岩)风化岩带组成,基坑底主要在砾石层和粉质粘土层中。

2.2水文地质条件地下水主要赋存在人工填土层、第四系砂层和基岩裂隙中。地下水的来源主要为大气降水和地表水渗透。实测地下水稳定水位埋深为3.20~4.80m,平均埋深4.19m。

3基坑支护方案分析与计算

3.1基坑支护结构的选型分析本项目基坑支护安全等级为二级,侧壁重要性系数取1.00。基坑支护选型需综合考虑项目各个因素,以安全、可靠、经济、合理为原则进行支护选型。本场地地质条件复杂:岩土层种类多,分布不均匀;强透水层广泛发育且密实度较高,富含了大量地下水,水压较大,局部直接过渡到岩层,止水难度大。场地周边环境复杂:存在大量市政管线和建筑物。因此,基坑设计要求严格控制支护结构位移并有效的止水,否则将对周边管线及建筑物的安全稳定产生不利影响。现对基坑支护结构选型分析如下。结合地质条件、环境条件及基坑开挖深度,本基坑支护及止水体系可采用“地下连续墙、旋挖灌注桩、钢筋砼内支撑、预应力锚索、三轴搅拌桩”等支护型式相结合的方案。地下连续墙:支护结构刚度较大,结构整体性好,对变形及止水控制较好,对周边管线及道路影响较小;支护结构占用场地面积较小。但对施工技术要求较高,造价相对较高,有条件时可与地下室外墙“两墙合一”以节约造价。旋挖灌注桩:施工技术较为成熟,可通过增加设备来控制工期,造价相对较低。但旋挖桩在密实的砾石、卵石层中钻进困难,支护桩施工时容易塌孔,机械损耗大。钢筋砼内支撑:对周边市政道路、管线影响较小;支锚刚度大,控制变形效果较好;安全可行。对地下结构施工有一定的影响,地下室的施工伴随有拆换撑的过程。预应力锚索:工期较短,地下结构施工便利,出土方便。但在砾石、卵石层中成孔困难,容易塌孔;赋存在砾石、卵石层中的地下水具有一定承压性,锚索成孔时地下水易从孔道涌出;漏水涌砂易对周边建构筑物及管线产生不利影响;锚索进入到相邻地块将对其后期开发造成影响。三轴搅拌桩:在支护结构外侧形成一道封闭的止水帷幕。但设备较大,施工时占用大量空间;三轴搅拌桩在密实的砾石、卵石层中施工困难,成桩效果难以保证。通过对上述支护型式进行对比得出:采用“地下连续墙+内支撑”的基坑支护和止水体系,对控制变形和止水效果较好,对周边环境影响较小;支护和止水为一体,可将基坑支护结构控制在红线范围内;施工具有可行性,能够确保合理施工工期。(a)地下室基坑支护平面图(b)地下室基坑支护剖面图图1基坑支护平面图及剖面图

3.2基坑支护结构的计算因为基坑实际施工开挖过程比较复杂,完成按照实际施工过程进行模拟的难度较大,故采用平面应变假设,本项目采用北京理正深基坑支护结构软件进行分区计算。

3.2.1各分区内地面超载取值一般区域区:考虑地面超载取值为20kPa;出土口区:考虑地面超载取值为35kPa。

3.2.2水位取值基坑内侧水位按地下水位降至基坑底以下0.50m;基坑外水位选取地面下0.50m。典型剖面计算结果如图2所示:

4实施效

图3CX11点处测斜监测结果图本项目基坑从2015年4月开始施工至2015年10月基坑施工完成,施工期间经历了多种恶劣天气的考验,由于设计方案考虑较为全面,基坑支护受力及止水效果很理想,基坑开挖期间无地下室渗漏情况发生,从监测数据来看各项指标均正常,基坑处于安全状态。基坑监测反映的支护结构水平位移监测资料表明,坡顶水平位移量最大4.80mm,基坑坡顶沉降最大值为0.90mm,测斜点监测的支护结构深层位移最大值为7.11mm(CX11),如图3,支撑轴力最大值为5639.14kN(ZC3-2),立柱桩最大沉降为-8.8mm(LZ4);从结果可知,实测监测数据与计算值比较吻合,且都在报警值范围内;目前支护结构已施工完成,基坑开挖到底完成现场图如图4所示。

5结论

由于砾石、卵石层的渗透性较好,在深厚且密实的砾石、卵石层中进行基坑支护设计,需充分考虑止水及施工可行性等因素,一旦选型不合理,容易造成基坑的安全事故,通过本项目基坑工程,可总结出如下结论[4~5]:

(1)当基坑深度超过10m,且地面以下2倍基坑开挖范围内砾石、卵石层厚度大于5.0m时,竖向支护体系宜采用地下连续墙。

(2)在砾石、卵石层较厚且密实度较高的场地中,宜采用地下连续墙穿过透水层进入到不透水层作为止水帷幕。考虑到常用的高压旋喷桩及搅拌桩的成桩效果难以保证,应当慎用高压旋喷桩及搅拌桩进行止水。

(3)在砾石、卵石层较厚的场地中,考虑到锚索成孔难度较大且易塌孔,锚固体与大直径的卵石的摩阻力难以保证,不宜采用预应力锚索,宜采用钢筋混凝土内支撑作为侧向支护体系。

(4)当采用地下连续墙+内支撑的支护型式时,地下连续墙应嵌固到较好的土层或基岩中,防止因被动土压力不足造成地下连续墙绕支撑点转动,发生整体稳定性破坏。

参考文献

[1]刘建航,候学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[2]行业标准:建筑基坑支护技术规程[M].JGJ120-2012.北京:中国建筑工业出版社,2012.

[3]广东省标准:《建筑基坑支护工程技术规程》[M].广东省建设委员会(DBJ/T15-20-97),1997(11).

[4]郭典塔,谢琳等.在珠江边深厚砂层中深基坑支护设计选型研究及案例分析[J].广东土木与建筑,2014(10):20-23.

[5]石国伶等.砂卵石地层深孔帷幕注浆止水施工技术[J].山西建筑,2015,41(22):87-88.

作者:刘宇光 单位:广东省建筑设计研究院

基坑支护方案选型及分析

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