实际工程中基坑支护的选型与分析

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  【摘 要】随着经济的快速发展,各地超高层建筑的建设普遍增多,基坑也越挖越深,建筑基坑的安全与经济性就需要合理的对比了,本文章就具体项目工程讨论几种基坑支护的实用情况。
  【关键词】边坡支护;排桩;预应力锚索;
  一、引言
  目前国内超高层的建设很普遍,因为埋深需要及实际使用功能需要,地下室深度均在15米以上,国家规范规定5米以上深度的基坑为深基坑,需要做专业的基坑支护设计;而不同的地质情况和场地情况也决定了选择的支护形式不尽相同。
  二、工程实例
  以南宁市某项目为例根据项目特点地上主楼超高层280米以上,旁边还有独立的商场部位,地下室是联通的,两边地下室底板均在-20米标高,加上基础厚度,主楼部位的基坑深度在24~25米之间
  要做基坑支护我们首先要了解场地的地质情况,项目地质勘察报告中表述拟建场地各岩土层分布及特征分述如下:
  (1)填土①(Q4ml):灰黄及灰褐色为主,稍湿~饱和,主要由周边开挖的大块黏性土块和灰岩碎块等组成,近2年堆填,未经压密处理,结构较松散。主要分布在场地南侧。揭露层厚0.30~18.70m,平均层厚11.65m,属高压缩性土。
  (2)黏土②(Qdl):棕红色、黄色,硬塑~坚硬,局部接近填土和灰岩面部分由于被水浸泡过表现为可塑状态。含黑色铁锰质和砂砾等,局部为粉质黏土、砾质黏性土或是粉土。土质相对较均匀,黏性一般。整个场地均有分布,标准贯入试验实测击数为12.0~25.0击,修正后击数为8.4~19.9击,平均12.9击。揭露层厚1.10~19.50m,平均层厚7.31m,属中等压缩性土。
  (3)灰岩③(D3L):灰色、灰白色,角砾状结构,强风化,巨厚层状构造,岩层分布不稳定,厚度变化大,局部呈透镜状产出。岩石较硬,岩体破碎,裂隙充填较多黏性土。送水回转钻进不返水,进尺较慢,钻具跳动剧烈。岩芯采取率低,多数岩芯呈碎块状、饼状,少量短柱状。取芯率10%~35%,RQD值在30%以内。本层分布于整个场地,岩石饱和单轴抗压强度3.4~68.9MPa,平均32.7 MPa,属较硬岩,岩体基本质量等级为Ⅳ级。揭露单层层厚0.50~20.50m,平均层厚7.08m。
  (4)灰岩④ (D3L):灰色、灰白色,角砾状结构,中风化,巨厚层状构造,岩层分布不稳定,厚度变化大。岩石较硬,岩体较破碎,局部裂隙充填少量黏性土。送水回转钻进不返水,进尺较慢,钻具跳动剧烈。岩芯采取率较低,多数岩芯呈长、短柱状,少量岩芯呈碎块状。取芯率30%~80%,RQD值在50%以内。本层分布于整个场地,岩石饱和单轴抗压强度3.7~111.2MPa,平均42.7 MPa,属较硬岩,岩体基本质量等级为Ⅳ级。钻探没有揭穿该层,揭露最大层厚36.59m。层面标高为44.34 ~ 86.83m。
  根据室内土工试验成果、现场原位测试结果,并结合地区工程经验综合评价,场地主要岩土层参数建议值如下表:
  主要岩土层物理力学指标参数建议值一览表
  地震效应分析评价
  按《建筑工程抗震设防分类标准》中3.0.2条划分,拟建建筑物为超高层建筑,抗震设防类别划分为重点设防类(乙类)建筑。按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)中附录A,南宁市的设计地震分组为第一组,抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值0.05g。
  基坑工程评价
  基坑安全等级划分基坑概况
  拟建工程设地下室为3层,基坑底板面在设计±0.00以下20米,属深基坑,勘察期间地下水位在基坑面以上。根据《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)8.7.2,基坑深度大于12m基坑工程破坏后果很严重,基坑工程安全等级划分为一级。
  基坑侧壁稳定性评价
  由于场地大部分为填方区,基坑开挖后,基坑壁土层主要为填土①、黏土②、灰岩③层。填土①层厚度较大,土质较差,为含水层,在地表水、地下水的冲蚀渗透、地面堆载、振动荷载及土压力等作用下,基坑壁不稳定。且基坑开挖后在地下水渗透及雨水等冲蚀渗透下,填土①层可能发生小型垮塌现象。拟建场地有较大溶洞,溶洞内充填硬塑~可塑黏性土和砾石等,基坑开挖施工时可能由于地下水渗透作用,对基坑侧壁产生影响,导致基坑壁塌滑。开挖基坑前应先进行基坑支护,再进行基坑开挖。
  基坑坑底稳定性评价
  基坑开挖后,基坑底土层主要为黏土②、灰岩③层。基坑底出露的岩土层主要为灰岩③层,为稳定岩层,不会出现基坑隆起现象。但基坑底部较多溶洞,溶洞内充填有可塑黏性土等,且灰岩③层裂隙发育,存在岩溶裂隙水。在水的作用下,溶洞内充填物有可能会出现基坑隆起现象。
  根据项目的实际情况挖主塔超高层280米以上施工周期长,旁边的独立的商场部位施工周期短,地下室是联通的,为了合理安排工期,计划先施工开挖主塔部分,独立商场待塔楼出地面以后开始施工,现场基坑支护计划开挖情况如图1
  图1
  二、支护选型
  主楼与独立商场之间因为在场地内,放坡条件充足,所以考虑自然放坡,考虑到雨水冲刷及边坡稳定性,适当做边坡处理,用C20混凝土做喷射混凝土护坡,自然放坡比例按1:1.5,也可适当放缓坡度,边坡排水很重要,所以要间隔一定距离布置一道泄水孔,边坡上部及底部均要做好排水沟,底部间隔一段距离设置集水坑,剖面示意做法如图2
  图2
  根据现场地质勘察报告数据及剖面,总结出东面,西面,南面地质剖面如图3
  图3
  东面以灰岩③层为主,黏土②层只有局部存在,并且不超过3.5米厚度,根据计算及分析,东面灰岩③层情况稳定,不需要做桩支护,只需要按80度角以下放坡,以喷射混凝土加锚杆的形式既可,混凝土标号为C20,厚度为100mm,内置φ6@200*200钢筋网,墙面间隔2米双向布置φ50泄水孔,剖面示意如图4   图4
  南面以填土①黏土②为主,填土①厚度约为10m左右,压缩性高,不稳定,黏土②层厚度约为12m左右,中等压缩性,根据计算及分析,南面支护方案定为排桩+预应力锚索,南面基坑边缘到用地红线边缘距离有10m左右,可以考虑桩顶适当放坡以节约成本,也可降低支护的风险,由于南面场地外道路宽度超过50米以上,锚索可打入土体长度基本不受限制,为了更快完成支护施工,设计确定为由原来的6道短锚索更改为4道锚索,以一道锚索间隔15天施工为例,工期至少节约一个月以上,单排桩计算1.5m桩径,间距2m可满足受力及变型量要求,确定此部位支护设计剖面示意如图5
  图5
  图6
  西面以填土①为主,填土①厚度达到了15~22m,压缩性高,不稳定,对基坑支护设计不利,根据计算及分析,西面支护方案定为排桩+预应力锚索,西面基坑边缘到用地红线边缘距离只有2~4m左右,无条件桩顶放坡,而红线外路面宽度有限,按规定锚索不宜超过道路中心,各方面综合考虑,最后确定方案为双排桩+6道锚索,桩单排间距为1.7m,两排桩之间距离为2.4m,桩径1.2m,锚索长度均不超过28.5m。此部位支护设计剖面示意如图6
  四、支护分析
  由于工期紧张,也考虑过地下连续墙方案,但是由于基坑底面基本都已经到了岩石出露的灰岩③及灰岩④层,而本项目的灰岩属较硬岩,连续墙施工的机械基本无法开展工作,根据本地经验,广西区内无法找到合适本场地的机械进行地下连续墙施工,所以从实用性角度考虑,本工程否决了地下连续墙的方案,而同样是排桩方案,由于场地过大,内支撑方案的造价要比加锚索贵很多,而且工作面难以展开,按工程经验,场地条件允许打锚索,而且锚索计算满足要求的时候,选择排桩+预应力锚索是最经济实惠的,只有当场地条件限制,锚索长度无法达到计算要求时,才考虑内支撑。
  五、结语
  由上述对比结论得出,不同的支护类别的选择,很多是由场地现场情况决定的,当场地基坑完全为土质环境的时候,机械可开挖,选择地下连续墙方案虽然比排桩+预应力锚索的方案造价高,但是工期却可以相应缩短。在工期允许的情况下,经济性高的方案就是排桩+预应力锚索,可调整锚索数量及长度来相应减小桩径或加大桩间距,以达到节约成本的目的。
  [参考文献:]
  《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2012
  《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012
  《锚杆喷射混凝土支护技术规范》gb50086-2001
  《土层锚杆设计与施工规范》CECS22:2005
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