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【摘要】本文根据某深基坑周边环境和开挖的深度,采用了钻孔灌注桩与复合土钉墙相结合的支护形式。同时分析了该基坑施工的技术要点,并过监测结果,说明该支护方案是可行的。
【关键词】深基坑; 地质条件 支护降水设计 施工监测
1工程概况
江苏某综合楼地上主楼高16+1层、群楼5层,地下2层,结构形式为框架结构。建筑场地位于常府街北侧,基坑南侧地下室距红线最近不5m,红线至路牙之间有电缆及光缆埋设,埋设位相对于建筑标高为-1.32m,且现有2层小楼内有重要仪器需要保护;基坑北侧临近现有1幢7层的混凝土综合楼,距离地下室外墙距10 m;基坑东侧为1幢大楼,且为深基坑;基坑西侧有35~6层砖混住宅,但距离地下室外墙较远。地下室基坑开挖垂直深度达13 m,开挖面积7657m2,按照文献[1],该基坑属于深大基坑。
2场地工程地质条件
根据工程勘察资料,基坑开挖的地层主要为杂填土、淤泥质填土,之下至15~21 m深度内为粉土夹粉沙、粉土以及一般沉积的可塑—硬塑状粘土—粉质粘土、软塑—可塑状粉质粘土,底部为浦口组风化基岩。
①1杂填土:杂色,松散,以碎砖、混凝土块填积,混粉质粘土。
①2素填土:灰—灰黑色,饱和,局部流塑,夹少量碎砖及粉质粘土小团块。
②1粉土—粉砂:灰黄—黄灰色,饱和,稍密,中压缩性。
②2粉土:灰色,稍密,中偏高压缩性。
③1粉土—粉质粘土:灰—灰黄色,褐黄色,饱和,硬塑,局部可塑,中压塑性。
本场地地下水为浅层潜水,地下水在地面下1.5m左右,水量较为丰富。
3支护与治水设计方案
本基坑开挖深度较大,属于深大基坑,道路两侧地下管线较多。支护结构的破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工影响很严重,属一级安全等级,即重要性系数为γ0=1.10。由于该地区地下水丰富,应采用合理的降水方式,以便较好地控制基坑的变形,满足基坑的安全要求。
3·1支护方案
由于拟建工程规模较大,地下室平面形状不规则,尤其是基坑东西两侧的通风井,为深窄基坑,基坑面积约为7600m2,周长约为370 m,拟建2层地下室,开挖深度较大。实际开挖最深处达13m,由基坑周边环境总图可以看出,基坑周边环境比较复杂,北侧临近建筑,有地下管线,基坑的设计应确保临近建筑物的安全。
对变形控制要求较高,为了最大限度地控制基坑变位,采用两层混凝土支撑的支护体系,以此减少支护桩体的水平变位,从而确保周边建筑物的稳定和安全,使施工顺利进行。但考虑到基坑开挖深度比较深,为避免拆第二道支撑之后,底板和第一道支撑间的距离过大,影响开挖施工,第一道支撑轴线不能设置过高,因此,在第一道支撑中心标高为-3.4m、上部2.6.m范围内采用土钉锚杆支护,第二道支撑标高为-9.0m。遵照安全可靠、经济合理、方便施工的原则,提出了以下的支护方案:
本方案采用柱列式排桩的支护形式作为挡土结构,其中排桩采用施工速度较快且对周边环境影响较小的钻孔灌注桩。支护结构剖面见图
图1基坑支护结构剖面图(单位:mm)
3·2治水方案
由于该场地地下水丰富,本基坑采用全封闭的止水帷幕,以确保基坑外面的地下水不能渗透到基坑里面。深基坑深搅止水桩长约23m左右,且要进入③1粉质粘土层不少于米,该层稍密,透水性较弱,可作为隔水层。本设计采用日本生产的三轴搅拌机,该设备动力大,止水效果好。虽然基坑四周设置全止水结构,但由于场地地下水丰富,基坑内还需要采用管井疏干降水。结合南京地区基坑工程每口管井降水面积300~400 m2的实际经验,布设15口降水井。为防止降水过度使地面沉陷或开裂,在靠近城市交通要塞基坑南侧设置3~4口回灌井。
4施工技术要点
1)本工程基坑深、施工难度大。在南京软土地区13 m深的基坑边坡只采用两道支撑是少见的,土钉锚喷的施工质量关系到周围建筑物的安危,同时,支撑的轴力比较大,因此必须保证土钉锚喷和支撑的施工质量。施工中应根据变形监测数据,及时调整基坑的施工组织安排和支护方案。
2)工程地质条件复杂。开挖深度范围内表层为结构松散、透水性好、富含地表水的杂填土,其下为粉土—粉砂、粉土、粉土夹粉质粘土,土质较松散,且易受地下水的影响,因此施工过程中应避免土体受水的浸泡,及时支护及时开挖,开挖到基坑底面以后,及时浇注底板。
3)周围环境复杂。如基坑开挖时边坡变形较大,将影响医院精密仪器的正常使用及安全,因此必须严格控制基坑边坡的变形,值得注意的是基坑北侧的门诊楼和南侧的化疗室均为浅基础,因此只要控制了三排土钉锚网的施工质量,周围建筑物的安全就有了一定的保证。实际施工中花管中的注浆采用纯水泥浆,水灰质量比为0.5,注浆压力控制在0.8~1.0MPa之内,从而改良了土钉加固范围内土体的性质,且施工中加强了土钉锚网的现場监理,保证了基坑周边建筑物的稳定。
5施工监测
为保证基坑支护结构在开挖及基础施工期间的安全与稳定,确保临近建筑物、周围道路、地下管道的安全,对本深基坑的支护受力和变形进行了全程监测,监测成果如下:
5·1周边建筑物沉降
现有的大楼位于基坑北面,离基坑只有10m左右的距离,且大楼里面有重要的仪器,因此该楼的沉降观测是本基坑监测的重点,为了能及时掌握门诊楼的沉降情况,在大楼的周围布置了一系列的观测点,点位布置。通过图2可以看出,离基坑较近的1#监测点位的位移并不大,小于30mm,且1#点位和6#点位沉降值具有一定的差异,但差异较小,在安全范围内,不会引起房屋的开裂变形。
沉降观测点1#、2#、3#、6#的监测结果见图2。
图2沉降监测结果
5·2桩顶水平位移
在本工程中,为了减小支护桩的弯矩及桩长，从而降低造价,因此降低了钻孔灌注桩的桩顶位置,这必将引起坡顶水平位移加大,为此在圈梁支撑上采用了复合土钉墙加固外，还在在桩顶加密设置了水平位移观测点。1#、2#水平位移观测点的监测结果见图2。
图3桩顶水平位移监测
由上图可见,桩顶最大水平位移随着开挖深度的加深逐渐加大,当浇注完第二道支撑后,趋于稳定,最大值为22.5mm。
5·3支撑轴力
二支撑的轴力监测结果见图4,从图中可以看出第一道支撑轴力明显小于第二道支撑轴力,但是整体上两道支撑的轴力都偏大(最大轴力为1900kN、2100kN),施工中应该保证支撑的施工质量。
图4支撑轴力实测值
6结论
1)本工程基坑开挖深度为13 m,基坑开挖面积大,周边环境比较复杂,对变形要求较高,采用钻孔灌注桩加二道钢筋混凝土内支撑以及局部复合土钉墙加固作为支护结构,能够有效地控制基坑变形及降低造价，取得较好的安全及经济效果。
2)复合土钉墙的利用,能够有效地解决支撑位置较低造成基坑边变形大的问题,同时弥补了支撑层数多、层高低不利土方开挖施工的缺点，同时改良了土钉范围内土体的性质,加强了基坑的稳定性及抗变形能力。
3)为了确保临近建筑物、周围管线、地下管道的安全,对本深基坑的支护受力和变形进行了全程监测,做到信息施工，结果表明该方案是可行的。
参考文献
[ 1 ]DGJ 32/J12—2005南京地区地基基础设计规范.
[ 2 ]郜东明,王镝,谭跃虎,等.竖向土钉在基坑抢险中的应用[J] .岩土工程学.2006,28(11):1669-1771.
[ 3 ]程泽海·基坑支护中的竖向土锚技术[J] .施工技术,
[ 4 ]陈忠汉,黄书秩,程丽萍.深基坑工程[M] .北京:机械工业出版社,2002:39-133.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】深基坑; 地质条件 支护降水设计 施工监测
1工程概况
江苏某综合楼地上主楼高16+1层、群楼5层,地下2层,结构形式为框架结构。建筑场地位于常府街北侧,基坑南侧地下室距红线最近不5m,红线至路牙之间有电缆及光缆埋设,埋设位相对于建筑标高为-1.32m,且现有2层小楼内有重要仪器需要保护;基坑北侧临近现有1幢7层的混凝土综合楼,距离地下室外墙距10 m;基坑东侧为1幢大楼,且为深基坑;基坑西侧有35~6层砖混住宅,但距离地下室外墙较远。地下室基坑开挖垂直深度达13 m,开挖面积7657m2,按照文献[1],该基坑属于深大基坑。
2场地工程地质条件
根据工程勘察资料,基坑开挖的地层主要为杂填土、淤泥质填土,之下至15~21 m深度内为粉土夹粉沙、粉土以及一般沉积的可塑—硬塑状粘土—粉质粘土、软塑—可塑状粉质粘土,底部为浦口组风化基岩。
①1杂填土:杂色,松散,以碎砖、混凝土块填积,混粉质粘土。
①2素填土:灰—灰黑色,饱和,局部流塑,夹少量碎砖及粉质粘土小团块。
②1粉土—粉砂:灰黄—黄灰色,饱和,稍密,中压缩性。
②2粉土:灰色,稍密,中偏高压缩性。
③1粉土—粉质粘土:灰—灰黄色,褐黄色,饱和,硬塑,局部可塑,中压塑性。
本场地地下水为浅层潜水,地下水在地面下1.5m左右,水量较为丰富。
3支护与治水设计方案
本基坑开挖深度较大,属于深大基坑,道路两侧地下管线较多。支护结构的破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工影响很严重,属一级安全等级,即重要性系数为γ0=1.10。由于该地区地下水丰富,应采用合理的降水方式,以便较好地控制基坑的变形,满足基坑的安全要求。
3·1支护方案
由于拟建工程规模较大,地下室平面形状不规则,尤其是基坑东西两侧的通风井,为深窄基坑,基坑面积约为7600m2,周长约为370 m,拟建2层地下室,开挖深度较大。实际开挖最深处达13m,由基坑周边环境总图可以看出,基坑周边环境比较复杂,北侧临近建筑,有地下管线,基坑的设计应确保临近建筑物的安全。
对变形控制要求较高,为了最大限度地控制基坑变位,采用两层混凝土支撑的支护体系,以此减少支护桩体的水平变位,从而确保周边建筑物的稳定和安全,使施工顺利进行。但考虑到基坑开挖深度比较深,为避免拆第二道支撑之后,底板和第一道支撑间的距离过大,影响开挖施工,第一道支撑轴线不能设置过高,因此,在第一道支撑中心标高为-3.4m、上部2.6.m范围内采用土钉锚杆支护,第二道支撑标高为-9.0m。遵照安全可靠、经济合理、方便施工的原则,提出了以下的支护方案:
本方案采用柱列式排桩的支护形式作为挡土结构,其中排桩采用施工速度较快且对周边环境影响较小的钻孔灌注桩。支护结构剖面见图
图1基坑支护结构剖面图(单位:mm)
3·2治水方案
由于该场地地下水丰富,本基坑采用全封闭的止水帷幕,以确保基坑外面的地下水不能渗透到基坑里面。深基坑深搅止水桩长约23m左右,且要进入③1粉质粘土层不少于米,该层稍密,透水性较弱,可作为隔水层。本设计采用日本生产的三轴搅拌机,该设备动力大,止水效果好。虽然基坑四周设置全止水结构,但由于场地地下水丰富,基坑内还需要采用管井疏干降水。结合南京地区基坑工程每口管井降水面积300~400 m2的实际经验,布设15口降水井。为防止降水过度使地面沉陷或开裂,在靠近城市交通要塞基坑南侧设置3~4口回灌井。
4施工技术要点
1)本工程基坑深、施工难度大。在南京软土地区13 m深的基坑边坡只采用两道支撑是少见的,土钉锚喷的施工质量关系到周围建筑物的安危,同时,支撑的轴力比较大,因此必须保证土钉锚喷和支撑的施工质量。施工中应根据变形监测数据,及时调整基坑的施工组织安排和支护方案。
2)工程地质条件复杂。开挖深度范围内表层为结构松散、透水性好、富含地表水的杂填土,其下为粉土—粉砂、粉土、粉土夹粉质粘土,土质较松散,且易受地下水的影响,因此施工过程中应避免土体受水的浸泡,及时支护及时开挖,开挖到基坑底面以后,及时浇注底板。
3)周围环境复杂。如基坑开挖时边坡变形较大,将影响医院精密仪器的正常使用及安全,因此必须严格控制基坑边坡的变形,值得注意的是基坑北侧的门诊楼和南侧的化疗室均为浅基础,因此只要控制了三排土钉锚网的施工质量,周围建筑物的安全就有了一定的保证。实际施工中花管中的注浆采用纯水泥浆,水灰质量比为0.5,注浆压力控制在0.8~1.0MPa之内,从而改良了土钉加固范围内土体的性质,且施工中加强了土钉锚网的现場监理,保证了基坑周边建筑物的稳定。
5施工监测
为保证基坑支护结构在开挖及基础施工期间的安全与稳定,确保临近建筑物、周围道路、地下管道的安全,对本深基坑的支护受力和变形进行了全程监测,监测成果如下:
5·1周边建筑物沉降
现有的大楼位于基坑北面,离基坑只有10m左右的距离,且大楼里面有重要的仪器,因此该楼的沉降观测是本基坑监测的重点,为了能及时掌握门诊楼的沉降情况,在大楼的周围布置了一系列的观测点,点位布置。通过图2可以看出,离基坑较近的1#监测点位的位移并不大,小于30mm,且1#点位和6#点位沉降值具有一定的差异,但差异较小,在安全范围内,不会引起房屋的开裂变形。
沉降观测点1#、2#、3#、6#的监测结果见图2。
图2沉降监测结果
5·2桩顶水平位移
在本工程中,为了减小支护桩的弯矩及桩长，从而降低造价,因此降低了钻孔灌注桩的桩顶位置,这必将引起坡顶水平位移加大,为此在圈梁支撑上采用了复合土钉墙加固外，还在在桩顶加密设置了水平位移观测点。1#、2#水平位移观测点的监测结果见图2。
图3桩顶水平位移监测
由上图可见,桩顶最大水平位移随着开挖深度的加深逐渐加大,当浇注完第二道支撑后,趋于稳定,最大值为22.5mm。
5·3支撑轴力
二支撑的轴力监测结果见图4,从图中可以看出第一道支撑轴力明显小于第二道支撑轴力,但是整体上两道支撑的轴力都偏大(最大轴力为1900kN、2100kN),施工中应该保证支撑的施工质量。
图4支撑轴力实测值
6结论
1)本工程基坑开挖深度为13 m,基坑开挖面积大,周边环境比较复杂,对变形要求较高,采用钻孔灌注桩加二道钢筋混凝土内支撑以及局部复合土钉墙加固作为支护结构,能够有效地控制基坑变形及降低造价，取得较好的安全及经济效果。
2)复合土钉墙的利用,能够有效地解决支撑位置较低造成基坑边变形大的问题,同时弥补了支撑层数多、层高低不利土方开挖施工的缺点，同时改良了土钉范围内土体的性质,加强了基坑的稳定性及抗变形能力。
3)为了确保临近建筑物、周围管线、地下管道的安全,对本深基坑的支护受力和变形进行了全程监测,做到信息施工，结果表明该方案是可行的。
参考文献
[ 1 ]DGJ 32/J12—2005南京地区地基基础设计规范.
[ 2 ]郜东明,王镝,谭跃虎,等.竖向土钉在基坑抢险中的应用[J] .岩土工程学.2006,28(11):1669-1771.
[ 3 ]程泽海·基坑支护中的竖向土锚技术[J] .施工技术,
[ 4 ]陈忠汉,黄书秩,程丽萍.深基坑工程[M] .北京:机械工业出版社,2002:39-133.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。