欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

北京某中心基坑工程

332 2021-01-18 08:52:27


一、工程简介及特点

场地占地面积 50371.46m²,总建筑面积 98968.00m²,3~17层,其中北楼高77.05m,南楼高64.90m,中间3层楼高17.40m,地下室及纯地下车库为地下 4 层。

基坑深度 18.68m,占地面积约1万m²,基坑支护上部采用上钉墙、下部采用桩锚体系,降水采用长螺旋高压喷射注浆搅拌桩止水帷箱。本工程基坑深、场地地层复杂、局部杂填土较厚、场地内地下水丰富且具有承压性、基坑南侧存有大量使馆区管线、周边环境敏感,且施工期间为地下水位最高阴,施工难度、施工风险较大。本项目的设计修工是在北京市对基坑降水进行限制的条件下进行的。


二、工程地质及水文条件

1. 地质条件

本工程场地地面标高为 36.53~37.8im,地形平坦,地貌属水定河冲洪积启中下部.根据勘察报告显示,区域内与基坑支护设计施工有关的地层分述如下∶

人工堆积层

①杂填土,黄褐色、杂色,主要由粉土、砖块、砖淡等组成,呈松散~稍密状态,料湿,厚度变化较大,层厚0.4~6.5m,场地范围内均有分布。

①-1素填土,黄褐色,主要由粉土、粉质粘土组或,含少量植物根系等;层厚0.50~1.40m。


第四纪冲洪积层

②粘质粉土;灰色、褐黄色,稍湿~湿,密实,中高~低压缩性,土质不均,局部夹砂质粉土薄层,层厚 0.4~7.3m,层顶埋深为1.0~8.2m。

②细砂∶褐黄色,中密,湿,层厚0.4~1.6m,层顶埋深为6.0~7.6m;部分钻孔整体呈条带状或透镜体分布。

③-s粉质粘土∶褐黄色,可塑,高~中高压缩性,土质较均匀,局部夹粘土薄层;层厚1.2~3.2m,层顶埋深为3.5~4.7m;部分钻孔整体呈条带状或透镜体分布。

④粉质粘上∶黄褐色,可塑~硬塑,中高压缩性,土质较均匀,局部夹粘土薄层;层厚1.4~3.9m,平均层厚为3.05m,层顶埋深为7.4~8.7m;场地范围内稳定分布。④细砂∶黄褐色,中密~密实,湿~他和,层厚0.3~3.7m、平均层厚为1.26m,层顶埋深为 9.7~11.8m,场地范围内稳定分布。

⑤粉质粘土∶祸黄色,可塑~硬塑,局部坚硬,中高~中低压缩性,土质较均匀,局部夹粘土薄层; 层厚1.7~4.9m,平均层厚为3.28m,层顶埋深为11.0~13.8m,场地范围内稳定分布。

⑥细砂∶褐黄色,密实,饱和,颗粒呈次棱角状,层厚 0.5~3.7m,平均层厚为 1.8m,层顶埋深为 14.4~16.9m;场地范围内基本普遍分布。

⑦重粉质粘上∶黄褐色,可塑~硬塑,局部坚硬,土质较均匀,局部夹粘土薄层;层厚1.8~6.3m,平均层厚为4.49m,层顶埋深为16.2~19.7m,场地范围内稳定分布。

⑧细砂∶褐黄色,密实,饱和,揭露层厚1.5~3.5m,平均层厚为2.5m.层顶埋深为21.3~22.9m,除个别钻孔内缺失外,场地范围内普遍分布。

⑨粉质粘上∶祸黄色,可塑~硬塑,局部坚硬,中低~低压缩性,上质较均匀,局部夹粘土薄层∶层厚2.1~7.2m,平均层厚4.5m,层顶埋深为24.1~30.60m,场地范围内稳定分布。


各土层的物理力学指标见表 1。


2. 水文地质条件


场区地下水丰富,根据勘察时水位观测材料。勘察深度范围内,实测到3层地下水,地下水类型分别为上层滞水、潜水、承压水。


场区地下水位(不包含上层滞水)年变幅为1.00~2.00m,近3~5年最高水位标高 29.00m左右(不包含上层滞水),历史(1959年)最高水位接近自然地表,1971~1973年水位标高约为 36.00m。


地下水的变化规律∶潜水最低水位出现在5~7月,最高水位出现在9~10月;承压水的最低水位出现在6~7月,最高水位出现在8~10月;上层滞水则随季节性降水及场地周围管道渗漏的变化而变化。


三、基坑周边环境

基坑及其周边环境相对位置关系如图1 所示。


基坑周围除南侧邻安家楼南路外,其余三侧均较为空旷。具体为∶基坑东侧距建筑红线约6~9m,以外为30m左右为代征道路用地;南侧距红线10.9m,南侧红线外为安家楼南路,路沿线存在大量的重要地下管线,路南侧为日本大使馆及上海合作组织;西侧为空旷二期用地。二期用地西临麦子店西路、西面与美国大使馆以道路相隔。北侧距建筑红线 10~15m,红线以北为25m宽代征道路用地,代征道路外有水塘.深约3m.基坑东、西、北侧周边无地下管线。


四、基坑支护与地下水控制

1、基坑支护

根据基坑深度、周边环境及地质条件,并考虑地下水的影响,支护方案采用上部土钉墙、下部桩锚的支护体系,即一5.30m以上考虑土钉墙支护,-5.30m 以下采用桩锚支护,止水帷幕采用"护坡桩—长螺旋高压喷射注浆搅拌桩"的综合止水帷幕形式。坡顶地面荷载按 15kPa 计算。基坑安全等级为一级,使用年限一年。

由于砂层中含有潜水或承压水,锚杆施工会对周边造成一定影响,为避免锚杆施工中造成流砂等现象,锚杆位置的设置充分考虑了砂层的影响,开孔尽量避开砂层。

基坑东侧、北侧及南侧,均设置4 道预应力锚杆,基坑西侧场地较宽,为二期施工场地,顶部具备放坡卸荷条件。基坑支护平面图见图1,典型剖面如图2、图3所示,南侧、北侧剖面同东侧,仅是根据含水砂层的分布对锚杆位置进行了局部调整。护坡桩配筋图见图 4。


2. 地下水控制

根据施工现场探勘,场区第一层水量较大,故地下水控制以该层深度(现场实测相对标高-6.40m,绝对标高 31.85)进行设计。


针对北京市对基坑降水的限制,结合润世中心工程具体情况,采用"护坡桩+长螺旋高压喷射注浆搅拌桩"综合止水帷幕的形式。


(1)基坑止水方案设计参数


止水帷幕是在基坑外圈护坡桩之间采用长螺旋高压喷射注浆搅拌桩(简称搅喷工艺形成。搅喷桩施工完成后,将与护坡桩一道共同形成隔水带,将帷幕以外的第一层水隔离在基坑外。帷幕施工工艺参数如下∶


(1)搅喷桩间距为1.50m,桩长 15.38~16.23m,进入隔水层不小于2m。2)钻孔∶孔位偏差≤5cm,孔斜率≤1%,孔深≥设计孔深+500mm。3)注浆参数∶


a. 水泥浆∶水泥采用矿渣硅酸盐P.S.A 32.5水泥,水泥浆水灰比为1.5∶ b.搭接长度;当拆卸喷管或因故中断喷射时,恢复喷射后搭接长度不小于1.0m。

(2)地下水的疏干处理基坑内设置疏干井及明排处理,基坑外设置观测井。


坑内疏千井设置在肥槽内,直径 600mm、间距30.00m左右,深度 15.30m; 待土方挖至潜水层后(-10.30~-11.00m左右).根据需要在坑内设置数个积水坑,坑深约 1.50m左右,下泵进行抽排水,以解决基坑内的残余地下水问题。


坑外设置观测井,并兼做应急疏干井,直径 600mm,间距 20.00~30.00m,深度 23.00m。


五、基坑施工

本次基坑支护在土方开挖至-5.30m、完成上部土钉墙后,开始护锚体系的施工。施工顺序为护坡桩、帷幕桩、第一道锚杆、联梁,待第一道锚杆锁定后按顺序开挖土方及施工下层锚杆。



六、基坑监测

由于岩土工程的复杂性,基坑支护系统受到许多难以确定因素的影响,而基坑的安全与稳定直接关系到基坑本身及邻近建筑物、基坑周边道路和邻近地下管线的安全。根据深基坑支护有关规范要求以及本工程项目的周边特点,基坑及结构主体地下部分施工阶段必须对基坑支护系统和周边环境进行监测,及时掌握支护系统及周围环境动态变化,应用监测所得的信息指导施工,是确保支护系统和周围环境安全的重要措施。


1.监测方案

支护中,对联梁顶及土钉墙坡顶设置水平位移观测点,对南侧路面进行了沉降观测,测点间距约 20m。同时对东、西、南、北四个剖面的每道锚杆进行了轴力监测。


基坑开挖前先进行初始读数。基础开挖期间,各项目每开挖一步观测一次,遇降雨等天气则加大观测频率。开挖到设计标高后 2 周内每周监测2~3 次,如未出现明显变化,则变为每周监测一次根据位移变化调整监测频率,最长每月观测2次。监测至主体结构出地面,回填完毕,所有监测工作结束。


基坑梁顶水平位移预警值为开挖深度的 2‰。


2.监测结果

此次监测过程中,基坑西侧、北侧、南侧基坑变形稳定,联梁顶最大水平位移位于基坑南侧中部一阳角部位观测点,为 21mm。基坑东侧在基坑开挖至第 3 道锚杆(深约 13.0m)时,发现基坑东侧中间区域梁顶变形由7mm 突然增大至 32mm,坡顶 5m 外地面出现10mm 宽的裂缝,遂将坑底堆土至第2道锚杆附近,并将土钉墙部分坡顶卸荷至联梁顶,同时启动周边应急疏干井应急抽水。待变形稳定后,在卸荷后的梁顶平台地面发现有塌陷,塌陷坑直径约2.0m,深1.5m。同时,经对此区域锚杆轴力的监测,梁顶位移突变后、锚杆轴力增加很大,均已超过前期锁定值的 40%,已超过设计轴力。


经对此调查分析,造成此情况的主要原因∶一是此处地层情况复杂、第二道锚杆开孔部位④细砂实际厚度比地勘资料提供的数据大,含水丰富,第二道锚杆开孔部位未能有效避开含水砂层,施工中土颗粒流失较严重,岩土体抗剪强度大大降低、即使锚杆张拉结束后,亦有砂颗粒流出;二是雨水通过杂填土渗人坑边土体内;三是坡顶路面土方车辆的频繁行走。


此区域除采取上述措施后,鉴于锚杆轴力已大于设计值,接近极限值,在此区域第一、二道锚杆间,增加了一排加强锚杆,锚杆设计同该部位第 2道锚杆。同时对渗漏区域.在锁定后的锚杆孔口,插入导管塞入密目网,将水流引出,以避免土颗粒随渗漏流出。处理结束后,开始进一步下挖,待第3排锚杆施工结束后,此处应急疏干井即停止抽水。基坑开挖到底至本次观测结束,此部位位移最大 40mm。


除此以外,其他部位监测数据表明基坑稳定状况良好,南侧路面最大沉降量仅5mm(观测点距离基坑边约10m)。


七、总结

1.本场区地下水丰富,砂层较厚,含水量大,在不能降水的情况下基坑支护采用 4道锚杆对基坑的安全是非常有效的。

2.长螺旋高压喷射注浆搅拌桩与护坡桩结合的综合止水帷幕形式对基坑的止水起到了良好的作用,是基坑止水帷幕的有益尝试。

3.当锚杆需要进入含水砂层时,采用全套管锚杆施工及锚杆跟浆护壁施工均能减少锚杆孔内上颗粒的流失,降低地面塌陷的风险,同时采用二次劈裂注浆可以有效的增加水泥浆固结体与土体之间的摩阻力,提高锚杆承载力。

4. 由于锚杆施工必须穿透已形成的止水帷幕、锚杆孔往往是帷幕漏水的通道之一。


也是土颗粒流失的主要通道,锚杆孔口的堵漏有必要值得进一步分析探讨。本次施工中采用引流疏导的方式。

5.在深基坑支护中,当坑外水头较大时,若采用帷幕止水,应急疏干井的设置是有必要的,可有效的降低坑内外水头差,减小支护结构侧壁水压力;若仅在锚杆施工过程中抽水,可有效的防止土颗粒流失,增加锚杆施工功效。



感谢供稿作者:

吴剑波、王立建、式思宇、牛朋飞

(北京中岩大地工程技术有限公司)