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北京特深基坑某广场基坑工程

326 2021-11-04 16:22:33

该广场位于东长安街路北,王府井大街与东单北大街之间,占地面积约11万 m²,建筑面积约87万m²。基坑开挖东西长约480m,南北宽约190m,开挖深度在15~23m,土方量176万 m²。基坑平面如图5-40所示。

1 地质情况

土层分布及水文地质情况为∶(1)杂填土;层底标高在 40.00 ~41.00,层厚约5~6m,以建筑垃圾为主,可塑,松散;(2)粉质粘土∶层底标高在 33.00~36.00,层厚约6~7m,黄褐色,土质不均,局部夹粉土,饱和,可塑;(3)细砂∶层底标高在 29.00 ~31.00 层厚约5~6m,黄褐色,含卵砾石,局部夹中粗砂,密实;(4)卵石层∶层底标高在 25.00~27.00,层厚约 4~5m,杂色,直径一般为3~5cm,最大8cm,局部夹粉粘土和砂砾石层,饱和,密实;(5)粉质粘土∶层底标高在 19.00~21.00层厚约5~7m;黄褐色,土质不均,局部夹粉土和砂砾石薄层,饱和,可塑;(6)卵石层∶层底标高在8.00~15.20,层厚约6~9m;杂色,以火成岩和坚硬的沉积岩为主,'饱和,密实。地下水分为三层;上层滞水,水位标高36.00~43.00;潜水,存在于第(4)层卵石层中,水位标高 27.00~29.50,是较稳定的地下水;承压水,存在于第(6)层卵石层中,静止水位标高在 20.00~23.00左右,水头高度约2.1m。

2 深基坑支护设计

东方广场工程由香港巴马丹拿国际公司设计,包括基坑工程支护设计。在1994 年,巴马丹拿提出以下方案∶

基坑深度按 16.0m 计算,采用人工挖孔桩作挡土结构,桩长18.5m,桩径分别为1000、1200、1500,桩间距为1000、1800、1500∶设置3道锚杆,锚杆做在护坡桩上,为非预应力锚杆,最大设计轴力 1656kN,采用 4φ40+φ32 粗钢筋制作,锚杆钻孔孔径为200mm。经研究原设计后,对土方工程、基坑支护重新安排,向甲方提出如下方案∶

采用护坡桩加锚杆的支护结构是可行的,但挡土桩应采用机,械钻孔,桩径为 800,桩间距为1500,锚杆层数减为2 道,而且不应做在护坡桩上,锚杆采用预应力钢绞线,更有利于支护结构的变形控制。与原方案相比,仅材料用量就减少很多,如护坡桩的混凝土可减少50%,锚杆钻孔长度减小 60%,而增加的是桩顶上一道2m 高的砖砌挡土墙。2.1 挡土支护方案

根据基坑深度、支护要求的不同,在基坑四周划分六个部位九个类型,分别采用钢筋混凝土灌注桩、H488 工字钢桩加锚杆的支护方式,锚杆分别有一层、二层和三层,局部位置加打土钉。

2.2 挖土方案

土方挖运按"先中间、后四周"及"分层开挖"的原则进行,全部采用内坡道,挖土机、翻斗车进入基坑。根据现场道路的出入口位置,设置若干临时坡道,并随着工程进度变换坡道位置。最后一个波道采用接力控土法,布置8~10台控土机分4层挖土,以后留 2台在坑内进行土方倒运,基坑上用2台拉铲挖土机挖土。土方完成后,用50t 汽车吊,将挖土机吊运出基坑。

2.3 降水


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通过比较,可得如下结论∶桩锚支护结构安全的关键在于锚杆的安全性,而弯矩从各种试验及经验看是可以折减的,其安全性有一定保障。所以选用等值梁法作为设计方法,其锚固力、弯矩计算结果都有一定的可靠度,是安全可行的。

5 试验与监测

5.1 本工程锚杆施工、试验、监测基本按照《锚杆施工规范》(CECS22∶90)进行,在锚杆施工前进行了3 组基本试验,施工过程中对每根锚杆做拉拔位移记录,并按 5%的比例进行验收试验,对各类型锚杆进行长期的应力监测,对挡土桩做倾斜观测。

基本试验共做了15根,根据试验结果确定锚固体与土体间粘结强度,分析粉质粘土与砂卵石的剪切强度,验证锚杆设计参数与施工工艺的合理性。

按锚杆总数 5%的比例做锚杆验收试验,锚杆张拉力达到1.2 倍设计轴力。凡是在张拉过程中位移不收敛均视为不合格,按锚杆张拉方法做加强处理。5.2 位移监测

在挡土桩锚杆标高处、桩顶连梁上、锚杆标高腰梁位置设置护坡桩的位移观测点,由专门的位移测量小组负责每天监测。从测量结果得以下几点结论∶(1)由于混凝土灌注桩刚度大,除悬臂端位移较大,其它部位因锚杆的预应力作用,位移较小;锚杆的预应力大大减少了桩的位移,只要保证锚杆的预应力,也就控制了桩的位移。(2)桩顶位移决定于桩的悬臂长度,可以看出,悬臂长度小于3m,桩顶位移在 10mm左右,悬臂长度在5m 以上,桩顶位移将增加很大。(3)由于理论计算未考虑锚杆的预应力作用,所以锚杆理论计算位移比实际位移要大,如类型四 A桩顶理论最大位移为66mm,实际为 36mm。5.3 锚杆应力的监测

锚杆轴力的监测采用钢弦式锚索计进行长期监测,锚杆锁定后10天内每天一次,10天后每10天一次,1个月后每月一次。共测试17根锚杆。锚杆应力监测除了用锚索计外,还对 4%的锚杆采取再张拉方式监测锚杆轴力的变化。再张拉的方法为∶在锚盘

上加反向肋承压板,加千斤顶后施加荷载,肉眼观察锚盘的移动以锚盘脱离承压板时的荷载作为锚杆的实际轴力。

6 设计、施工问题

6.1 桩顶连梁上挡土墙的考虑

桩锚支护结构的设计,其桩顶标高往往比自然地面标高下降2~4m,然后在桩顶上做混凝十连梁,在连梁上砌筑挡土墙。这种作法主要是考虑护坡桩施工因素,如在杂填土中钻孔困难、容易塌孔。

6.2 桩嵌固段不足问题

由于基坑设计深度的变化,使得原来已施工的护坡桩埋深减少,本工程中多个地方出现这种情况。尤其在基坑南侧,1994 年开工时基坑设计标高为28.375m,桩埋深3.8m,1997年复工后基坑标高改为 23.875m 与25.935m,分别加深4.5m 与2.44m,使得一部分桩已悬在空中,另一部分桩埋深只剩下 1.36m。对此,咨询公司提出多个方案,如接桩法、混凝土桩加锚杆法、土钉支护等,经过与甲方、设计公司多次协商后采取以下方案。

在基坑护坡桩边留一个土台,并向坑内放坡,土台高3~4m,宽1~~4m,这样在外观上保留了桩的埋深;在土台上50cm 加打一层锚杆,锚杆总层数由二层变为三层,设计时按二层锚杆、土台顶面标高进行设计,此时桩的嵌固段受到的被动土压力为 N,不考虑土台的作用,也就是说实际上不存在被动土压力,将此力N 用第三层锚杆力来代替。

上述方案通过三层锚杆的作用平衡了主动土压力,保证了桩的稳定。实施后经过轴力监测和位移监测,都没有不利情况发生。

6.3 基坑外市政施工的影响

由于工程的需要,在基坑开挖的同时,基坑北侧进行竖向电缆井及横向电缆沟的施工。竖井及电缆沟距坑边 4m,方形竖井尺寸为 4m×5m,圆形竖井尺寸直径为4m,电缆沟高约3m。在基坑挖至设计标高后,其方形竖井挖至首层锚杆标高,工人切断了穿过井内的 4根锚杆,形成了基坑局部的不稳定,桩的位移有所增大。由于发现及时,经理部上报市建委,协调各方工作。设计考虑锚杆有一定的安全系数,桩锚体系的整体性较好以及竖井开挖后的局部卸载作用,提出以下处理方案∶(1)加强沉降位移监测,由原来的一天一次改为一天两次,并及时通报各方;(2)对其中2根切断锚杆采用钢绞线连接器进行连接,并重新施加预应力;(3)对于其它部位的竖井、电缆沟施工遇到锚杆时,如需切断,务必通知经理部,并应取得部门的同意后才能实施;

6.4 基坑内塔基对桩的影响

由于施工场地狭窄有多台塔吊布置在坑内护坡桩旁边。塔吊基础平面尺寸为6m×6m,深1.7~2.3m。为保证桩的稳定,采取土钉方式进行补强∶在基坑设计标高上50cm 处加打3~4根十钉,土钉采用粗钢筋,长 6m,设工字钢腰梁一道,用螺帽将土钉拧紧固定在腰梁上;如果塔吊距桩边有一定距离,则下挖lm 塔基基础后,在边壁上采用土钉加喷射混凝土方式,间接地加固桩的嵌固端,然后进行挖土及塔吊基础的施工。

6.5 对原麦当劳旧桩的处理

原麦当劳建筑有一层地下室,四周有φ600护坡桩,拆除后,其西侧护坡桩与现基坑边及红线基本重合,如何保证支护结构不出红线范围又不影响结构施工是必须解决的问题。实际中采取如下方案∶(1)保留原麦当劳护坡桩,对旧桩采取土钉喷锚方式进行加固,保证原桩的稳定;(2)为减少支护结构的占用范围,采用H488 工字钢作挡土结构,间距同原护坡桩,并采用先钻孔再植入后灌浆的方法,减少了施工噪音,加强了支护结构的刚度;(3)在工字钢桩顶做混凝土连梁,顶住原护坡桩,在连梁上做第一层锚杆(2桩1锚)。

7 结语

(1)北京东方广场特大深基坑工程的设计、施工、监测是成功的。基坑的安全得到充分的保证∶设计合理、精心施工、严密监测、及时调整;经济上比原巴马丹拿国际设计公司设计方案节约投资 2000万元。

(2)桩锚支护体系按分层挖土用等值梁法计算是可行的。通过锚杆基本试验、验收试验调整锚杆设计长度和倾角是合宜的方法。

(3)计算位移与实测差 20~30mm,说明计算并未考虑预应力张拉的后果。对桩顶位移的控制应从锚杆的预应力与桩的悬臂长度两方面着手。混凝土灌注桩的悬臂段长度不宜超过5米。

(4)每根锚杆张拉,必须拉到设计轴力的1.1~1.2倍,十分钟后(实际检测)回到锁定值,施工时考虑千斤顶锁定过程的预应力损失,锁定值宜定为0.5~0.7倍设计轴力。

(5)土钉与锚杆结合支护,土钉起强化加固土体作用,提高土体的整体性,对锚杆起增长抗拔作用;土钉的补强作用也是基坑支护的一个灵活措施。

(6)先中间后四周分层挖土,采用内坡道,挖土机进入深基坑挖土运土方案,显示了优越性。