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以成都某超高层项目为例详解膨胀土场地基坑支护设计方法

274 2020-07-21 16:23:11


摘要:膨胀土基坑事故是目前成都地区最大的基坑问题,由膨胀土引发的基坑事故占到成都基坑总事故的80%以上。成都绿地中心·蜀峰468超高层项目正好处于膨胀土地区,因此以项目为依托开展了膨胀土基坑支护设计方法的研究。

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项目简介

"成都绿地中心·蜀峰468超高层项目"位于成都市三环路东段航天立交桥外侧驿都大道与椿树街交叉口东南,处于东部新城文化创意产业综合功能区核心区,距离成都市中心天府广场15km,距离三环路约1km,距离龙泉驿区约7km。该项目建筑用地面积24530m²,主体建筑高度达到468m。


场地北侧为成都至龙泉驿区市政主干道的驿都大道,邻近已运营的地铁2号线及洪河站,该侧环境条件最为复杂。场地西侧邻近市政道路椿树街,椿树街西面为4号、5号地块项目(正在施工基坑),道路下市政管网众多,环境条件较为复杂。场地整体地形地貌呈东高西低状,整个场地最大高差约8.00m。整个基坑面积约2.2万㎡,周长约为638m,基坑开挖深度达-28.15 m~-31.85 m,基坑安全性等级为一级。工程又处于目前成都基坑事故频发的膨胀土地区,这些都增大了工程建设的难度。


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技术特色
1

---提出了膨胀土基坑支护设计方法


膨胀土基坑支护设计方法一直是困扰成都地区基坑设计的重大问题。依托绿地中心八号地块基坑工程建设,通过大量的现场监测工作,并以膨胀土湿度场理论为依据,结合室内试验及模型试验,提出了一套膨胀土基坑边坡设计理论和设计方法。




2

---提升了成都地区基坑内支撑支护体系设计施工技术


绿地中心八号地块基坑工程为成都膨胀土地区临地铁超深基坑,对基坑变形控制要求极高。为满足变形控制要求,在成都地区内支撑体系进行基坑支护设计施工缺乏经验的条件下,本工程首次采用变形控制效果好的内支撑体系对基坑进行支护,在内支撑体系设计、圆环撑与内支撑施工技术及临近地铁基坑变形控制方面积累了大量工程经验,极大提升了公司基坑工程设计施工水平。




3

---玄武岩纤维复合筋材应用


玄武岩纤维复合筋材是以玄武岩纤维为增强材料,以合成树脂为基体材料形成的一种新型非金属复合材料。具有强度高、质量轻、绿色环保和耐腐蚀等优点。玄武岩纤维项目在2002年被列为国家863计划,2004年列入国家级火炬计划。


在通过室内试验及现场试验掌握玄武岩筋材物理力学特性及锚固特性的基础上,在绿地中心八号地块基坑工程南侧东段高边坡支护中,采用玄武岩纤维筋材大规模替换现有普通钢筋锚杆和网筋。现场监测结果表明采用玄武岩筋材支护的边坡变形控制效果良好,应用取得了很好的效果。

4

---格构+植草护坡应用


本项目高边坡区域采用锚索格构梁+植草护坡,边坡高5.5m,1:1放坡。该区域采用锚索格构梁护坡有效控制了坡顶位移,且减小了桩顶荷载,该类型支护型式能够有效减小膨胀土地区边坡变形;坡面采用植草护坡,既有效节约了混凝土及钢筋材料,又保证了坡面稳定安全,还美化了坡面,增加了支护体系观感,绿色环保。该支护结构支护效果良好,满足膨胀土地区基坑变形要求,可以在膨胀土地区推广应用。




5

---膨胀土基坑锚索的应用


根据成都东边基坑支护工程经验,膨胀土地区使用锚索结构,存在很大的施工难度且变形难以控制,我们采取以下措施:


a.通过现场锚索基本实验,改进锚索施工工艺,采用水钻+跟进套管

b.设计过程中通过改变锚索角度和长度,将锚索锚固段分布至于非膨胀土中,并确保泥岩与锚索有足够的锚固力;

c.锚索采用二次压浆工艺,初次压浆时,在锚索水泥浆+适量的膨胀剂和速凝剂并添加细砂,即初次压水泥浆。初次压浆初凝前进行二次补浆,确保锚索压浆质量;

d.锚索尾端焊接一个锚,将锚具焊接于锚索尾端,将锚索形成整体,保证其压浆后锚索尾端有较好抗拔效果;

e.锚索张拉采用整体张拉,减少张拉过程预应力损失,且在锚索使用过程中,根据锚索监测受力情况,适当增加锚索预应力,避免降低由于预应力损失对锚索受力的影响。




6

---基坑自动化智能降水系统应用


在绿地中心膨胀土地区弱透水层地下水较少,采用了中建总公司研发的智能降水系统进行基坑降水工作,由计算机自动控制降水水位,避免了过度降水造成的周边路面沉降问题,保护了环境。

7

---基坑变形预报技术应用


通过建立气象站降雨量监测和TDR(湿度计)土中含水率监测系统,测试和预测土中含水率的变化规律,并建立基坑边坡湿度场模型,根据含水率-膨胀应力关系、含水率-抗剪强度关系,推算降雨后基坑支护结构受到的土压力,并以此预测基坑变形规律。利用降雨、入渗、膨胀力发挥的时间差,对基坑变形预判、预警,对预防和处理基坑变形发挥了重要作用。


8

---推行绿色岩土


本基坑紧邻驿都大道及已经运行地铁2号线洪河站,基坑支护工程加强对环境的保护,做到绿色岩土施工


a.浅层放坡支护采用锚索格构+植草护坡,增加了支护体系美观,有效节约了混凝土及钢筋材料,绿色环保。

b.对基坑红线范围以内支护桩顶以外均采用混凝土硬化封闭

c.钢格构立柱角钢拆除回收做到了资源重复利用,降低了成本。

d.混凝土支撑预埋静力爆破管,采用静力爆破+人工拆除

f.锚索施工用水采用基坑明排水,集中抽排,循环回收重复利用,节约水资源。


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解决的技术难题
1

---解决了基坑开挖面积大、深度深的支护问题


本项目占地面积大,场地呈东高西低,高差高达8.0m,基坑开挖面积约为2.2万m²,地下室结构几乎布满了建筑红线包括的用地范围。该基坑属大面积深基坑工程, 为目前成都东郊膨胀土地区最深大的深基坑工程,实施过程中受到基坑开挖、大气降水以及施工动载等许多不确定因素的影响,存在着较大的风险性。

2

---解决了场地特殊地质条件下的支护问题


该基坑属于典型成都东郊膨胀土地区深基坑,场地内分布的黏土、泥岩均属于膨胀性岩土,具有弱膨胀潜势,膨胀土的反复胀缩和强度衰减等水敏特性,在膨胀土基坑中不但有重力作用下的应力变化,还包括,由于膨胀土的膨胀力、收缩力的存在,使得膨胀土基坑中的应力分布较为复杂,进而导致膨胀土基坑的变形破坏形式也表现出一定的特殊性。


膨胀土遇水后强度大大降低,具有很大的流变性,膨胀性黏土遇水后的流变特性不仅会影响到基坑的稳定,对基坑变形控制也至关重要。膨胀土受力性质的不确定性,大大的增加了基坑的支护难度。

3

---解决了高要求的地铁设施保护


基坑支护设计和施工中须做好对邻近构筑物、市政道路、市政管线等的保护工作,将变形控制在允许范围之内。“时空效应”原理组织基坑施工,用施工管理的“软措施”,控制基坑位移的“硬指标”,具体从下列方面着手:


a.基坑开挖分段、分层、分单元、对称实施;

b.采用多台小型液压挖掘机在基坑内挖掘、水平驳送,对“时空效应”十分有利;

c.对2号线车站的结构变形通过布设直接监测控制点等加强监测,并将监测数据及时反馈指导施工;

d.积极和2号线运营管理单位沟通协调,使其随时能掌握工程施工的动态;

e.解决了严格的环境保护要求。

技术成效

根据绿地中心蜀峰468项目八号地块基坑变形监测结果可知,自2014年5月19日基坑变形监测开始至今,基坑北侧三道内支撑支护区域,累计水平位移最小值仅5.58mm,周边建筑物33个测点沉降监测点测试结果均小于预警值,基坑支护效果良好


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成果及奖励
1

---奖励证书


a.2019年度行业优秀设计奖 优秀工程与岩土工程一等奖


b.2019年中国建筑卓越项目奖。



2

---科研成果


课题编号CSCEC-2014-Z-48

课题名称:《绿地中心蜀峰468 超高层城市综合体绿色岩土关键技术研究

3

---申请专利


a.发明专利:一种玄武岩纤维筋材锚杆的施工工艺,授权号201510900320.7;

b.实用新型专利:一种新型非金属锚杆锚具,授权号201521013240.1;

c.实用新型专利:一种BFB抗浮锚杆结构,授权号201620992342.0。

4

---发表科技论文


a. 成都某膨胀土基坑边坡失稳机理分析;

b.玄武岩纤维复合筋材在岩土工程中的应用研究;

c.膨胀土深基坑开挖对邻近地铁设施变形影响分析;

d.膨胀土深基坑工程对临近地铁变形影响研究;

e.基于支持向量机的膨胀土深基坑变形预测研究


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综合效益
  • 社会效益由于本基坑地处环境及基坑的特殊性,基坑支护工程的成功利社会的稳定。

  • 经济效益本基坑支护体系设计经济合理降低了业主工程造价;并大量采用了各种绿色环保施工工艺,大大缩短了施工周期降低施工成本

  • 环境效益a.采用低能耗、高效率施工机具,提高“节能”效果b.该基坑支护体系外边线基本与红线重合,节约用地;c.提高了污水再生利用率,节约用水d.对钢格构立柱角钢,节约钢材e.减少施工粉层,降低噪音,不产生爆破震动波及冲击波。

END