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甘肃广播电视大学综合楼基坑工程

330 2021-01-14 15:18:19

一、工程概况

甘肃广播电视大学现代远程教育中心大楼占地面积为3408m²,地上 22层,地下2层,地面以上总高93.6m,总建筑面积40013m,结构类型为框剪结构,基础类型采用筏箱式基础。中心大楼工程西南侧(1~4 轴/D 轴处)有一保留建筑物(西附楼),为地下 1 层、地上 8层框架结构,两者剖面相对关系见图1,两建筑物上部结构净间距仅200mm。本工程上部结构采用框架一剪力墙结构体 系,基础采用筏板基础,基 础持力层为泥质砂岩。筏板厚1500mm,下 设150mm厚C15垫层.垫层底标高为-9.550m。原有建筑西附楼基磁为箱形基础、基础底标高为-1.700m,基础持力层为卵石层。中心大楼基坑底与西附楼基础底部高差为5.25m,高差范围内为卵石层和泥质砂岩层,基础及地质情况详见图1。本工程基坑周边存在既有建筑物和马路,尤其是西南角紧邻西附楼,开挖施工时对该建筑的安全将带来较大影响,因此需要采取可靠的支护结构,以确保安全。

二 场地工程地质及水文地质条件

1.工程地质条件


场地内地层较简单,主要由杂填土 卵石和泥质砂岩组成,粉细砂和粉土以薄层透镜体状分布在场地南半部的卵石层之上。在基坑支护设计深度范围内,场地地层分布顺序自上而下分述如下∶

①层杂填土,杂色,回填成分主要是建筑垃圾和粘性土、碎石、碎砖块等,结构松散.稍密∶


②层粉土∶冲洪积成因。厚0.3~ 0.8m-黄褐色.干强度低,无光泽反应,稍湿,稍密;


③层卵石∶冲洪积成因。本层厚3.0~8.7m.场地南半部较厚,北半部较薄。卵石层层面埋深0.9~3.2m,层而标高为1514.82~1517.38m,高差约2.6m.场地东端较低,其他区域较平。本层呈杂色,卵石颗粒磨圆度较好,多呈圆行和亚圆形,成分主要由石英岩、砂岩和变质岩组成,石质坚硬,一般粒径30~70mm、占全重的 50%以上,大于70mm的约占10~15%,最大粒径约 200mm,颗粒间孔隙由沙土充填,中密~密实;


④砂岩泥质∶强风化状,岩体颜色呈浅橘红色。岩体呈厚层状结构.结构致密,岩体较完整,裂隙不发育,成岩作用差、遇水易软化崩解,岩体基本质量等级为Ⅳ级。基坑开挖设计深度10.0m,基坑土体物理参数见表1。



2. 水文地质条件


场地地下水展孔隙潜水类型。勘察期间.地下水位埋深4.5~5m。相应水位标离为 1513.12~1513.70m,地下水位高差变化为0.6m左右,卵石层是主要含水层,第三系泥质砂岩为其下部隔水层。地下水主要受大气降水和西南部含水层的侧向径流补给,地下水自西南流向东北,最终排泄于黄河。地下水水位随季节变化,一般春、冬季节较低,夏、秋季节较高,其变化幅度一般约为0.5~1.0m。地下水渗透系数按50m/d考虑。

三、基坑支护设计方案

1.基坑支护设计方案的确定

由于施工场地狭小,基坑西南角存在既有建筑。北侧为城市主干道路,东侧为小区道路.周围环境复杂,要求整个基坑范围内均需考虑支护。基坑支护的原则是必须保证开挖过程的稳定、特别是不能对既有建筑西附楼造成任何危害.因此.基坑支护必须保证在基坑开挖和基础施工过程中西附楼的绝对安全。另外,还必须做到对周围地下管线的保护和道路运行的安全,同时要考虑支护结构的总体造价经济合理。


基坑设计标准为∶


①基坑侧壁靠近既有建筑物(西附楼)局部安全等级为一级、其余二级-;②加固措施安全,经济合理。


经过比较分析,针对现场的实际情况.由于基坑的西南角紧邻基坑存在8层既有建筑物(西附楼),建筑物基础形式为箱形基础,因此对基坑的西南角采用排桩预应力锚杆支护,其余部位采用土钉墙进行支护、基坑支护平面见图 2。



2. 基坑支护设计


根据本工程实际情况,结合兰州地区施工经验,既有8层保留建筑(西附楼)基底以下土层(包括卵石层、泥质砂岩层)拟采用排桩加预应力锚杆支护。排桩采用冲击成孔混凝土灌注桩,桩径 800mm,桩间距 2000mm,桩深入坑底长度经计算确定,桩身混凝土强度为C25。排桩顶设冠梁,冠梁截面尺寸为 800mm×600mm。以加强整体性。此外.为严格控制基坑位移,设一道预应力锚杆,锚杆与水平面夹角为 10°,锚杆距离桩顶约 200mm,桩间土体采用土钉墙支护、土钉采用柬32mm×2.5mm长为2.5m的钢管,面板为100mm厚喷射混凝土,强度等级为 C25,钢筋网采用拓6mm@250mm。基坑其他位置均采用土钉墙支护,土层和泥岩层采用注浆钢筋土钉,卵石层采用丸32mm×2.5mm钢管土钉,面板为100mm厚喷射混凝土,强度等级为C25,钢筋网采用6mm@250mm。


(1)土钉墙设计


取基坑东侧3-3剖面进行土钉墙支护设计,其土层厚度及物理力学参数见表2。土层钢筋土钉注浆棒直径为 130mm,钢管土钉直接打入卵石层注浆。计算采用兰州理工大学朱彦鹏等开发的深基坑支护结构设计软件 V1.0进行P-1,承载力和稳定性计算结果见表3.稳定性安全系数为1.34、设计的土钉墙支护均能满足承载力和稳定性要求。土钉墙最后设计结果见土钉墙立面图 3 和剖面图 4。


四、基坑及西附楼监测


为确保西附楼及施工安全、在基坑开挖工程中应加强对基坑排桩的水平位移监测,以及西附楼的变形观测,以监测数据及时调整施工步骤,必要时可对锚杆再次施加预应力。排桩的水平位移限值为 15mm。具体观测情况为∶


基坑北侧、东侧和东南侧离马路和既有建筑物的距离较远,仅进行了常规的巡视和地面裂缝观测.至开挖到基坑底面标高,基坑北侧地面最大裂缝为2mm,基坑东侧和东南侧地面裂缝仅为Imm,建筑物未出现裂缝。由于基坑西南角与西附楼的特殊关系,所以对此部位进行了重点观测,观测结果表明排桩预应力锚杆有效限制了基坑坑顶的水平位移,西附楼山墙的最大水平位移仅为 4mm,地面最大沉降约 3mm。


五、本工程主体结构与基坑支护的关系

西附楼地下室与上部结构关系


由于与西附楼交接处设置了支护结构,故本工程该处地下室外墙必须相应内退.具体退进尺寸视基坑支护设计而定。地下室外墙内退后,该部位上部结构剪力墙与地下室外墙形成错位,具体解决方案如下∶①地下2层外墙以排桩支护结构作为外模板.不留操作距离;②地下1层外墙做加厚处理。其内侧与地下2层平,外侧距离西附楼地下室外墙 200mm,加厚部分(外侧到地下2层外侧)全部坐落在支护结构上;③地下1层外墙内部钢筋构造按搭接柱构造要求处理,以保证上部结构荷载能传至地下2层外墙,进而传递到筏板基础;④为进一步增强结构的安全性,充分发挥支护排桩的作用,使支护结构能承担部分上部结构荷载,支护结构采取加强措施,使与筏板基础及地下2层外墙加强连接.共同承担该部位上部结构荷载。


采用上述方案,可解决上部结构剪力墙与地下室外墙错位问题,上部结构与地下室外墙未形成转换。本工程上部结构剪力墙、地下1层外端、地下2层外墙以及支护结构相互关系见图1. 2. 交接处基础处理


如上所述,本工程与西附楼交接处上部结构部分荷载通过地下1层外墙加厚部分传力至支护结构,故该部位排桩应能承担部分上部结构荷载,且支护结构应由①轴线布置到⑤轴线。以排桩作为上部结构的基础。主要考虑因素为;①该部位上部结构荷载较大,而筏板边缘无法外扩、局部应力较大。以排桩做基础,能较好地解决该问题;②本工程筏板基础以泥质砂岩为持力层、支护排桩桩端持力层也为泥质砂岩,两者持力层相同。③泥质砂岩层压缩模量为35MPa。经计算、本工程沉降值仅 25mm左右。只要控制好排桩底部沉渣厚度(小于50mm),则能保证排桩沉降量与筏板基本一致,满足规范要求。此外,根据兰州地区施工经验,冲击成孔灌注桩孔底沉渣主要为冲击破碎的卵石颗粒,其他泥浆等均能被混凝土置换,由沉渣引起的沉降可不予考虑,故本工程可以考虑局部采用桩基础。


六、结论


随着城市高层建筑修建数量的日益增多,周围环境越来越复杂,深基坑开挖支护的深度和规模电在不断地扩大,难度也在增大。本文基于甘肃广播电视大学综合楼,讨论了在复杂环境条件下的深基坑支护问题,通过设计分析可以得到以下结论和启示。


1.土钉墙经过合理设计可以在深基坑开挖中发挥重要作用、而且较传统的排桩支护结构经济。


2.为了保证特别临近基坑坑壁的既有建筑物,采用排桩预应力锚杆柔性支护结构可以有效限制基坑坑壁的位移,从而保证既有建筑物的安全。本工程中的排桩不仅是支护桩,而且是工程桩,这样节约了工程造价。


3.基坑工程地域特点非常明显,中国幅员辽阔,各地应研究和摸索适合当地特点深基坑支护方法,这样才会做到经济安全。



感谢供稿作者:

未彦鹏、周 勇(兰州理工大学 土木工程学院)

莫庸、华遵孟(甘肃省建设专家委员会)