欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

广东省某大楼深基坑地下连续墙设计简介

268 2021-11-10 11:03:02

1.工程概况

该大楼位于广州市沿江西路与新堤三横路交叉处的西北角,交通四通八达,商业繁茂,是广州最为理想的商业办公中心。由于其紧靠珠江和爱群大厦这一文物建筑,其完成之时也将是广州风景建筑的组成之一。本工程设计楼高 29层,地下室 5层,基坑开挖深 20.3m.是广州最深的地下室基坑之一。本工程占地面积 2115m²。地下室建筑面积 9518.0m2²,施工场地狭窄,基坑四周都是要特别保护的建筑物及市政设施。

2.工程地质概况

根据场地地质资料,场地地层由上至下可简述如下∶

((1)人工杂填土∶分布在表层,厚度2.9~4.2m,由混凝土、砖块碎石和杂土组成,以松散状为主。

(2)冲积层∶该土层按土的性质和状态分为以下三个亚层;

1)灰黑色淤泥中细砂夹粉砂∶厚度1.2~3.7m,含较多腐植质和粗砂砾、瓷片和贝壳等。泥质多者稍具粘性,含水量大呈饱和状,松散为主。属中压缩性土。

2)灰黑色淤泥、淤质粘土,厚度0.8~3.8m,含较多腐植质和微薄层粉砂,土质细腻粘滑,饱和状,以流塑为主。属高压缩性土。

3)灰褐色淤泥中粗砂,分布于冲击层下部,分布不均匀,有缺层现象,厚度0.0~0.3m,本层底部粒度较粗,含较多粗砂砾,局部淤质较多而稍具粘性,松~稍密状为主。

(3)残积层;位于冲积层下部,按土的状态分为两个亚层∶

1)可硬塑土界线上段可塑土层∶分布不均匀,有缺层现象,厚度0.0~1.6m,为紫红色粉砂质泥岩和灰黑含砾粗砂岩分化成的粉质粘土和粉土.土质不太均匀.含坚硬十块.含大量中粗砂砾,以可塑为主,局部可硬塑,本层较薄。属中压缩性土。

2)可硬塑土界线下段硬塑土层∶厚度1.2~2.9m,岩性同上亚层,土层厚度变化大,土质不均匀,含较多坚硬士和强风化岩。属中低压缩性土。

(4)基岩∶紫红色粉砂质泥岩,夹有粗细砂岩和灰褐色含砾粗砂岩。风化程度各异。本工程场地地质情况是比较复杂的,主要表现在以下两个方面;一是基岩夹层多。埋深变化大,基岩为紫红色砂质泥岩,岩性软弱。强风化、中风化、强风化交替出现。局部夹有硬塑残积土层,微风化岩埋深由 10.0m变化至 32.0m。二是地下水丰富,基坑离珠江只有一条马路。相距不到 20,0m,靠珠江一侧覆盖层中透水层厚,含水饱和,强风化和中风化中裂隙水也比较丰富。

3.支护方案设计

根据本工程各方面的具体情况,选定地下连续墙作为基坑挡土止水的支护结构,同时作为地下室外墙,上部结构边角柱承重的水永久结构。这样可以做到;

(1)和永久结构相结合,基本不占用基坑以外的场地。满足了本工程场地方面的限制∶

(2)施工过程中对四周环境影响小,保证四周建筑物、马路和市政管网的安全;

(3)能适应复杂的地层条件,解决本工程岩层起伏大的困难;

(4)刚度大,密实性好,是挡土防水结构中安全性最高的一种支护结构。

支撑体系的选择范围很大,目前应用较成熟的有锚杆、钢支撑、混凝土支撑(包括拱圈、复式梁等)。锚杆能适应各种基坑形状,但受基坑外地下水压力影响较大,当地下水压力大时,在饱和砂质土层中锚杆施工存在涌水涌砂的危险。地下连续墙作为永久结构,其上所留锚杆孔的永久防水也是一个棘手的问题。而钢支撑就有利得多,钢支撑安装快且容易,更能适应设置标高、支撑密度和层数的变化。因此本工程支撑体系选择上部锚杆、下部钢支撑相结合的形式。

4.地下连续墙的设计

地下连续墙设计必须考虑以下几种工况∶基坑开挖和锚杆、钢支撑设置的各个施工阶段;地下室楼板完成和钢支撑拆除的各个施工阶段;

永久受力阶段;地下连续墙承受土压力、水压力、楼板支撑力、上部柱子垂直荷载等。通过各工况计算分析,由于地下室剪力墙很多,采用无梁楼板结构,对地下连续墙支撑牢固,我们仅讨论第一工况和垂直荷载,其它暂略。

(1)土压力和水压力的计算

地下连续墙所受的侧压力主要是基坑外侧的土压力和水压力。土压力和水压力的大小是地下连续墙结构及支撑体系设计中敏感而又决定性的因素,但同时也是最难准确计算的。参照深圳、上海等地的一些暂行规范和计算规则。我们认为地下连续墙挡土侧在地下水位以下含水层内总的侧压力为有效土压力和孔隙水压力之和,孔隙水压力比静水压力为小。因此采用以下模式进行计算∶地下水位以下除考虑透水层的100%静水压力,按浮重度计算土压力外,基坑开挖面以上的不透水层考藏 50%的静水压力。按浮重度计算土压力,基坑开控面以下按饱和重度计算土压力,不计水压力。

(2)墙体内力计算

地下连续墙的内力计算,目前国内外有多种不同形式的计算方法,如简化法(塑性法)、弹性法(竖向基床系数法)和非线性有限元法等。本工程地下连续墙的计算方法采用弹性地基梁法;假定墙周土体处于弹性状态,土体的反力与墙体的变形成正比。取单位宽墙体为一计算单元,将其看作弹性支撑上的梁。将土体及支撑或锚杆对墙体的支撑作用用一系列的弹簧系统来代替,采用结构力学的方法求解不同施工阶段墙体内力、位移、支撑反力。由于支撑或锚杆是在基坑开挖过程中逐步施加上去的,在施加支撑或锚杆前墙体已发生了位移,本计算采用增量法考虑了施工这一过程对墙体内力和位移的影响。

(3)地下连续墙厚度及配筋

根据本基坑开挖深度,四周对挡土防水结构的严格要求,且部分连续墙为承重结构,地下连续墙的厚度为 1000mm,满足其配置纵向受弯钢筋和保证安全的最小刚度。地下连续墙按照矩形截面偏心受弯构件进行配筋设计。

(4)地下连续墙承重设计

地下连续墙承受机理和大孔径冲(钻)孔桩是相同的,因此采用了相同的计算方法,其中等效端承受力面积为∶

image.png

5.支撑体系的设计

(1)锚杆

本工程场地的地质情况比较复杂,基岩埋藏起伏不平,连续墙分为承重墙和非承重墙两部分,两层锚杆的标高分别为一2.50m和,一3.50m,两层锚杆错开布置,锚杆的设计需分层分段设计。

1)第一层锚杆;水平间距 2.0m,锚杆倾角 30°,锚杆直径 150mm,锚杆材料为 24φ5高强钢丝。其中承重极限轴向承载力647N/根,非承重墙极限轴向承载力为 662kN/根。

2)第二层锚杆;水平间距2.0m,锚杆倾角 30°,锚杆直径150mm,锚杆材料为 18φ5高强钢丝。其中承重极限轴向承载力 532kN/根。非承重墙极限轴向承载力为 440kN/根。

(2)钢支撑

钢支撑的布置分为二层,标高分别为-12.0m 和-15.5m,支撑强度分别为 450kN 和370kN。

根据以往的施工经验,主要考虑土方开挖的方便,钢支撑采用析架结构。两道钢支撑用连系杆联接起来,省去了常规的立柱,钢结构按轴向受压杆件计算。

6.原位监测及反馈

在基坑开挖期间,对支护结构进行了大型原位测试,取得的测试成果包括如下的内容;

(1)墙体内钢筋应力量测;

(2)锚杆支撑力监测;

(3)钢支撑体系内力监测;

(4)墙体变位监测;

(5)墙后土压力量测。