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兰州某电力公司调度通讯楼基坑工程

348 2021-01-25 17:51:16


一、工程简介及特点

某电力公司调度通讯楼基坑工程位于甘肃省兰州市城关区盐场堡,雁滩黄河大桥西南侧,北滨河路以北,东北与西北侧均为城市规划道路,占地 40 亩。自然地面标高为 1517.43~1518.93m,±0.00=1516.20m。主楼为地上40层(高度187.7m)、地下2层,裙房为地上 3~4层、地下2层,主楼采用全现浇型钢混凝土简中简结构,裙楼采用全现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。主楼采用筏板基础形式,板底埋深为一14.20m,标高为 1502.00m;裙房采用独立基础型式,基础埋深-10.90m,标高为 1505.30m,i0kV变电站,地下3层,采用筏板基础型式,板底埋深约为-15.70m,标高为1500.50m。总建筑面积 87809m²;地上总建筑面积65295m²,地下总建筑面积为 22514m²。


根据实际施工状况,该场地±0.00=1511.50m 以上土层全部挖除、因此,基坑从±0.00以下起支护,裙房区域基坑开挖深度约为-10.90m,主楼与裙房基坑开挖深度高差为3.30m,110kV变电站东侧基坑开挖深度为-15.70m.西侧与裙房基坑开挖深度高差为 4.80m。整个基坑平面面积约为15000m²。


本工程具有以下几个特点:

(1)场地周围现有建筑较多,距离基坑坑壁较近,施工场地相对狭小,对基坑开挖和降水工作的实施有较大限制。

(2)基坑开挖深度较深,拟建筑物场地工程地质、水文地质条件复杂.增加了工程的施工难度,如果发生质量事故,将会带来很大的经济损失。

(3)该工程施工工序较多、工程量大、工期短,稍有疏忽就会出现质量缺陷,甚至质量事故,现场管理、调配程序复杂。


二、工程地质条件

1.场地工程地质条件

拟建场地地层自上而下依次分布有:

①杂填土层:厚 0.60~5.00m。基坑区域该层已被挖除。杂色,土质不均匀,以建筑垃圾和生活垃圾为主,稍湿,疏松。

②黄土状粉土层:厚2.10~7.10m。场地西侧及中部偏北区域该层下部分布有0.30~1.50m 厚的细砂透镜体。

黄土状粉土层呈褐黄色,土质较均匀,孔隙、虫孔较发育,具水平层理,见垂直裂隙,局部含小颗粒卵石。稍密,稍湿~湿,摇振反应中等,无光泽反应,干强度低,韧性低;细砂透镜体呈杂色,砂质较纯,成分以长石、石英、云母等为主,稍密,湿。

③卵石层:埋深4.20~8.40m,厚5.20~12.30m,层面高程 1509.56~ 1511.89m。场地西北侧区域该层层面下2.40m处分布有0.20m厚的细砂透镜体,西北角区域该层层面下 0.50m 处分布有0.30m 厚的粗砂透镜体。

卵石为杂色.成分以石英岩、花岗岩、变质岩等为主,磨圆度较好,呈亚圆形,级配较好,粒径以2~10厘米为主、最大16 厘米,含漂石,卵石颗粒呈中风化,交错排列,充填物以中粗砂及圆砾为主。骨架颗粒含量约占全重的65~70%,中密;细砂透镜体呈杂色,砂质较纯,成分以长石、石英、云母等为主,中密,饱和;粗砂透镜体呈杂色,砂质较纯,成分以长石、石英、云母等为主,中密,饱和。

④泥质砂岩层:埋深12.50~18.00m,层面高程1499.43~1503.02m,勘察厚度8.40~~34.80m(未穿透)。

半成岩,砖红色,矿物成分以长石、石英、绿泥石、高岭石、白云母等为主,泥钙质胶结、岩体量厚层状结构、岩石呈碎屑构造,遇水易软化。表层1.90~3.80m呈强风化状态、以下星中风化状态。强风化泥质砂岩微裂隙及风化裂隙较发育,致密,较坚硬,岩体基本质量等级为V级;中风化砂岩见微裂隙,遇水易软化,致密,较坚硬,岩体基本质量等级为Ⅳ级。


黄土状粉土的物理力学性质见表1。



2. 场地水文地质条件

该场地地下水为阶地型潜水,主要含水层为卵石层,第三系泥质砂岩层为隔水底板,地下水水位埋深约7. 90〜9. 30m,相应水位标高1508. 91〜1510. 15m。

卵石层的渗透系数可按K=50m/d取植。


3. 场地典型剖面

本场地典型剖面见图1。



三、基坑周边环境情况

该工程位于兰州市城关区盐场堡,雁滩黄河大桥西南侧,北滨河路以北,占地40亩,东北与西北侧均为城市道路。基坑北侧和西侧均分布有3-4 层居民建筑物,浅基础形式,建筑物离基坑壁距离为 3.0~7.0m。四、基坑围护平面图(图 2)



五、基坑工程设计情况

1. 工程降水

根据场地水文地质条件及建筑物开挖要求,采用井点群井降水和基坑内明沟排水相结合的降水措施,通过对每个井点内的抽水,使地下水位降至基础底面以下,保证基础施工。水位降深约为4.20~6.60m。根据基坑实际地层情况,同时布置基坑内明沟井。


井点沿裙房基坑周边布置,距基坑上边缘线1.5~2.0m,间距15.0~18.0m,共布置非点 31个,均为完整井,深度16.25~17.50m,进入基岩不小于3.0m。"排水采用在基坑外四周设置排水管网,经三级沉淀后集中排入城市下水管道。


(1)井点布置

采用井点群井降水措施,井点布置距基坑上边缘线1.5~2.0m,间距 15.0~18.0m,共布置 31 个降水井,均为完整井。


完整井管井深度根据基岩平面深度确定,进入基岩以下 3.0m,约为 16.25m~ 17.50m,成孔直径 600~700mm,井管直径 400mm,


(2)排水系统

抽水采用潜水泵,沿基坑周边铺设不小于6"排水管,经3处沉淀池沉淀后排入下水井,沉淀池用钢板制作,尺寸为2.88m×1.26m×1.26m。


在裙房Ⅰ区域、主体Ⅱ区域坑顶及坑底设置二次降水截、排水明沟及集水井。


(3)抽水

抽水采用潜水泵,泵量、扬程必须满足各井的涌水量,将降水井和基坑底集水井的水抽到排水系统。


(4)其他

为了保证连续抽水,必须有备用电源,确保停电时能继续抽水。


2. 基坑支护设计

(1)基坑支护设计参数(表 2)

①基坑侧壁重要性系数∶1.1。

②基坑整体稳定性安全系数∶ 1.3.

③基坑整体抗水平滑动安全系数∶ 1.3。

④基坑整体抗倾覆安全系数∶ 1.6。

⑤荷载分项系数∶1.2。

⑥土钉锚固体与填土极限摩阻力标准值∶16kPa。

⑦土钉锚固体与黄土状粉土层极限摩阻力标准值∶30kPa。

⑧土钉锚固体或锚管与卵石层极限摩阻力标准值∶120kPa。

⑨基坑支护设计时,杂填土层、黄土状粉土层、卵石层、泥质砂岩层的设计参数可按下表取值。


(2)基坑放坡开挖线


根据建设单位提供的拟建物基础平面图及其设计说明,为了给施工预留一定空间及!坑坑底挑沟排水,基坑从独立基础四周外延1.00m起放坡支护、其放坡坡度为1∶0.30。


(3)基坑顶部设计荷载


采用距基坑边缘1.00m、作用宽度 3.0m、均布荷载值为 15kPa的条形活荷载值进行设计。


(4)基坑支护设计 A. 裙房区域

(Ⅰ 区)基坑


基坑支护深度为-10.45m,土钉竖向设计为7排,设计长度为9.00m、8.00m、 8.00m、8.00m、6.00m、3.00m、3.00m,呈梅花状布置,土钉水平间距 1.20,第1排距离地面1.30m,其后垂直间距均为1.30m。支护长度约 400m,土钉总数约为2322 根,土钉总长度约为14927m(净长)。喷锚面积约为4948m²。土钉钢筋均为Ⅱ级钢筋,直径均为 18nm,支护剖面图、立面图见图 3。



B. 110kV 变电站区域(Ⅱ区)基坑


①110kV 盐场堡变电站东侧区域


基坑支护深度为-15.40m,土钉竖向设计为11排,设计长度为11.00m、10.00m、 9.00m、8.00m、5.00m、4.00m、3.00m、3.00m、3.00m、2.00m、2.00m,呈梅花状布置,土钉水平间距1.20,第1排距离地面1.30m,其后垂直间距均为1.30m。土钉总数约为1107 根.土钉总长度约为6038m(净长)。喷锚面积约为2161m²。土钉钢筋均为Ⅱ级钢筋,直径均为 18mm, 支护剖面图、立面图见图 4。


②110kV 盐场堡变电站西侧与裙房相接区域


基坑相对深度为4.95m,采取 1∶0.30(约73.3)放坡后,采取钢丝网片喷射混凝土支护措施。


C. 主楼区域(Ⅲ区)基坑


基坑相对深度为6.25m,采取1∶0.30(约73.3°)放坡坡度后,采取钢丝网片喷射混凝土支护措施 坑内四周设置截水明沟。

(5)土钉构造设计


土钉孔直径不得小于100mm,土钉与水平面之间的夹角均为 15°。土钉注浆材料用水泥浆,强度等级不低于 M30。在卵石层、填土层或无法成孔的地层中土钉改用锚管,锚管直径不得小于40mm,壁厚不得小于3.5mm的钢管,内侧 2/3均布中6@400mm的注浆孔。


(6)挂网、喷射混凝土的设计


喷射混凝土厚 80mm,配钢筋网为中 8@200mm×200mm.加强筋为4根Ⅱ级中18,长度 400mm。坡顶位置上包尺寸1000mm。在基坑底部四周喷射混凝土面层应插入坑底部不小于 200mm,形成护脚。


喷射混凝土可根据土质情况分两次喷射,也可一次喷射成型。第一层40mm混凝土喷射完成后,挂设钢筋网,保证钢筋网距离坡面40mm,然后紧固土钉,再喷射第二层混凝土至设计厚度,喷射混凝土强度等级为C20,喷射混凝土配合比为水泥∶砂∶石- 1:2:2。


(7)排水措施①坑顶截水沟


为防止坡面受雨水或其他污水冲刷,在基坑顶部距坑边约1.00m 处设置深0.2宽 0.30m 的截水沟,排水反坡坡度不小于 3%。


②坑底排水明沟及集水井


为排净基坑内的地下裂隙渗水及基岩表而残余的地下水,防止浸泡基岩,在离基底周边约0.10m设置宽不小于0.20m、深不小于0.30m 的明沟,其沟底均应处于基岩层中;若开挖后为卵石层且基底标高处未揭露基岩,可不做排水明沟。


明沟排水坡度不小于3%,且每隔 30m 设置1个集水井,根据基岩起伏情况确定,其深度不小于1.0m。以上截、排水沟面层均采用水泥砂浆抹面。为了排除喷面后坡体内地下水对坡体的影响.可在基底以上卵石与基岩交界处,每隔 3m 设置 PVC 打梅花孔排水管。


六、基坑施工方案

1.开挖、修坡

土钉墙施工随工作面开挖分层施工,开挖深度第1次为1.50m、以后均为1.30m 至挖到设计基底标高,应严格按照该开挖深度分层进行开挖,严禁超挖。每层开挖宽度取决于土体堆积稳定时间和工作流程,建议不大于 20m。对开挖后的边坡段.用人工及时修整,清除待喷面上的松散杂物,以便于后面初喷、成孔的施工。


在上一层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度 70%后,方可进行下一层土方开挖及下层土钉施工。


2.初喷混凝土

边坡修整后,立即喷射 40mm 厚的混凝土层,使暴露的土体及时封闭,以免坍塌。在边坡土体稳定的情况下,可先完成土钉后再进行喷锚。


3.成孔

按设计要求施工,孔深见设计图,孔径不得小于100mm,倾角 15°。成孔时必须干式钻进,避免冲洗液冲刷孔壁,降低土钉的抗拔能力。


4.设置土钉

成孔后,应及时将土钉钢筋(连同注浆管)送入孔内,在放置土钉钢筋前尽可能对孔内残存及扰动的废土进行清除。土钉钢筋上间隔 2.0m设置一组导正支架。


5.注浆

第一次注浆材料选用水泥浆,水泥浆水灰比=0.45~0.50,水泥选用 32.5级水泥,注浆压力不得小于0.2MPa或直到浆液从孔口溢出。否则应进行第二次注浆,第二次注浆选用纯水泥浆,水灰比0.45~0.50,注浆压力不得小于1.5MPa,使浆液冲破封口薄膜及初凝砂浆,浆液注入到砂浆和土体之间,达到注浆压力1~2min,即可结束注浆。必要时应在第一次注浆结束后 6h 进行第二次注浆。


6.编钢筋网、焊接锚杆头

钢筋网为中8@200mm×200mm,加强筋为4中18mm,长度 400mm。加强筋与土钉钢筋进行焊接。


7. 终喷混凝土

按设计要求喷到所需厚度。喷射混凝土终凝 20 小时后,应喷水养护,养护时间大于 3天。


8.三天后再进行相邻土体或下一层体的开挖,并进行下一段土钉墙的施工。


七、结语

某电力公司调度通讯楼是甘肃省第一高楼,为了保证本工程的顺利实施,进行了精心的设计和优化,最终采用放坡开挖与土钉支护结构相结合的方案,实践证明该方案是经济、合理、安全的,并且施工速度较快,节约了工期。

目前,该建筑基础部分已经完成,在整个基坑及基础施工过程中,基坑支护效果非常理想,支护结构体系的监测结果都在可控制范围内。深基坑支护结构设计方案的比选是非常重要的,以安全可靠、经济合理为设计原则,对各种不同方案进行分析比较,选择最优支护方案,并采取综合性技术措施,以使深基坑工程平稳、安全的支护,为地下结构的顺利施工创造了良好的条件。





感谢供稿作者:

王仿(甘肃省建筑设计研究院)

鲁海涛、滕文川(甘肃土木工程科学院)

本文仅供学术经验分享之用

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