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兰州红楼某广场基坑工程

291 2021-01-18 13:04:37



一、基坑工程概况

兰州红楼基坑工程由兰州民百集团股份有限公司授资建设,占地面积78m×1I5m,设计主楼56层,裙楼12层,地下室3层。场地地面绝对标高在 1520.22m~1521.34m,设计±0.000标高为1521.10m,基坑周围有道路及地下管线分布,且部分地段相邻地下室或地下通道,整个基坑规模较大,基坑实际开挖深度为19.3m,长×宽为120m×70m,周长约 400m。基坑与周围建筑物的关系见图1.

经现场勘察,拟建基坑工程周边环境如下∶基坑东侧南段(DEFGH)基坑下口线距离配套附属用房(8F)及地下设备用房分别约为4.8m和3.9m,基坑南侧(ABCD)距省公路局住宅楼(8F)约11.0m,距兰州医药大厦(9F~10F)约12.0m,这两段是基坑支护设计的重点和难点。


二、场地工程地质及水文地质条件

1.工程地质条件

根据甘肃水文地质工程地质勘察院《兰州红楼房地产开发有限公司红楼时代广场(55F)岩土工程勘察报告》(2010.06),场地位于黄河南岸Ⅱ级阶地,勘探深度范围内地层主要为第四系松散沉积物和新近系红色砂岩,自上而下依次为①杂填土、②粉质粘土、③卵石和④砂岩。①杂填土(Q,")∶灰黑色,主要由粉土组成,另含有较多碎石、碎砖和炉渣等建筑垃圾,局部含有少量生活垃圾,土质稍黑,稍湿~饱和、松散~稍密。土质不均,在拟建场地均有分布,层厚1.6~6.5m.属挖除地层,层面标高 1520.67~ 1521.45m。②粉质粘土(Q,"");浅黄色,土质较均匀,刀切面粗糙、摇振反应慢,稍有光滑,韧性低,干强度低,软塑~流塑,分布不连续,层厚不均匀。埋深3.7~6.2m,层厚0.9~2.3m,层面标高 1515.96~1519.35m。③卵石(Q")∶青灰色,母岩成分以花岗岩、石英岩、变质岩为主,一般粒径20~60mm,约占全重的55~65%以上,最大粒径约 220mm,颗粒粒径磨圆度较好,次圆状。场地内分布连续,厚度变化大,层面埋深变化大,偶夹薄层砂透镜体。钻进较困难,孔壁有坍塌现象,稍密~中密。埋深3.5~ 6.5m,层厚0.9~5.9m,层面标高 1514.67~1517.61m。④强风化砂岩(N)∶黄红色,中粗粒结构,层状构造。岩芯较破碎,呈 2~5cm左右的短柱状。矿物成分以长石、石英为主、含少量云母。成岩作用差,遇水或扰动易崩解呈散砂状,暴露地表易风化,不经扰动时强度较高。层顶埋深5.4~10.6m,层厚6.0~7.6m,层面标高1510.51~1515.88m。结合超声波测试报告,自地面下约 16.0m 处为强风化和中风化界线。⑤中风化砂岩(N)∶黄红色,中粒结构,层状构造。岩芯较完整,呈 8~10cm左右的短柱状,局部钙质胶结,岩芯较坚硬。矿物成分以长石、石英为主,含少量云母。成岩作用差,遇水易软化,扰动呈砂状,暴露地表易风化,不经扰动时强度较高。层顶面埋深12.6~17.0m,层面标高 1504. 11~1508.68m。


2.水文地质条件

根据甘肃水文地质工程地质勘察院《兰州红楼房地产开发有限公司红楼时代广场(55F)岩土工程勘察报告》(2010.06),拟建工程场地地下水属第四系孔隙潜水,主要含水层为卵石层,第三系砂岩为下部隔水层。地下水主要受上游地下水径流及大气降水渗入补给。地下水总体流向由西南向东北,最终排泄于黄河。地下水位随季节变化, 一般春、冬季节较低.夏、秋季节较高。勘探期间内,稳定地下水水位埋深3.7~4.6m,相应水位标高 1516.80~ 1517.41m;根据区域水文地质资料,本区地下水水位变化幅度一般为0.5~1.5m。根据甘肃省地矿局区域资料,其单孔涌水量 400m²/d左右,渗透系数k为20mvd.


三、基坑支护设计

根据场地的工程地质和水文地质条件,决定采用咬合钻孔灌注桩与预应力锚杆相结合的桩锚支护方案,相邻两根支护桩桩间设一根素混凝土桩,用于止水和桩间土防护,基坑边坡冠梁以上 4m采用土钉支护,考虑到工程场地风化砂岩中锚孔成孔难度较大,本方案锚杆主要设置于卵石层中。


基坑实际开挖深度可统一按 19.3m 考虑,基坑工程侧壁安全等级为一级,重要性系数%=1.1。本工程基坑支护结构设计分别采用理正深基坑支护结构设计软件FSPw6.0和同济启明星深基坑支挡结构分析计算软件FRWSv7.0和兰州理工大学开发的深基坑支护结构设计软件V1.0进行验算。考虑到基坑开挖深度的不同及周边环境条件的差异,本工程基坑支护可分为5个剖面处理∶


(1)ABCD段1-1剖面支护结构,1-1剖而位于基坑南侧,坡顶为中街子、8F公路局住宅楼及10F医药大厦,基坑开挖深度19.3m;


(2)DE段2-2剖面支护结构,2-2剖面位于基坑东南角,坡顶为8F交通银行配套附属用房,病坑开挖深度 19.3m;


(3)EF段3-3剖面支护结构,3-3剖面位于基坑东侧南段,坡顶为8F交通银行地下设施用房及地下车库入口车道,基坑开挖深度 19.3m;


(4)HI及KLMNA段4-4剖而支护结构,4-4剖面位于基坑东侧北段及基坑西侧,坡顶为道路及绿地,无其他邻近建筑物,基坑开挖深度19.3m;


(5)FGH及UK段5-5剂面支护结构,5-5剖面位于基坑东侧中段及基坑北侧,坡顶分别为邻近交通大厦地下车库入口下行车道及庆阳路,基坑开挖深度 19.3m。设计岩土工程参数选取见表1。


采用排桩加双排锚杆支护,桩直径R=100mm,桩间距为1.9m.嵌固深度为 7.0mm,混凝土强度等级C30.桩长21.6m。锚杆杆体采用HRB400,直径为36mm,锚固体直径为 150mm,第一层锚杆∶自由段7m,锚固段8m,总长 15m;第二层锚杆∶自由段6m,锚固段 8m,总长 14m,施加预应力100kN。

桩身最大配筋入=8279mm²,实配18-25(A,=883Imm²)。锚杆采用 HRB00级φ36,钢筋截面面积为1017mm²,锚杆拉力R,=210.4466kN和R;=372.1074kN,施加预应力值 100kN,锚杆极限承载力366.25kN。


基坑支护平面图如图 2 所示,典型剖面如图 3、图 4. 4. 降水、止水设计。


拟建场地地下水类型属第四系孔隙潜水,主要含水层为卵石层,第三系砂岩为下部隔水层。地下水主要受上游地下水径流及大气降水渗入补给。地下水总体流向由西南向东北。最终排泄于黄河。地下水位随季节变化.一般春、冬季节较低,夏、秋季节较高。勘探期间内.稳定地下水水位埋深3.7~4.6m,相应水位标高 1516.80~1517.41m;根据区域水文地质资料,本区地下水水位变化幅度一般为0.5~1.5m。根据《兰州红楼房地产开发有限公司红楼时代广场(55F)岩土工程勘察报告》,其单孔涌水量400m²/d左右、渗透系数☆为50m/d。本工程基坑开挖深度为19.3m,根据兰州地区基坑降水经验,采用桩间素混凝土桩加注浆止水、基坑开挖时在桩间渗漏点进行堵漏、坑外管井井点(D= 350mm)降水与基坑内明排疏干多种手段相结合的方法,确保基础施工时,实现基坑内干作业的目标。


考虑到井点外露高度 1.0~1.5m 和井管长度均为 2.5m/根,确定降水井井深为 15.0m。基坑面积A约为8990m²,渗透系数k为 50m/d,设计水位降深按 5.8m考虑.含水层厚度按5.8m考虑。最终的降水方案为∶在基坑周边布设 23 限降水井,井深按深入风化砂岩层内 3.5m控制,成孔直径 800mm,井管直径 350mm,基坑西南侧井间距约为 15m、其余侧约为 20m,使之形成稳定的降水漏斗,尽可能切断外围水源对基坑的补给,使基坑形成封闭状态。


四、基坑周围环境监测

本次基坑支护工程是一项风险较高、支护范围较大的施工工程,为了确保基坑支护安全,在整个基坑开挖过程中进行全过程监测,实行信息化管理。在施工前对周围构筑物拍照并做好标记,了解已有破损情况,在施工过程中,对基坑的动态变化进行监测,并把获得的信息通过修改设计反馈到施工中去,提高基坑支护方案的科学性和合理性,使基坑经过支护后安全、可靠、稳定。为此,要求按技术规定在基坑场地或附近地段设置位移观测点,监测基坑以及邻近建筑物、道路的水平位移情况,对基坑设计方案通过信息施工法加以补充完善。


通过信息化施工,及时了解和掌握整个场地动态变化,发现异常及时作出反应,研究相应对策,解决出现的问题,确保施工顺利进行以及基坑的安全稳定。


本基坑周围环境条件较为复杂,由于东南两侧均紧邻既有建筑物,北侧紧邻庆阳路,西侧紧邻酒泉路,西北两侧管网复杂,因此在施工过程中对基坑除了进行常规巡视观测外,对周边进行了较为细致的位移观测,具体观测结果如下。

  1. 基坑周边裂缝观测


基坑北侧紧邻庆阳路,在观测初期未见基坑坑顶有任何位移产生,但是施工到第二排锚杆时,由于基坑降水只解决了卵石层的降水问题,在红砂岩中存在的裂隙水降水不彻底,造成红砂岩风化严重,基坑局部稳定受到影响,北侧距坑边约5m处出现裂缝,最大裂缝达8mm,其他位置坑顶周围也出现不连续的裂缝,最小为2mm,最大为6mm,由于东南侧建筑物基础落在卵石层上,因此建筑物本身未产生任何裂缝,基坑施工未受影响。


2. 基坑周边水平位移


为了保证基坑开挖过程的安全,在基坑顶部和锚拉位置对基坑的水平位移进行了监测,监测点布置图如图6所示,监测结果表明,预应力锚杆有效起到了控制基坑坑顶水平位移的作用,当开挖至 13m时坑周均有水平位移和沉降产生,开挖至坑底时最终水平位移最大值发生在北侧,桩顶侧向位移曲线见图7,最大值为 15.0mm,邻近建筑物距离基

坑边仅有 5.0m,因此这一侧的沉降较大,基础沉降址位移曲线见图 8,最大值为 18.78mm。


五、结论

本文通过兰州红楼时代广场深基坑讨论了在复杂周围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)在复杂的周围环境下进行了深度为19.3m的深大基坑支护,采用咬合钻孔灌注桩与预应力锚杆相结合的桩锚支护方案,相邻两根支护桩桩间设一根索混凝土桩,用于止水和桩间土防护,有效地保证了基坑的稳定性以及基坑变形,满足了使用要求。

(2)通过多种基坑支护方案的对比,采用咬合钻孔灌注桩与预应力锚杆相结合的桩锚支护方案,与同类基坑相比,极大地降低了工程造价,节约资源。

(3)对于深基坑来说,基坑监测极为重要,它反映了基坑支护效果及施工过程中存在的隐患,能使我们及时的发现问题,采取相应的紧急预案,保证基坑施工安全性及连续性。

(4)兰州地区红砂岩风化速度快,见到水分和阳光时会很快由岩石变为细沙,基坑施工到红砂岩时注意封闭,避免水分和阳光侵蚀红砂岩,这样才能保证基坑施工的安全。



感谢供稿作者:

朱彦鹏、龙照、董建华、莫庸、张森安

(兰州理工大学土木工程学院,

甘肃中建市政工程勘察设计研究院,甘肃省建设专家委员会)