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兰州某花卉研究中心基坑工程

274 2021-01-14 16:29:30


兰州市金城盆景园花卉研究中心位于兰州市城关区,为地上 3~5层,地下2 层的建筑物,工程重要性等级为二级,场地等级按二级(中等复杂场地)考虑,地基等级按二级(中等复杂地基)考虑。拟建场地北侧紧邻甘肃秋田友好会馆,西北角紧邻一栋8层框架结构既有建筑物,西侧相距大约9m处存在两栋7层和8层框架结构既有建筑物,南侧紧邻既有花卉房,根据兰州市勘察测绘研究院编制的《金城盆景园花卉研究中心》总平面图显示,该花卉楼为砖混结构,但从现场勘察情况看,其为框架结构。该拟建花卉研究中心设计两层地下室.层高分别为3.6m和4.5m。考虑基础筏板厚度、垫层厚度和拟建建筑物的正负零位置.基坑开挖深度设计为8.4m。由于基坑周边建筑物较多,开挖放坡余地有限,因此在开挖过程中需考虑采取支护措施以保证基坑的稳定,基坑与周围建筑物的关系见图1.


二、场地工程地质及水文地质条件

1. 场地地形地貌


金城盆景园花卉研究中心建筑场地位于兰州市城关区广武门附近,地处黄河南岸级阶地中部,由河流冲洪积物形成。场地表部杂填土广泛分布,且浅部存在原有建筑的老基础及地下管道。场地地面标高 1516.21~1517.10m、最大高差0.89m,地面相对较平坦。


2. 场地地层岩性


根据《岩土工程勘察报告》,地面自上而下主要由杂填土层、粉土层、细砂层、卵石层、砂岩层构成。各层土分布特征及工程形状分述如下∶


①杂填土层=.层厚1.8~ 3.5m。土黄色或灰褐色,以粉土为主,场地大部分地段含有大量碎(卵)石、碎砖、媒渣等建筑垃圾、生活垃圾,有少量植物根系。均匀性差,稍湿,销密;


②粉土层=,层面深度1.8~3.5m、层面标高 1513.11~1515.20m,层厚0.4~1.6m.褐黄色,土质均匀性一般。孔隙较发育,稍湿~湿,稍密;


③细砂层=,该层分布不连续,场地南端缺失,该层层面深度2.4~4.8m,层面标高1512.16~1514.70m,层厚0.3~1.0m·揭

红色,矿物成分为石英、长石,上部多以粉细砂为主,砂质不纯,含少量粘性土,下部以细砂为主,砂质较纯,颗粒均一,稍密;④卵石层、层面深度2.3~5.4m,层面标高 1511.56~1514.6lm,最大高差3.05m、场地中部埋深较深,一般层厚3.4~6.1m。青灰色或杂色,骨架颗粒成分主要为砂岩、花岗岩、石英岩及变质岩等,呈亚圆形~圆形、粒径一般为 20~80mm,粒径大于 20mm的约占全重的50.3~53.2%,局部夹有源石,充填物主要为圆砾及砂粒,颗粒级配良好,稍密~密实,一般上部 1m稍密,以下中密为主;⑤砂岩层(N),层面深度7.2~9.6m、层面标高1507.27~1509.71m,最大高差2.44m、勘探揭示厚度最大5.9m、未揭穿。褐红色,强风化.结构大部分已破坏,主要矿物成分为石英、长石。产状近于水平薄层理,粉粒、细粒结构、泥质胶结,胶结程度差,遇水易崩解,强度低,易钻进,岩芯多呈碎块状、少量呈短柱状。


3.场地地下水特征


岩土工程勘察期间,所有钻孔在勘探深度内均见地下水。含水层主要为卵石层,透水性较好。属潜水类型,主要受大气降水、地表水的垂直入渗和侧向地下径流补给。勘探时,该场地地下水稳定水位水面深度5.4~7.1m,水面标高1509.37~1510.81m。因场地附近施工降水,地下水位不稳定,变化较大,变化幅度2~3m.根据区域水文地质资料,本地区卵石层渗透系数可按 100~150m/d 采用。

三、基坑支护设计方案

1. 支护范围

根据场地条件。应采取可靠有效的支护措施,确保基坑工程开挖的安全。由于基坑施工现场除了东侧具有开挖放坡的余地,其余部位均紧邻既有建筑物,因此在整个基坑范围内东侧釆用自然放坡处理,而其余部位均考虑釆取支护措施,具体支护范围见基坑支护平面图(图2) 支护原则是基坑支护设计首先必须保证开挖过程的稳定以及对周围地下管线 周围既有建筑物基础的保护,同时要考虑支护结构的总体造价经济合理。



2. 基坑支护方案


经过比较分析、针对现场的实际情况,由于地下室外轮廓线距离基坑北侧的秋田友好会馆的围墙和基坑南侧的花卉房均只有3.1m,考虑基础筏板的施工操作空间以及坑底的明沟排水尺寸,再加上 Im的放坡尺寸,坑顶的实际开挖线距离前述两者均只有 1.1m.所以考虑采用土钉加预应力锚杆的复合支护技术;基坑西侧虽然也存在既有建筑物,但是相距9m,因此采用普通土钉支护;基坑东侧为金城盆景园园区,空间较为开阔,采用自然放坡简单挂网喷射混凝土处理,坡角依据土体参数确定【1-3】

四、基坑支护设计

本基坑开挖深度只有 8.4m,但基坑周边环境复杂,南北两侧紧邻既有建筑,根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99的规定,由于基坑南北两侧紧邻秋田会馆和花市楼房,这两幢建筑的基础分别为独立基础和桩基础.基础埋深约为4m,距坑边仅为 .1m,基坑开挖对建筑安全有影响,为了保证基坑开挖时相邻建筑的安全,则基坑支护安全等级确定为一级。西侧紧邻甘肃省公安厅消防局,但距7、8层框架结构建筑有7m,该建筑为桩基础,基础埋深为6~7m,基坑开挖基本对建筑物无影响,西侧基坑侧壁安全等级为二级。基坑东侧为金城盆景园园区,场地开阔、基坑开挖基本无影响,则基坑东侧坑壁安全等级确定为三级。


1.设计依据和设计参数


根据"兰州市金城盆景园花卉研究中心现场总平面图"和《兰州市金城盆景园花齐研究中心岩土工程勘察报告》,由于基坑开挖设计深度8.4m,在开挖深度范围内,土质较为复杂,在基坑开挖和围护涉及的土层主要有①杂填土层、②粉上层、③细砂层、④卵石层、⑤砂岩层,其中杂填土,含较多碎(卵)石,结构较松散。③细砂层易坍塌,甘肃建研地基基础工程有限责任公司编制的《兰州市金城盆景园花卉研究中心岩土工程勘察报告》建议在进行基坑支护设计时,c、φ值分别取12.17kPa,34.3°,但是由于基坑开挖深度内涉及的土体较多、因此具体的土体参数根据兰州地区的土质特点并结合以往工程经验确定,如基坑北侧2-2 剖面土体参数见表 1。



2. 基坑支护设计


基坑南侧和北侧采用土钉加锚杆复合土钉支护,钢筋上钉注浆体直径为 130mm,锚杆注浆体直径为150mm,卵石层采用花钢管土钉,尺寸为声8mm×3mm,钢管土钉直接打入卵石层注浆。现以基坑北侧2-2剖面为例给出复合土钉支护设计计算结果、土体设计参数见表1.具体设计计算采用笔者所在课题组自编"深基坑支护结构设计软件 V1.0"进行-0,设计结果见图3 和图4。经计算分析,从基坑顶到2.2m深的粉上层,打入一12m长,直径28mm,有效锚固段长度9m的土层锚杆、施加预应力100kN,基坑安全等级为-级的土钉加预应力锚杆的复合土钉墙支护即可满足承载力、稳定性和位移的要求。基坑西侧安全等级为二级,采用土钉端支护。上层采用钢筋土钉,注浆体直径为 130mm.卵石层采用花钢管土钉,尺寸为彝8mm×3mm、钢管土钉直接打入卵石层注浆。现以基坑西侧4一4 剖面为例,给出西侧土钉支护设计结果见图5 和图6。




(5)基坑开挖过程中,应采取措施防止碰撞支护结构,一旦发生异常情况应立即停止开挖,并尽快查明原因和采取补救措施,方能继续开挖。


(6)基坑开挖过程中应建立工程监测系统,做到动态信息化施工L。围护及土方开挖施工是信息化施工,其中基坑的位移观测能起到指导施工的作用.并保证围护体系的安全。本基坑的西侧、北侧和南侧均存在既有建筑物,在支护过程中需要进行常规的巡视和人工的观测。


特别是在基坑周边堆放建筑材料时应进行全天候观察,如发现有险情应及时采取补救措施和抢险措施,防止事故的发生。


五、基坑周围环境监测


本基坑周围环境条件较为复杂.由于南北两侧均紧邻既有建筑物,西侧建筑物离基坑距离较大,因此在施工过程中对基坑西侧和东侧仅进行了常规巡视,而对南北两侧进行了较为细致的位移观测,具体观测结果如下。


1.基坑西侧


由于基坑西侧的建筑物离基坑尚有大约5.0m的距离、基坑的地下水位较低,因此基坑的降水和开挖施工对建筑物未产生任何影响,从常规观测看,建筑物墙体和地而未见裂缝。


2. 基坑东侧


由于基坑东侧临时开了一条通往花房的道路,而此侧刚开始设计为自然放坡开挖,但是通过观测发现地面有裂缝产生,最大裂缝宽度达 4mm,因此将此侧的支护设计变更为土钉喷锚,在后续观测中未见裂缝出现。


3.基坑北侧


基坑北侧紧邻甘肃秋田友好会馆,在观测初期未见基坑坑顶有任何位移产生,但是在施工到第三排土钉时,由于秋天友好会馆地下管线出现跑水问题、严重影响了此侧基坑的局部稳定,建筑物靠近基坑侧室外散水与墙体之间出现拉裂,最大裂缝达 10mm,坑顶围墙与散水之间也出现裂缝,最小为5mm,最大为8mm。由于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。


为防止出现意外,采取了紧急抢修地下管线,临时堆填卵石反压,待土体含水量下降后再继续施工的措施,取得了较好的效果。


4.基坑南侧


此侧紧邻花房,且保持正常营业。为了保证基坑开挖过程的安全,在此侧重点进行监测,监测结果表明,预应力锚杆起到了有效控制基坑坑顶水平位移的作用,基坑开挖初期未见裂缝出现,直至开挖至坑底标高,位于8--8、9—9剖面交界处的阳角部位墙体最大水平位移仅为 3mm,9—9 剖面处的地面沉降仅为1.5mm。


六、结论

随着城市建设的加快,基坑开挖周围环境越来越复杂,深基坑开挖支护时可能遇到各种各样的情况,基坑支护既要考虑安全可靠,又要经济适用,给基坑支护设计带来了很大的难度。本文基于兰州金城盆景园花卉研究中心一个深度不大,但周边环境复杂的基坑,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.复合上钉墙经过合理设计可以在安全等级要求较高的深基坑开挖中使用,较传统的排桩支护结构经济,而且施工较为方便,能节约工期。

2.为了保证特别临近基坑坑壁的既有建筑物的安全,采用土钉加预应力锚杆的复合土钉墙支护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。

3. 基坑支护应该根据基坑周边环境综合分析,分段采取支护措施,这样更加经济合理。

4.基坑工程地域特点非常明显,中国幅员辽阔、各地应研究和探索适合当地土质和环境特点的深基坑支护方法,并制定有关基坑支护的地区规程,同时严格把握设计环节、加强施工过程管理和监督.这样才会做到经济、安全和有效。


感谢供稿作者:

朱彦鹏、周勇、毕东涛

(兰州理工大学 土木工程学院)

莫庸、滕文川

(甘肃省建设专家委员会)