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兰州某旧城改造旋转车道基坑工程

397 2021-01-17 23:56:53


一、工程概况

拟建旋转车道位于兰州市庙滩子旧城改造工程7号楼和8 号楼之间,沿9 号楼绕过,呈W弧线型,现7号楼待建,8号楼和9号楼目前在建,其中8号楼正在进行主体施工, 9号楼已封顶,其基础采用桩筏联合基础,筏板底面标高为 1530.900m,地面标高为 1532.400m,靠近旋转车道一侧的桩长为11.0m,旋转车道距9号楼基础桩顶筏板边界最近距离仅有6.1m左右,旋转车道的筏板顶面标高为1518.000m,筏板厚度1.2m,因此旋转车道基坑开挖深度 15.6m。尽管基坑周边环境不是很复杂,但是由于开挖深度大,基坑开挖的坑底标高比9号最深桩基础底面标高要低约4.6m,因此基坑开挖的稳定性对9号楼的安全有重要影响,依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120—99和《湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程》JGJ 167-2009,该深基坑支护工程的安全等级确定为一级,在开挖过程中需考虑采取支护措施以保证9号楼的安全,基坑和周围在建和拟建建筑物的关系见图1。

二、场地工程地质及水文地质条件

1.场地构造及地形地貌

场地位于兰州市靖远路派出所北侧,西侧紧邻新建的金城关大道,拟建场地内地形起伏较大,依据测量结果,各钻孔孔口高程在 1530.09~1548.93m 之间,相对高差为 18.84m。地貌单元属黄河北岸Ⅱ级阶地前缘。


2. 地层及岩性特征


根据《岩土工程勘察报告》,该场地地层主要为第四系冲洪积层及新近系含砾砂岩层。在基坑支护设计深度范围内,根据土层的岩性特征及物理力学性质的差异,将场地地层分为4 个主层。现按从上至下的顺序将各层土的岩性特征分述如下∶①杂填土;第四系人工堆积物,层厚为0.2~4.4m,杂色,结构杂乱,主要有碎砖、混凝土块等建筑垃圾组成,含量为75%左右,含有 20%左右的粉土,另含少量生活垃圾,稍湿,松散;②黄土状粉土;第四系冲洪积物,层厚为1.1~22.0m。黄褐色,土质较均匀,摇振反应迅速,干强度低,韧性低,无光泽,局部夹有薄层粘土或透镜状砾石层,稍湿,稍密;③卵石∶第四系冲洪积物,揭露层厚为4.4~10.4m。青灰色,最大粒径为40cm左右,一般粒径为4~ 8cm,粒径大于2cm的颗粒质量占总质量的60%左右,母岩成分以石类岩、花岗岩、砂岩为主,充填物以中粗砂为主,含量为30%左右,偶含漂石,局部夹薄层中砂,中密~密实;④砂岩∶第四系冲洪积物,层厚为1.0m。青灰色,砂质较纯,粒径大于0.25mm的颗粒质量占总质量的 65%左右,矿物成分主要为石英、长石,另含少量云母,稍湿,稍密。


3,场地地下水特征


该场地内地下水为孔隙潜水,主要赋存于卵石层中,接受大气降水的补给,受补给源的影响,水位随季节变化,年波动幅度在 0.5~1.5m左右,局部地段由于受临近场地(相距约80m)人工降水的影响,水位波动幅度较大。勘察期间(2010年5~6月)地下水的埋深为9.5~27.6m。根据邻近8号建筑物基坑开挖的情况分析,旋转车道位置的基坑开挖不需要考虑地下水的影响。

三、基坑支护设计方案

1. 支护范围

旋转车道基坑的坑底开挖设计绝对标高为—15.600m。依据《建筑基坑支护技术规程》JG】120—99 可知基坑为超深基坑,在基坑开挖深度范围内主要有粉土层、卵石层和砂岩层,土层分布比较均匀。由于基坑开挖深度大,现场周围主要存在已经建成封顶的9号建筑物,且地势较高,基坑南侧的8号建筑物地势相对较低,且已在进行主体施工,基坑东侧的7号拟建建筑物所处地势低,基坑已经开挖一部分、所以旋转车道基坑的开挖主要影响9 号建筑物的安全稳定。


而由于车道基坑与9号建筑物的外墙距离过小,所以不具备放坡后进行开挖的条件,因此旋转车道基坑的支护范围主要是平行于9号建筑物东朝外墙区域,具体见基坑支护平面图 2。


2.支护方案


在兰州地区,目前常用的基坑支护形式有土钉墙、复合上钉墙(土钉+预应力锚杆)、推柜预应力锚杆支护等,其中土钉墙较适合于8.0m左右的基坑,对限制基坑变形作用不明显∶复合上钉墙由于预应力锚杆的作用,因此较适合于基坑开挖深度在10.0m左右、周边一定距离范围内存在既有建筑物且放坡余地不大的深基坑∶排桃预应力锚杆由于桩的直径大,从面刚度较大,再加上嵌固端和预应力锚杆的联合作用,对于深度在15.0m左右的超深基坑适用性更强,尤其是当基坑周边既有建筑物较多,且对基坑变形控制较严格时。采用排桩预应力锚杆支护结构更为合适。针对本基坑工程,具体支护方案分析如下∶该基坑西侧距已封顶建筑9号楼最近距离仅有6.1m,基坑在开挖支护过程中不允许有较大变形,其变形应该在可控范围内,考虑到基坑深度大,排桩预应力锚杆对基坑变形控制作用明显,因此采用多支点排桩预应力锚杆进行支护,基坑支护平面图如图2所示。

四、基坑支护设计

1. 设计依据和设计参数

基坑开挖设计深度为15.6m,在开挖深度范围内涉及的土层主要有①黄土状粉土层、②卵石层、③砂岩层(最上部的杂填土已经挖除),基于地胁,结合兰州地区的土质特点和以往工程经验综合确定,基坑土体物理参数取值见表1.

2.支护结构设计排桩采用冲击成孔钢筋混凝土灌注桩,桩径采用1000mm,依据9号楼基础桩的桩间距来确定排桩的间距,否则锚杆进入9号楼基础桩时会发生碰撞,实际桩间距取2. 6m,桩嵌入坑底长度经计算确定.桩身混凝土强度等级为C25。排桩顶设冠梁,冠梁截面尺寸为1000mmX600mm,以加强整体性 为严格控制基坑的位移及保证基坑的安全性,基坑采用3道预应力锚杆,第一排锚杆离冠梁顶面I-8m,第二排锚杆距离第一排锚杆2. 5m,第三排锚杆距离第二排锚杆2.5m,上面两排锚杆的水平倾角取为10°, 考虑到第三排锚杆如果水平倾角较大会进入卵石层増加施工难度,因此第三排锚杆的水平倾角取3°,见 表2 支护桩两侧锚杆的水平间距为1. 5m,支护桩中间两道锚杆的水平间距为1. Im。另 外,支护桩间击入短 钉.然后挂网喷射混凝土 锚杆的设计计算结果见表2。

取锚杆预应力设计值150kN.依据 湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程JGJ 167—2009.当基坑侧壁安全等级为一级时,支护结构安全使用最大水平位移限值为0. 0025A,此处h为基坑开挖深度.因此该支护结构桩顶最大水平位移限值为39mm。考虑预应力锚杆的预应力损失后,估算出排桩预应力锚杆支护结构的桩顶水平位移为18. 2mm,满足要求此外,基坑整体穏定验算 坑底抗隆起验算和抗倾覆验算均满足设计要求排桩预应力锚杆设计计算结果见立面图3和剖面图4 基坑开挖支护过程中,对排桩预应力锚杆进行了现场拉拔试验,现场支护桩施工过程见图5,第一排锚杆施工完毕时的现场如图6所示。


五、基坑施工过程

基坑排桩预应力锚杆支护结构的施工有比较成熟的施工工艺,由于该基坑地下水位比较低,因此无需降水,具体施工步骤如下∶


(1)根据既有建筑物9号楼的桩位平面布置图并结合锚杆的立面布置情况进行支护桩的定位放线;


(2)采用机械成孔的方式施工9根支护桩,下放钢筋笼,浇筑混凝土;


(3)进行土方开挖。七方开挖至第一排锚杆的设计标高以下约1.0m,施工第一排锚杆,同时支护桩间挂网喷射混凝土;


(4)重复步骤(3),施工第二排和第三排预应力锚杆;

(5)开挖至基底标高,整个支护施工完成。

六、基坑设计和施工注意事项

(1)基坑支护设计首先必须保证开挖过程的稳定以及对周围既有建筑物的基础、通信光缆、天然气管道以及地下给排水管线的保护,同时要考虑支护结构的总体造价经济合理,在该基坑支护区域内,9号建筑物采用桩筏联合基础,无地下室。


(2)本工程采用"动态设计、信息化施工"的技术原则。基坑的设计与整个施工过程紧密结合,根据现场实际情况进行动态调整,以满足现场情况。同时,在施工过程中与监测相结合,根据监测数据进行反馈分析,达到信息化施L的目的。


(3)土方遵循分层、分段开挖,密切与支护配合的原则。严禁超挖、多挖,在上级支护体系未形成前不得开挖下层土体。


(4)为保证基坑的安全使用,在基坑未回填之前,不得破坏支护结构。不得在基坑顶上施加额外荷载,坑顶堆载距离基坑开挖上口线不得小于1.5m,堆载荷载不得超过10kPa。

七、基坑监测方案及监测结果分析

大量工程实践表明,对于深大基坑而言,其稳定和变形控制难度较大,其原因在于深大基坑的稳定和变形影响因素多,基坑变形计算方法复杂,周围环境的影响很难准确考虑。因此深基坑工程的监测是一项必不可少的工作,深基坑开挖监测不仅可以保证基坑支护和周边既有建筑物的安全,还可以验证支护结构设计的准确性,指导基坑开挖和支护结构的动态信息化施工.为完善设计分析提供依据。我国国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》GB 50497—2009中明确了监测的基本规定和具体要求及方法,为深基坑工程监测提供了很好的指导作用。针对本车道基坑,虽然支护区域不大,但是由于基坑深度大。为确保 9 号楼的安全,在基坑开挖工程中应加强对基坑排桩桩顶的水平位移监测以及9号楼的东侧外墙观测,以监测数据及时调整施工步骤,所以也制定了基坑监测方案,下面对监测方案和结果作一介绍和分析。


1.监测方案


在9号楼东侧外墙距筏板顶面2.0m的高度处设置三个位移观测点,在9根支护桩中的3 根桩桩顶设置三个位移观测点,从基坑开挖开始建立监测点,采用全站仪进行数据采集.确定初始值。开挖过程中,每天定时观测3次。变形情况异常或雨天时,加强监测频率。


2. 监测结果


9号楼在施工过程中侧向水平位移约3mm,竖向位移约为2.5mm,基坑施工完成后 9号楼侧向水平位移为4.8mm,竖向位移为3.6mm,排桩桩顶的最大水平位移发生在东南角桩顶,大小约为19.4mm,这略大于桩顶水平位移估算值18.2mm,但是小于排桩桩顶的水平位移限值39mm,故排桩支护结构中的三道预应力锚杆有效地保证了基坑安全。

八、结论

通过近几年基坑工程实践可以看出,基坑工程设计逐步向"周边环境复杂,开挖深度和规模加大,工程水文地质条件复杂"转变,对设计人员提出了更高的要求以适应当前趋势。基于兰州市庙滩子7号地块旋转车道深基坑工程为例,通过设计和分析得到以下结论和启示。

(1)对于超大深基坑,采用多支点排桩预应力锚杆支护结构是可行的,且与复合土钉墙支护相比、安全可靠,与地下连续墙相比,经济适用,并且能有效地保证基坑和周边既有建筑物的安全。如何选择经济合理的支护形式以适应工程需要和当地区域性要求对设计人员提出了更高的要求。因此,设计人员还应不断的探索和寻求更加经济合理的支护形式。

(2)从本工程来看,排桩预应力锚杆支护结构中排桩间距不能一味按常规设计,还需考虑周边既有建筑物的基础形式和平面布置情况;从立面设计看,还要充分考虑地层条件的影响,如果在卵石层中施工预应力锚杆,不仅速度慢,而且施工成本高。

(3)超深基坑开挖支护施工过程中的实时监测已成为保证基坑安全的重要手段,按深基坑工程的发展趋势看,对于超深超大基坑而言,有必要开展基坑开挖施工过程的风险评估研究,并针对基坑应急状态提出相应预防措施。



感谢供稿作者:

周勇、朱彦鹏、任水忠

(兰州理工大学土本工程学院)

本文仅供学术经验分享之用

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