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临地铁深基坑支护设计与深基坑开挖设计方案

321 2021-02-23 13:04:37


本项目紧邻地铁2号线东南角站,将要开挖16.5m的深基坑。本文详细介绍了深基坑的支护设计方案,以及基坑开挖设计方案,可供类似工程设计参考。

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工程概述


1.1 周边环境情况

本工程位于天津市南开区通南路南、张自忠路西之交汇处,紧邻地铁2号线东南角站C出口地处市中心繁华地段。


本工程主要功能为办公、商业、车库;地下3层,主体结构框架结构;地上A区主体结构为框架结构,地上5层,总高度25.15m;地上B区主体结构为框剪结构,地上27层,总高度124.2m,总建筑面积85000m2;本工程基础采用钻孔灌注桩+筏板基础形式,基坑支护总延长度约为424m,基坑1区北侧106m,东侧84m,南侧140m,西侧32m;基坑2区支护62m;基坑开挖面积8600m²,呈不规则异形。建筑基坑边线距项目周边建筑最短距离及与北侧地铁的位置关系见下图1所示。


图1 基坑开挖边线与周边建筑位置关系图


1.2 地质条件

拟建场区的地貌属华北平原东部滨海平原区地貌,属陆相与海相交互沉积地层。勘察期间场地地形略有起伏,各勘察孔孔口标高 3.33~4.76m。各层土的物理、力学指标如表1所示


表1 各土层主要物理、力学指标汇总表

注: 1.C、ф均为标准值;( )内为标准值建议值。

        2.静止水位埋深1.55~3.00m,计算时水位埋深按1.50m取用。


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深基坑设计支护方案


2.1 围护结构设计方案

本工程采用地下连续墙,地连墙墙厚除西侧为800mm以外,其余侧墙厚为1000mm,墙底标高-34.35m,有效墙长33m。地下连续墙兼做止水幕墙,在槽段接缝处采取旋喷注浆封堵措施,深度同墙深。二区北侧靠近2号地铁处基坑围护是利用原站体的地下连续墙作为支护。且一、二区各成体系,如下图2所示。


图2 地连墙示意图


2.2 支撑体系

周圈、对撑及角部支撑均为桁架式钢筋混凝土结构,基坑内共设三道支撑,第一道支撑中心标高为-2.3m,第二道支撑中心标高为-7.7m,第三道支撑中心标高为-12.7m,如表2所示。

表2 水平支撑系统主要截面尺寸(宽×高 单位:mm


2.3 降水方案

本工程基坑降水包括三部分:一是基坑开挖前的降水,保证基坑地下水位比基槽底最低处低1m;二是土方施工至设计标高处后对坑内少量明水的抽排;三是从开挖至基坑回填前的阶段,防止地表水进入基坑内。


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土方开挖方案


3.1 土方开挖施工部署

(1) 施工顺序

表3 土方开挖施工顺序


(2) 土方开挖原则

土方开挖遵循“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”的原则,且按先远离地铁后近地铁的顺序。靠近地铁30m范围内严禁堆土,基坑内土方随挖随运;为控制基坑变形的发展应“分层、分段、对称、均衡”地进行土方开挖,及时进行支撑施工。


(3) 开挖方式

采用机械挖土,人工配合清土。在各阶段挖土时,水平支撑立柱周边、支护桩身部位的土方采用人工翻挖到1米安全距离再由挖掘机挖出。防止挖掘机碰撞支撑立柱,造成支撑立柱失稳、桩身断裂,引起质量、安全事故。


(4) 区块划分

本工程基坑平面按支护设计划分为两个区块,二区暂时不施工,待一区地下工程完成后施工。

一区整体挖土部署是:由东向西(栈桥)方向出土,平面方向考虑基坑北侧保护地铁要求:将基坑从中间南北方向一分为二,以中间支撑为分隔,基坑划分7段,每步土方依次序开挖;按DB29-202-2010规范要求土方开挖深度超过4m须分层开挖,第二步土开挖深度为6.3m,故需分两层开挖。

图3 土方开挖顺序示意图


竖向按支撑结构标高及基坑底标高划分为四步开挖,每步开挖深度为:

图4 土方开挖标高


3.2 土方开挖

(1)第一步挖土

采用机械开挖,人工配合清土。主要挖除第一道支撑处的土方。环形支撑内部土方暂不挖除,形成中心岛。挖土宽度按支撑范围应计入支撑模板施工所需工作面,挖土深度按支撑梁下垫层底标高进行控制。

图5 第一步土方开挖平面示意图

图6 第一步土方开挖剖面示意图


土方开挖到临近支护桩部位时,人工清除桩间土方,运至挖掘机工作范围内,然后用机械挖除。机械距离工程桩1m以上,防止碰撞桩身。


按照帽梁施工要求将灌注桩高于设计桩顶标高以上部位拆除,拆除过程中注意保护桩顶锚筋。在桩顶标高部位截桩时,先测量出设计的桩顶标高并做好标识,再凿出桩身混凝土,剥出桩内钢筋,确保桩顶面平整。


(2)第二步土方开挖

在第一道支撑结构施工完成,混凝土强度达到设计强度的100%时,进行第二步土方开挖。在支撑上面垫工程土500mm或铺20mm厚钢板垫道,以便车辆通行(需经设计人员同意)。土方开挖标高按第二道支撑下垫层底标高进行控制,先开挖支撑以外土方,待有工作面之后挖掘机行进到坑底,进行第一道支撑以下土方掏挖,并将土甩到支撑范围以外,以便及时外运;开挖时动态分层高度小于2m,放坡坡度小于1:2,先行开挖。


栈桥下部的土方利用栈桥出土,即长臂挖掘机坐在栈桥上挖取下部土方直接装车运出。

图7 第二步土方开挖剖面示意图


(3)第三步土方开挖

在第二道支撑结构施工完成,混凝土强度达到设计强度100%时,进行第三步土方开挖。第三步土方开挖标高按第三道支撑下垫层底标高进行控制,作业条件是利用栈桥出土,坑内土方按次序开挖分层、退台、接力;将土传至出土栈桥处,再用长臂挖掘机挖取下部土方直接装车外运。开挖时动态分层高度小于2m,放坡坡度小于1:2。


图8 第三步土方开挖剖面示意图


(4)第四步土方开挖

第四步土方开挖必须在第三道支撑闭合形成整体,且混凝土强度达到设计强度的100%时方可进行。第四步土方开挖方法同第三阶段土方开挖方法,在支撑上面垫工程土500mm或铺20mm厚钢板垫道,以便挖掘机通行(需经设计人员同意),因撑下净空高度只有2.45m,撑下土方用挖掘机掏挖,在基坑下面用小型挖掘机辅助清理槽底土方,人工配合。


第四步土方开挖完成后,及时清理基槽,进行工程桩清理、截桩,并报验合格后,及时施工地下室底板垫层。

图9 第四步土方开挖剖面示意图


图10 第四步支撑下土方开挖剖面示意图


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结语


本基坑支护方案总体采用地下连续墙+三道(局部两道)钢筋混凝土水平支撑系统,并以常规施工顺序,由下至上完成主体结构施工,确保了临近地铁基坑安全开挖。采用小同的开挖方法,既提高了施工的效率,又保证了基坑的安全,为同类工程提供了借鉴。


[1] JGJ 120-2012建筑基坑支护规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2] 刘国彬,王卫东.基坑工程手册(2版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[3] 汤翔宇,仇志斌. 邻近拟建地铁深基坑的现有基坑加固与改造设计[A].建筑结构,2013,5:898-901.