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五层地下室的广东工商行业务大楼基坑工程

344 2021-11-08 09:08:01

广东省某银行业务大楼工程,建筑物地上二十九层,地下五层,基坑开挖深度为20.10m。工程由广州市规划设计院设计,广东省基础工程公司承担±0.000以下基坑开挖、支护结构及地下室结构部分的施工。

工程占地面积为2196m2²,地下室平面面积为1720m²,东西向长约j6Om。南北向长约 28~36m。工程地下连续墙外边线以外施

工场地几乎没有;东、南边地下连续墙布置于现有道路的人行道上,西、北边离现有建筑物的距离 0.3~1.0m。

1 地质条件

场地地层自上而下依次为∶(1)杂填土∶层厚1.4~2.5m;(2-1)中细砂层∶浅灰-浅黄色,饱和,松散,层厚 2.9~5.0m;(2-2)淤泥层∶深灰色,土质软滑,含有机质,偶见贝壳,饱和,软塑,层厚 2.2~3.0m;(2-3)细砂层∶浅灰色,颗粒均匀,湿时稍有粘结,手压即散,扰动出水,饱和,松散,层厚0.9~1.8m;(3)残积土层∶褐红色,为下伏基岩风化产物,十性为粉质粘土,土体密实,局部残存强风化泥岩,层厚 0.7~1.1m;(4)强风化粉砂质泥岩∶褐红色,原岩强风化呈半岩半土状,岩芯手捏易碎散,残存少量半风化状碎块,失水干裂,层厚5.5~7.8m;(5)中风化粉砂质泥岩;层厚1.8~9.0m,最大深约17.5m;(6)微风化粉砂质泥岩与粉砂岩;场地地下水水位约在地面以下1.2m(涨潮时为0.8m)。

2 支护设计

本工程采用了地下连续墙加二层锚杆、二层钢支撑的支护结构。(1)地下连续墙∶周长180m,厚度100cm,平均深度 30m,承重墙入微风化lm 以上,非承重墙入强风化和中风化5m 以上目大于等于 24m;(2)锚杆共二层,标高为一2.5m和一3.5m;(3)钢支撑共二层,标高为一5.0m和一12.0m。

本工程开挖深度较深(设计为H=20.10m),紧靠珠江等不利因素决定采用 1m 厚地下连续墙两道锚杆加三道支撑的支护体系。其标高及钢支撑平面布置详见图5-44、图5-45。

2.1 地下连续墙和支护的受力计算

根据大量计算结果的比较,以及以往的设计、施工经验,取地下水位以下透水层考虑 100%水压力(其土压力按浮容量计算),

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基坑开挖面以上的不透水层考虑 50%静水压力(其土压力按浮容重计算)。基坑开挖面以下不计静水压力(其土压力按重度计算)。

地下连续墙厚度100cm,承重墙深度入微风化lm 以上,挡土侧主筋 φ32@200(-7.0~一26.0布置加密筋 432@200),开挖侧主筋φ32@200(-4.5~—20.5布置加密筋 32@200);非承重墙人强风化和中风化 5m 以上且大于等于 24m,挡土侧主筋 32 @200(一7.0~-23.0布置加密筋 φ32@200),开挖侧主筋 φ32

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@200(一5.5~一17.5布置加密筋φ25@200)。水平筋均为618 @100。

2.2 锚杆共两层

第一层∶标高一2.50m,计算水平拉力为17.9t/m,按倾角30°、间距2000mm,安全系数取1.6,锚杆设计轴力为66.14t,锚杆直径为 φ150,自由和锚固段长度根据不同的地质情况而定(自由段长度从7.0~17.0m 不等,锚固段长度6.6~13.4m不等,锚杆总长度从13.6~29.7m不等);

第二层∶标高-3.50m,计算水平拉力为14.4t/m,按倾角30°、间距2000mm,安全系数取1.6,锚杆设计轴力为53.2lt,锚杆直径为φ150,自由段和锚固段长度根据不同的地质情况而定(自由段长度从5.0~15.0m不等,锚固段长度从4.1~11.3m 不等,锚杆总长度从 9.1~26.3m 不等);

每根锚杆采用4 根φ15 的钢绞线,施工时进行预张拉,张拉至30t 时锁定。

2.3 钢支撑

钢支撑共三层,标高分别为一7.0m、—11.0m、一5.0m,按以下参数设计∶计算水平推力取 50t/m,按间距 8m一根布置,安

全系数取1.6,钢支撑主撑轴力为800t,因此主撑采用2×2I45、围檩采用2I45;(1)地下连续墙及其压顶梁完成之后,开挖一3.8 土方,施工—2.5、一3.5锚杆;(2)-2.5、一3.5锚杆张拉完成后,分层开挖土方(每层约 3~4m),根据监测反馈数据来决定是否分别设置一7.0、—11.0、一15.0钢支撑,并对钢支撑进行合理的调整即进行反馈设计。

2.4 基坑开挖监测设计

本工程采用信息法施工技术,监测项目共设置以下六项(1)在地下连续墙挡土面埋设土压力盒,用以监测地下连续墙所受的土压力值;(2)在地下连续墙主筋上设置钢筋应力计,用以监测钢筋应力,推算地下连续墙所受的弯矩值;(3)在地下连续墙墙身埋设测斜管,用以监测地下连续墙竖向各点的位移;(4)在地下连续墙顶部设置位移观测点,用以监测地下连续墙的墙顶位移;(5)在锚杆锚头上安装应力传感器,用以监测锚杆所受的拉力值;(6)在钢支撑上安装应变仪,用以监测钢支撑所受的力。以及对基坑周围建筑物、马路、管线的监测。

3 施工情况

3.1 本工程的施工顺序依次为∶地下连续墙施工-——土方开挖至一3.7m-—锚杆施工一平台制作——土方一部分开挖至一13.0m—-—5.5m 钢支撑安装一——-—-12.0m 钢支撑安装-—土方开挖至一17.0m——设计修改(加固一12.0m 支撑、取消—15.0m支撑)——开挖至设计标高一20.lm。

施工的整个过程都对连续墙、锚杆、支撑、水位、周围地面进行监测,反馈再指导施工;为支撑的设计修改提供了有力的证据,不仅节约了一层支撑,而且大大缩短了工期,减少了土方开挖的费用等。

3.2 地下连续墙施工

本工程地下连续墙施工,具有以下三个特点∶一是地下连续墙靠近旧有建筑物与市政马路;二是地下连续墙入岩深;三是地下连续墙深度深。地下连续墙周长 180m,混凝土量共4500m³,用4个月时间完成了地下连续墙的施工。

3.3 锚杆施工

锚杆在本工程中由于标高布置在一2.5m 和一3.5m,因此从各方面来说,都没有什么特殊性,采用平常普通的施工方法。在此不再作详细介绍。

3.4 施工平台制作

由于本工程位于广州黄金地段,因此周围根本没有施工场地,只能在土方施工前制作一个施工平台作为后续施工场地,根据现场条件及道路情况,我们将平台设计成类似于时装舞台的"T"字型,这样即很好地解决了出口问题又使吊机能顾及整个场地,同时又巧妙地利用平台立柱作为支柱,因此平台立柱采用钢管混凝土柱,以提高其强度,其上采用钢平台,设计荷载以土方开挖期间堆土为最大荷载,约 5t/m²。

3.5 土方开挖及钢支撑施工

本工序是该项目最关键又是最敏感的步骤,也是信息化施工最主要的步骤,首先根据设计开挖到一3.8m,进行锚杆的施工,此

时连续墙的内力与理论设计出入不大,位移等监测也属良好,待锚杆施工完毕,又将土方开挖到一7.0m 到此时连续墙的各项指标都比理论值少得多,根据这种情况我们决定将钢支撑调整到至--9.0m,土方开挖到一9.0m 时连续墙弯矩仅达设计值的1/2,约70t.m;墙顶位移仅11.5m,完全有安全贮备,为尽可能发挥连续墙的刚度,又决定将钢支撑调整到一12.0m,边开挖边施工支撑。但当土方开挖到一半时,部分锚杆的夹片由于材质问题出现了松脱的现象,造成了弯矩及位移值较大范围跳动暂时停止挖土,针对这一事故进行处理,在一5.0m 边加一钢支撑代替锚杆,然后连续完成一12.0m 支撑的施工,同时设置大量的测力计监测支撑的受力。在基本开挖到一18m左右时,设计修改,将一19.2m 基坑改变一20.10m 基坑,以满足第五层双层停车需要,虽然如此我们仍按原计划,按部就班完成了整个基坑的开挖,并且根据观测数据取消了一15.0m 这一层钢支撑,同时只对一12.0m 这层最关键的支撑进行了加固,起到了事半功倍的效果。

3.6 其他部分施工

其他部分,包括人工挖孔桩、地下室结构部分等施工,基本上也是采用较平常的施工方法,在此也不再详细介绍。

4 信息法施工技术

由于本工程所具有的工程特点,及其设计过程中的不同观点与设计方案,为了保证地下室支护结构施工的安全,同时又做到经济、合理并缩短工期,因此决定采用信息法施工技术来指导设计与施工。

4.1 信息法施工的监测内容∶(1)地下连续墙内力监测直接获得的是其内部钢筋的轴力,而通过轴力,可以近似计算出墙的弯矩值。(2)土压力监测,测得的压力值是水土合一的结果。从测得的数据可以看出压力值变化幅度不大,开始值较大一些,随着墙体受力变化后其值逐渐减少趋于稳定。(3)钢支撑受力监测,.钢支撑监测以1996 年底为限主要有两个阶段。第一个阶段主要是一12m 支撑设置后西侧部分挖至一17m 的情况,第二阶段则是全部挖至基底的情况。(4)地下连续墙水平位移监测,由于锚索对变形的控制不力及部分锚索的失效,使这阶段的变形发展很快,尤其是在开挖至一13.0m 时呈阶梯状跳跃式发展,且线性全是敞开式的,预示着锚索已基本达到极限值,这道锚杆所起的支撑作用正在丧失,因此,我们及时地在一5.0m 处增设了加强钢支撑。变形已经得到了有效的控制。在一5.0m 处增设加强钢支撑是非常必要的,不仅控制了变形,而且为锚杆分担了荷载、使锚杆仍然可以保持部分作用。当挖至一17.0m 时,当时面临的问题;一是一15.0m 支撑要不要加,二是一12.0m 支撑强度够不够。当时根据支撑的受力监测情况的结果判断,一12.0m处墙体的受力是关键,这时墙已呈现出挠曲变形,内支撑的关键点也在此附近。据此,决定取消一15.0m 支撑,同时决定对一12.0m 支撑进行局部加固。较大变形均发生在一10.0m 以上(最大位移量为49mm),而

从一10.0m 到一20.0m 则显示出从四十多毫米到 0 的基本线性变化。因此,从变形控制角度来看,取消一15.0m 支撑是合理的。

总体来看,两层锚杆、两层钢支撑共同作用,对地下连续墙的变形起到了很好的控制作用,在这个前提也取消-15.0m 钢支撑对地下连续墙的变形控制基本没什么影响。

综合分析所示监测结果可有如下体会∶

(1)施工顺序的不同对钢支撑的受力有一定的影响∶(2)加强的钢支撑作用没有得到很好的发挥∶

(3)钢支撑的强度潜力很大,至第2 阶段,1号、2号、3号、4号钢支撑的轴力已接近和超过 800t 仍未见失稳迹象。

(4)根据现场监测资料反映,温度对钢支撑的应力影响很大,温度每升降1℃,钢支撑力就增减约5t,因此在钢支撑受力设计分析时,温度因素也是不可忽略的。

综观本项目的测试工作,可以看出监测所得结果质量较高,进一步证明所设计之监测方案是合理的,所选择之探头非常适合岩土工程测试,具有可靠的长期稳定性,数据重复和可比性很好,这次监测有效地指导了本基坑工程的设计与施工,对以后的基坑工程也有重要指导意义。