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西宁某广场地下停车场基坑工程基坑支护方案

429 2021-01-15 11:42:03


1、工程简介及特点


西宁某广场地下停车场基坑,设计3层地下结构,采用筏板基础。基坑东西方向长367.3m,南北方向宽 125.5m,基坑面积约为46132.88m²,地面标高2258.36~2262.28m±0.000-2258.8m,基坑开挖深度为21~23m。基坑侧壁重要性系数为 1.10,基坑工程安全等级为一级,其主要特点为∶


1.该基坑工程开挖面积大,深度为目前西宁地区最深的基坑;需考虑当地冬季施工条件,保证施工工期。


2. 地下水丰富、地质条件差;丰水期基坑开挖,地下水位会上涨,水量较大;黄土为 I级自重混陷,累计自重湿陷量为0~745 5mm;第三纪混岩调水易软化,端度和料定性差 3. 周边环境复杂,地处西宁G277新宁路主干道和五四大街主干道交叉口东南角(如图!所示),基坑南侧为奇海省博物馆,广场路下有市政排污管网。


二 工程水文地质条件根据 新宁广场地下停车场岩土工程勘察报告(详勘) (青海工程勘察院2011年1月 28 目),该场地地质条件为∶


1. 地质特征


场地地层除杂填土外为第四纪冲积物组成,据勘探热研自上面下分述如下;

①杂填土QP∶灰黄色、浅黄色,以粉土为主,含有少量砾石、煤渣、砖块等建筑垃圾。土质不均勾,松散,稍湿,层厚 1.0~3.5m。


② 黄土状土 ;黄褐色、淡黄色。粘性土为主,局部含有少量粉土,土质较均匀,无层理,干强度中等,坚硬,顶面埋深1.0~3.5m,层厚3.5~9.6m。该层按是否具有湿陷性又分为②-湿陷性黄土状土和②-非湿陷性黄土状土两个业层,湿陷厚度在 4.7~11.7m。


③ 卵石∶杂色,甘架颗粒成分由石英岩、花岗岩等硬质岩组成,表而微风化,粒径一般约为2~5em,2em以上者占总重的51.2%~58.3%,偶见漂石.最大粒径 60cm,磨圆度较好,充填物为圆砾、中粗砂及细砂,分选性较差,级配较好,稍密一中密。胶结顶面埋深6.4~13.0m,厚度 1.0~1.3m.卵石层顶面埋深4.7~12.5m,层厚 3.6~11.7m。


卵石③局部夹有③-;圆砾和③-细砂层及③-,粉土透镜体。


③-;圆砾 ∶杂色,骨架颗粒成分由石英岩、花岗岩等硬质岩组成,表面微风化,粒径一般约为0.2~2cm,磨圆度较好,充填物为圆砾、中粗砂及细砂,分选性较差,级配较好,稍密一中密。局部有胶结现象,顶面埋深4.8~10.6m,层厚1.3~4.3m。③细砂Q"!杂色,矿物成分主要为石英长石和少量云母组成,砂质不纯净,夹杂少量粉土。稍湿,稍密。该层顶面埋深8.2~11.6m,层厚0.4~1.8m。仅在局部钻孔中分布。


④ 第三纪强风化泥岩N,以棕红色、黄绿色、青灰色为主,原岩结构已遭破坏,基本风化或黏土状.一般呈坚硬一可塑状;顶面埋深13.2~17.9m,控制层厚7.5~13.Im。节理裂隙发育,岩石破碎,岩芯多呈碎石状及短柱状,遇水极易软化,长时间暴露在空气中易崩解。


与基坑支护有关场地土层参数见表1,典型地质剖面见图 2。

2. 水文地质条件


地下水属潜水,水位标高为2248.8m,稳定水位埋深10.4~15.3m,靠大气降水和高阶地地下水补给,勘察期(2011年1月)为枯水期,丰水期地下水位会上涨,涨幅约为 0.5~1.0m,基坑西侧、南侧水势较大。经抽水试验计算,卵石层渗透系数为51m/d.影响半径约为50m。


三、基坑周边环境


基坑西邻 G277新宁路主干道,基坑开挖下口线距离新宁路为10.5m,新宁路西侧有一栋青海省政协在建 26 层高层;北邻五四大街主干道,基坑开挖下口线距离五四大街为 6.1m,五四大街北面为青海省交通厅、青海省公路局、中国农业银行、大十字百货超市等;东邻交通巷,基坑开挖下口T线距交通巷3.9m,交通巷东侧为一称30 层高层;南邻广场路,地下 2m 左右有市政掺污管网,基坑开挖放坡时已占用广场路北侧 1.6m,广场路南为青海省博物馆,其采用井桩基础。相对位置关系如图1 所示。

四、基坑支护方案

从开挖深度、周边环境、地质条件等因素来看,该基坑工程均属于综合条件较复杂的深大基坑工程,根据以往的工程经验,可采用排桩+错杆、撑桩、地下连续端等支护方式。但是工程造价较高或施工不便。因此,在保证基坑安全、经济和工期的前提下,充分结合本工程特点和当地施L条件,经过多次方案论证比较,最终确定本方案。


1.基坑东侧、西侧支护设计


基坑开挖下门线距离交通巷仅有3.9m,支护结构可用空间狭小;交通巷来往行人较多东侧,其东侧为一栋30 层高层,东侧南段人行道下有通往博物馆的燃气管道,基坑支护必须保证此楼基础和燃气管道安全,以免扰动其地基土或构成威胁。基坑西侧开挖下口线距离 G277 新宁路主干道仅有10.5m。基坑支护须保证不影响新宁路正常运行,新宁路来往车辆荷载较大,路面中间下面有燃气管道,对基坑支护结构变形控制要求较高,新宁路西侧有一栋青海省政协在建 26 层高层;据地勘报告显示,该侧地下水位较高。


结合工程经验,东侧、西侧基坑上部(桩顶标高 2252.8m 以上)采用坡度尽可能缓的土钉墙支护(卸除上体荷载),设置 2 排土钉(基坑南高北低,南侧局部设置3排土钉);基坑下部(2252.8m以下)采用桩锚支护(抗变形能力强)。通过采用土钉墙和大直径排桩+4排预应力锚杆+桩间土钉墙支护结构,桩长 23.5m,嵌固深度6.5m,在桩身最大弯矩处采用局部加密配筋进行优化,桩间喷射 100mm 厚混凝土面层(面层外表面与桩外皮平行),较好地解决了东西两侧基坑支护问题。支护剖面如图3 所示。


2. 北侧基坑支护设计


北侧基坑开挖下口线距离五四大街为6.1m,车辆荷载较大,南侧道牙石旁有电信井,支护结构可用空间狭小,对基坑支护结构变形控制要求高;据地勘是示,该侧局部地层含有③.细砂。


结合工程经验,考虑到东西两侧排桩与北侧排桩整体稳定性,类似基坑东、西侧支护结构,基坑上部(桩顶标高2249.8m以上)采用土钉墙支护,土钉墙坡度110.47,考虑场地高差,基坑北侧西部局部设置4排土钉∶基坑下部(2249.8m以下)采用桩锚支护体系,桩长 20.5m,嵌固深度6.5m,在桩身最大弯矩处采用局部加密配筋进行优化,设置 2 排预应力锚杆,较好地解决了北侧基坑支护问题。


3.南侧基坑支护设计


该侧基坑支护主要应保护好青海省博物馆和广场路南侧地下 2m 左右的市政排污管网,尽量减小打桩对青海省博物馆地基土的扰动;施工期间,广场路封闭、可占用,确定南侧采用3级放坡土钉墙支护结构,坡度尽可能缓,以卸除土体荷载。自然地面±α.00~-7m、-7~-15m、一15~-23m 设3级土钉墙,坡度1∶0.47,-7m、-15m处设置 1.5宽平台。当基坑开挖至一15m时,南侧卵石层渗水较大,且根据基坑开挖情况发现图风化泥岩分层产状与斜坡倾向大体一致,故将第三级土钉墙支护方案改为预应力排桩加铜杆支护形式,支护剖面如图 4(a)所示。随着基坑开挖,基坑南侧东段桩顶位移较大,为不影响青海省博物馆主体结构,采取堆土反压措施后,又将博物馆宽度范围内采用框架预应力锚杆加固1、2 级土钉墙,支护剖面如图4(b)所示。



4.降水方案


根据地勘报告,在确保基坑安全施工的前提下,综合考虑该基坑周边环境、工程造价等因素,采用大口管井降水方案。降水井布置在基坑外侧,井位中心距基坑上口线1.5m,沿基坑周边约每 20m 设置一口降水井,降水井深17~21m且降水井底部进入泥岩深度不得小于 3m,井径 600mm,共布置降水井 49 口。


为防止地表水流入基坑或雨水冲刷坡面,影响基坑土体稳定性,在基坑顶部距坑边 1.00m处设置 300mm×300mm 排水明沟,排水反坡坡度为5%;在坑底为排净基坑内的卵石层渗水,周边设置 300mm×300mm排水明沟,沟底均处于基岩层中,且每隔 30m 设置一个深度不小于1.0m 的集水井。


五、基坑变形观测


由于本基坑开挖深度较深,地下水位降深较大,在基坑周边共设置位移观测点45 个,在基坑东侧和南侧邻近建筑关键部位设置沉降观测点 10 个,2011年 8月 18 日又在青海省博物馆北侧楼梯处增设4 个沉降观测点,具体位置如图1所示。观测从 2011年7月12日开始到2012 年1月6 日结束,有效观测 48次。


1. 位移观测分析


各观测点最大累积水平位移为40.4mm,最小累积水平位移为6.9mm,位移观测结果见图5。东侧一般水平位移为5~10mm,说明支护较为合理∶北侧-般水平位移为10~ xmm,中部D15在 2011年Ⅱ1月30日累积位移为30.4mm;西侧和南侧一般水平位为20~33mm,其中南面基坑的西侧部分位移偏大,D37、D40、D43在 2011年11月8日累积位移均超过了警戒值 35mm,见图6(b),冠梁与土体裂开一道 3~5cm 的裂缝。


基坑西侧和南侧位移偏大的原因;第一,从地勘资料可知基坑西侧地下水丰富,且上都湿陷性黄土层较厚,施工期间 ,西宁恰逢雨季,用量较大,黄土发生湿陷;第二,基坑南侧距离基坑上口线 1.2m处有一排临建房,临建房厕所没有做好防水处理,污水采取外排方式;南侧基坑广场泉水及绿化草坪浇水,导致大量渗水;第三,基坑开挖至第三系强风化泥岩层时,发现中间含有主要软弱夹层产状大体与基坑位移方向一致;基坑开挖破坏了地下岩体的原始平衡状态,见图 6。


2.沉降观测分析


各观测点最小累积沉降量为2mm(S10 点),最大累积沉降量为29mm (SI3号观测点),只有 S13、S14、SI5及S16 号观测点累积沉降稍大。原因是基坑南侧青海省博物馆的楼梯与主体建筑是分开的,且该处工人临建阑所排水不畅和长期广场绿化浇水引起上层黄土湿陷,但对青海省博物馆主体建筑没有影响,说明本支护方案基本满足了安全要求。


六、部分应急处理措施


1.2011年8月 18日基坑南侧放坡到 10m,开挖至 14m深时,坑内局部积水较为产重。采用明排抽水无法彻底解决坑内积水,支护桩孔位内坍塌,北面基坑由西向东第 70号、77号桩在反复清孔时钻头被埋。经研究,70号孔钻头决定下水泵抽水,钻机打侧孔、人工继续往下挖。因水势较大,孔内端方严重,经十余天的处理,人工挖至钻头上部,只将钻杆拿出,钻头仍埋在地面以下13m处,鉴于工期紧张,地下水较大不宜拖延,70号、 77 号钻头放弃处理。77号桩建议两种补救办法。第一,在原桩位上用冲击锤打孔,但考虑到孔内被硬扁的钻头材质较硬、不易被砸碎,时间需 20天左右,耗费人力财力不定;第二种是在77号桩东西两侧补打两桩以代替原桩,冠梁和76 号、78 号桩之间的钢筋加密拉紧,所用时间和费用较少,经论证,选择了第二种方案。


2. 南侧基坑监测数据达到警戒值后,启动了基坑支护应急预案。先堆土反压南侧坑底排桩;后挖开渗水处,消除漏水隐患,并责令施工单位做好临建房排水设施,重新进行地面硬化,加强基坑明排和降水工作的要求;同园林部门协商南侧广场绿化减少浇水次数和水量;对土钉进行张拉,检查土钉受力,采用框架预应力借杆挡墙对1、2 级土钉墙进行加固。


七、点评


1.如此深大基坑工程在青海、甘肃等地尚不多见,综合考虑该基坑支护面临的主要问题,东西北三侧上部通过采用坡度尽可能缓的土钉墙败坡,卸除部分上体荷载,有效减小了主动上压力;下部采用在桩身最大弯矩处局部加密配筋的桩锚联合支护结构。实践表明;本方案有效控制了基坑开挖过程中产生的变形。降低了工程造价,可供类似工程参考借鉴。


2. 基坑开挖过程中基坑南侧和西侧局部位移达到警戒值、存在安全隐患时,及时排查分析并采取有效措施,使基坑支护结构的安全得到保证,可以作为基坑工程事故分析与处理的借鉴案例。


3.本工程降水井间距、井深及井数等均根据规范公式和经验设计,其适用性在青海、甘肃等地的大量工程实践中已多次证明,但降水井间距、井深及井数等定组关系有待进一步研究。


4.当采用较为常规的基坑支护结构进行深基坑支护时,及时统计、分析与反馈基坑监测数据对保证基坑安全具有重要作用。




感谢供稿作者:

黄雪味、杨校辉、张世径

(兰州理工大学土木工程学院、解放军后勤工程学院建筑工程系)