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郑州轨道交通一号线某车站基坑工程

376 2021-01-18 11:13:36



一、工程简介及特点


车站长度近 300m,标准段宽度 20.7m,建筑面积约2万m²,为两层箱型框架结构。主体结构施工采用明挖顺做法施工。车站基坑长343m(基坑底299.7m),标准段宽99.7m(基坑底28m),最大开挖深度18.5m,上部土层多为渗透系数较大的粉土、细砂层。


二、工程地质、水文条件


根据野外钻探描述、静力触探、标贯试验及室内土工试验结果,对勘探深度范围内岩土按岩性及力学特征进行分层。典型地质剖面如图2所示。第①层杂填土,稍湿,松散,主要由耕植土和粉土组成。层厚0.50~2.30m,平均厚度0.82m;第②层粉土,稍湿,稍密、干强度低.韧性低,层厚 1.60~5.00m,平均厚度 3.21m,层底标高 76.73~ 79.53m,平均标高78.30m,Ps=1.6MPa,N=6.6击。第⑦层粉土,湿,稍密,干强度低,摇振反应迅速,韧性低;层厚0.80~3.10m,平均厚度1.61m,Ps= 1.4MPa,N= 7.1击。第⑦.层粉质粘土,灰色~灰黑色,软塑,切面稍有光滑,干强度中等,韧性中等。层厚0.50~2.40m,平均厚度1.29m,层底标高 75.75~78.28m,Ps=0.7MPa,N=2.8 击。第⑧层粉砂,湿,松散~稍密,颗粒级配不良,层厚0.90~2.50m,平均厚度 1.67m,Ps=4.7MPa.N-12.7击。第⑨层粉质粘土,软塑一可塑,干强度高,层厚 0.70~4.30m,平均厚度2.28m,Ps=0.8MPa,N=4.3击。第③层粉土,湿,中密~密实,干强度低,层厚0.60~4.30m,平均厚度2.28m,Ps=3.8MPa,N=22.0击。第⑥层细砂,饱和,中密,颗粒级配不良,层厚 2.00~10.40m,平均厚度 5.90m,Ps= 11.1MPa,N=20.3 击。第⑯,层粉质粘土,可塑,层厚 0.50~3.90m,平均厚度 1.74m,Ps=2.6MPa,N=9.9 击。第Q层中砂,饱和,中密~密实,层厚 13.00~ 20.30m,平均厚度 15.88m,Ps=18.2MPa,N=32.4击。第①;层粉土,湿,密实,层厚0.70~3.00m,平均厚度 1.86m,Ps=8.5MPa,N=10.4击。第③层粉质粘土夹粉上,可塑~硬塑,层厚 1.20~6.00m,平均厚度2.83m,N=20.7击。第②,层细砂,饱和,中密~密实,层厚1.00~7.00m,平均厚度 3.02m,N=31.2 击。第③层粉质粘土,可塑~硬塑,层厚1.80~5.20m,平均厚度3.87m,N-29.7击。第③层粉土,湿,密实,摇振反应中等,层厚3.50m。第③,层∶细砂,饱和,密实,勘探深度内该层未揭穿,最大揭露厚度 5.50m。N=33.3击。


在场地内及其附近未发现对工程安全有影响的诸如岩溶、滑坡、崩塌、塌陷、采空区、地面沉降、地裂等不良地质现象;也未发现影响地基稳定的沟浜、防空洞、孤石及其他不利理藏物;不存在湿陷性黄土、冻土、膨胀土、污染土等特殊土;第⑦,、⑨灰褐色灰黑色粉质粘土为软弱土,第②、⑦层为液化土。


根据室内土工试验和原位测试成果,各上层的主要物理力学参数如表1。

勘探深度内地层自上而下主要出现三个沉积旋回。第一旋回为粉土与细砂,第二旋回为粉质粘土与细砂,第三旋回为粉土与细砂、中砂。由于第二旋回以上粉质粘土层较薄,横向上不稳定,故就整体含水层结构来看,主要为潜水含水层,岩性以细砂为主,其次为粉砂和粉土。底部35m以下出现连续稳定的粉质粘土为隔水底板。地下水类型为潜水,勘探期间含水层厚度 30~35m,补给来源主要为大气降水及侧向径流,排泄主要为人工开采。


三、基坑周边环境情况


体育中心站基坑周边场地开阔,为现状农田及鱼塘,周边无市政管线及构筑物、现状金水东路位于基坑北 150m,河南省中医学院教学楼距基坑约400m,见图1。


四、基坑围护平面图


从基坑周边环境以及地质条件综合考虑,本工程采用三级放坡加挂网喷射混凝土面层(局部加设土钉支护)的支护方案,基坑降水采用敞开式管井降水,考虑到基坑开挖上口尺寸较大(最大长度367.78m,最大宽度99.68m),降水井采用两级环形布设,一级降水井布置在基坑周边2.0m,二级降水井布置在三级边坡坡脚处,降水施工分段分期进行,以提高降水效率和保护环境。


1.喷射混凝土面层 

采用60mm厚C20喷射混凝土面层护坡,钢筋网采用<DR4mm (6mm) @ 100mmX100mm (150mmX 150mm),由 HRB335C>14@2000mmX 2000mm、L=800mm 呈梅花形布置的钢筋锚钉固定 挂网喷混凝土护坡结构剖面见图4 (a)。



3.坡面泄水孔


喷射混凝土面层中设置泄水孔,以排除面层后的滞水。泄水孔采用φ125PVC管,管上设φ8@100mm 孔,梅花形布置。护坡中泄水管长度为 910mm,间距布置不大于 2500mm×2500mm。上钉墙支护结构中泄水管长度为970mm,泄水管2400mm×1200mm梅花型布置。最下一排泄水孔高于基坑地面不小于 200mm。


五、基坑围护典型剖面图


体育中心站基坑围护结构典型剖面如图 4 所示。


六、实测资料


该基坑开挖深度、基坑长度和宽度较大,支护形式采用三级放坡加局部土钉墙。在基坑开挖的过程中对坡顶、二级、三级平台进行了沉降和水平位移监测。另外,考虑到采用大面积敞开式降水施工方法,对基坑底部和周边水位监测井进行了全程、系统的监测,并对降水影响范围内的路面和建筑物布置了沉降观测点,在降水施工中引用了水位控制器,根据设定的降水参数实现水泵的自动运行,取代了以往全天候不间断降水的方法,取得了定的经济效益并有效地保护了环境。


本案例基坑围护结构及监测点位平面图见图 5、图 6。1. 监测项目及精度

根据《城市轨道交通工程测量规范》GB 50308—2008、《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497—2009 等现行规范及工程实际,体育中心站基坑监测项目及精度见表2。


2.监测结果

由于本基坑长度和深度较大,考虑基坑的时空效应,采取分段分层开挖,整个基坑共划分为18个施工段,每层开挖深度不超过2m,基坑开挖至底后即进行垫层和主体结构的施工,主体结构外侧防水层满足设计要求后及时对基坑肥槽进行回填,以减少基坑边坡暴露时间和变形。本工程从2010年2月份基坑开挖开始,至 2011年1月份主体结构施工完成,历时11 个月。

(1)坡顶水平位移

整个基坑共布设 19个监测断面,105个监测点位,从基坑开挖至基坑回填期间所有监测点位累计变形量及变形速率正常,最大变形量 25.4mm(DB10-1),位于基坑坡顶位置,图5分别为位于基坑顶部、二级平台和三级平台部分监测点各个工况下的累计位移值。从实际的监测数据可以看出,基坑顶部和二级平台处水平位移较大,三级平台暴露时间最短,变形量也最小。在本基坑开挖和主体结构施工期间,最大水平位置值没有达到报警值;在雨季施工期间,未出现基坑滑坡、坍塌等事故,证明该支护方案的可靠性。


(2)基坑降水

该工程降水采取区域封闭降水模式,即在坑槽的周边布设两排环形降水井,并在基坑中间布设一排观测井,确保结构物在无水条件下的干槽内施工作业。基坑外缘布设第一排降水井,井深24.0m,间距 16.0m,此排降水井主要发挥其减压井的功能,并兼做疏干井,大幅度降低地下水位的标高;在基坑内三级边坡上布设第二排降水井,井深15.0m,间距 16.0m,此排降水井主要发挥其疏干井的功能,将地下水降至结构物底板下1.0m。为观察降水井的降水效果,在结构物的中轴线位置再布设一排降水井,井深24.0m,间距 35.0m,此排降水井主要发挥其观测井的功能,同时兼做疏干井,此排降水井与基坑外缘的降水减压井同步施工,当减压井进行降水时,需派专人对观测井进行观测记录,绘制降水曲线,进行降水实验,以观察降水效果,并根据降水效果,再最终确定第二排井的井距、降水深度、降水井布设的位置等,观测井的深度在结构物底板以下9.0m。图6为体育中心站水位监测点的平面布置图,其中GCJ0F至 GCJ09 是坑底的水位监测井,GCJ10至 GCJ13 是基坑外的水位监测井,坑外监测井兼做回灌井。


考虑到该地层以砂性土为主,渗透系数较大,大面积敞开式降水对周边环境影响较大,在降水施工过程中,根据施工进度划分降水段落,合理增减开启降水井数量,并安装水位控制器,根据经验降水曲线设置降水深度,自动控制水泵运行。图8为坑外监测井在基坑降水期间水位标高变化图(底板标高 68.3m)。


(3)地表及周边环境沉降


在基坑开挖期间、对基坑各级平台及周边道路和相邻建筑物沉降进行了全程监测,因基坑北侧的金水东路距基坑约150m,最近的河南省中医学院的教学楼距基坑约400m,在降水期间、降水施工又得到了合理的控制,所以本工程在基坑施工期间周边构建物变形较小。基坑各级平台上的沉降如图 9 所示。

七、小结


体育中心站周边场地宽阔,附近无建(构)筑物和市政管线,故基坑采用最经济的三级放坡开挖加挂网喷护的支护结构形式。这种支护方式在用地日益紧张的城市建成区已很少采用。结合基坑特点和工程水文地质情况,降水施工采用开敞式管井降水。工程采用常规的顺做法施工方案,沿纵向共划分 18个施工段,基坑开挖分段分层开挖,并在开挖期间对基坑边坡的水平位移、周边地表沉降、地下水位和基坑隆起和回弹进行了全程监控测量。监测结果表明,基坑工程开挖和降水虽然引起周边地面沉降和水平位移,但没有导致严重的工程问题,基坑变形满足设计和规范要求,设计和施工方案可靠。


本工程抽取出的地下水利用在农田灌溉、施工和生活用水上,取得了一定的社会和经济效益。




感谢供稿作者:

翟永亮、宋建学、时媛媛

(郑州市第一建筑工程集团,郑州大学土木工程学院)