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郑州郑东新区某地下停车场基坑工程

293 2021-01-15 14:24:52


一、工程简介及特点


郑州市郑东新区 CBD区4号地下停车场工程位于商务外环路、商务内环路、商务西四街、商务西六街之间,是郑东新区 CBD区公共停车系统中规划建设的9个地下停车场之一。本工程建设用地面积 1772.2m²,主要功能为小型车车库。


地下建筑东西长约 167m,南北宽 88~124m,框架结构,地下 2层根据设计单位提供的《4号公共停车库施工图》,基坑大部分开挖深度 12.95m;局部集水并开挖深度为 14.5m。基坑平面布置与地下车库平面基本相同,大体呈梯形,长约 171m,宽约 90~126m,总土方量约 26 万m²。


本基坑具有开挖面积大,开挖深度深,周边环境复杂,地下水位高,土性参数差,工期紧的特点。


二、工程地质条件


1.地质条件


根据岩土工程勘察报告,场地勘探深度 35m 范围内主要为第四纪全新世沉积的地层。土层按其不同的成因、时代及物理力学性质差异分为 15 个工程地质单元层,基坑开挖深度影响范围在第 10 层以上,各层土的层厚及物理力学性质见表1。

场地的典型工程地质剖面如图 1


2. 水文条件


根据地下水埋藏、分布特征及区域水文地质资料,本场地地下水类型可分为潜水及微承压水。地面以下埋深约17.1~20.5m为第1大含水层,其深度范围内的粉土、粉质黏土,属潜水弱透水层;17.1~20.5m以深至约 30m为第2大含水层,其深度范围内的粉砂、细砂层,属微承压永透水层。


(1)潜水


潜水主要赋存于上部弱透水土层中,勘察期间稳定地下水位埋深介于8.5~11.5m(标高约81.5m),水位年变幅1.0~2.0m。历史最高水位埋深1.0m(标高约89.0m),设计基准期最高水位埋深按 1.0m,(标高约89.0m)


(2)微承压水


承压水主要赋存于第⑧、⑨粉细砂层中,含水层顶板埋深17.1~20.5m、底板埋深 30m左右,根据邻近场地抽水试验结果和本区区域水文地质资料,承压水静止水位埋深 14.0m(标高76.0m)左右,承压水头5.0m左右。


三、基坑周边环境情况


本工程位于商务外环路、商务内环路、商务西四街、商务西六街之间,如图2所示。


地下车库外轮廓线北侧距离商务西四街约10.1m,距离用地红线为5.01m;在两侧距商务外环路为10.5m(西南角为1lm),距用地红线约5.5m(西南角为4.85m);在南侧距离商务西六街为10m,距离用地红线为5.0m;在东侧临商务西六街处,距离商务内环路约10m,距离用地红线为5.0m,在东侧临商务西四街处,距离商务内环路约21.4m、距离用地红线为16.3m。商务外环路、商务内环路、商务西四街、商务西六街均为郑东新区CBD的重要市政道路,宽约20~40m。商务西四街北侧临外环路为河南国际商会大厦,临内环路为五行嘉园C座,在两栋高层间为商业步行街。商务西六街南侧临外环路为嘉亿国际商务中心,临内环路为五行盛园B座,中间商业步行街。临外环路高层建筑高约120m,有3层地下室,基础埋深约 15m,基础为桩基础;临内环路高层建筑高约80m,有2层地下室,基础埋深约1m,基础亦为桩基础。在基坑西侧有一天然气管线距离基坑开挖边线较近,基坑东北角处有s根高压线杆,距离基坑的 7.5m.

四、基坑支护结构选型

1. 工程重点难点分析


郑东新区 CBD区4号地下停车场工程工期要求紧迫(基坑支护+桩基施工共60 天),材抗支护的选型会对施工工期产生很大影响,选择何种基坑支护结构,使其能在较短的时间内完成并能可靠地发挥作用,有效的保护周边道路、管线和周边建(构)筑物,且在经浇上合理可行,这是本工程的难点。


基坑周边为市政主要道路,其下方有给排水、雨水、污水管道及电力、通信、暖气、燃气管线,这些市政设施是维持 CBD地区正常工作生活的保障,距离基坑较近,对变形敏感,在基坑开挖和降水过程中极易受到影响。控制基坑支护结构的变形,保护周边道路、管线和建筑物的安全是本工程的一个重点。


根据岩土工程勘察报告,地下水位在自然地面下约8.5m,基坑需进行降水。基坑开挖范围多为粉土和粉质粘土层,且两种类型土层相互交错,渗透系数较小,如何进行降水,快速疏干基坑周围土体的地下水,取得良好的降水效果,并使降水对周边环境的影响尽可能地降低,也是本工程的重点之一。


2. 基坑安全等级


基坑大部分开挖深度 12.95m,属于深基坑范畴。根据《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120—99 表3.1.3中安全等级的划分标准,本基坑工程安全等级应按一级考虑,侧壁重要性系数γ取 1.1。


3.支护结构选型


本工程基坑开挖深度较大,根据现场水文地质条件和周边环境情况,可以选择的支护结构类型有∶土钉墙、复合土钉墙和桩锚支护结构。


本工程采用"上部土钉+下部桩锚"的联合支护结构,这种联合支护结构在郑东新区 CBD地区应用较广且较为成熟,通过合理选择上部土钉墙的高度,对本工程做进一步优化,能够做到在规定的时间内,在保证基坑、周边道路、管线和建筑物安全的前提下,降低基坑工程的造价,使其做到既安全又经济合理。而且,土钉的长度较短,布置灵活,可以避免锚索过长对相邻管线的影响,又便于施工。

五、基坑围护平面布置

基坑支护结构采用"上部土钉墙+下部桩锚支护结构"的联合支护型式,上部土钉墙高度设置为地面下5米,这样避免了桩锚支护中的锚索对道路下市政管线的影响。为缩短工期,支护设计时合理设置参数,设置2排预应力锚索(局部集水坑处坑深14.5m,采用 3排锚索)。根据岩土工程勘察报告,本工程场地下土层厚度变化较大,设计时根据不同的勘察剖面和基坑开挖深度分别进行计算,取相近的情况进行归并,将支护结构划分为6个剖面,平面图布置见图 3。


因场地地下水位较高,水量丰富,降水选用管井进行。降水井布置的间距为 15~ 30m,按照本工程基坑的面积,并根据计算,坑内布置19 口管井,纵、横向间距约 25m.按基坑形状布置。因潜水含水层地层多为粉土和粉质粘土、渗透系数小。为能在短时间内将其中的地下水疏干,在坑外设置截水井。为了有效地发挥截水井的作用,坑外截水间距

按照 15m设置,共设置 35口。因工程工期紧迫,为进一步保证基坑的降水效果,尽早为车库主体结构的施工提供作业面,在坑内管井和坑外截水井之间设置了渗井。基坑降水平面布置如图4 所示。


降水井深度为坑内 30m,坑外 20m;钻孔 600mm,滤管采用 280mm 无砂管,下部2m为沉渣段,滤管与孔壁之间用石英砂填充。渗井在管井间布置,清孔后回填碎石。


六、基坑围护典型剖面图


支护结构上部5m高土钉墙坡度系数为0.2,设置4排土钉,上钉竖向间距1.1m,水平间距1.4m,钢筋采用 HRB335级,各层土钉孔径100mm,入射角 10°。土钉注浆采用 PO42.5纯水泥浆,水灰比0.45~~0.55,注浆压力0.4~1.0MPa,注浆量 40kg/m。土钉墙喷射混凝土面层厚80mm,混凝土强度等级为C20,面层内配中6.5@250钢筋网,加强筋中 12。土钉墙下部设置 1.0m宽平台.


下部桩锚支护结构,护坡桩桩长 15~16m(局部集水坑处为17.5m),桩径800mm,间距1.5m。护坡桩混凝土等级为 C30,多数为不均匀配筋,纵向钢筋等级为HRB335;箍筋等级 HPB235,间距150mm。桩顶设置冠梁,冠梁宽900mm,高600mm,混凝土等级C30,左右各配10根18mm钢筋,上下各配2根 16mm钢筋,钢筋等级 HRB335,箍筋为中 8@200。


锚索设置两排,水平间距均为1.5m,倾角 15°,上排锚索钻孔直径为180mm,下排锚索钻孔直径为 150mm。上下排锚索竖向间距2.0m,按不同计算工况,施加预应力170~30kN。


护坡性间土保护采用在两排锚索之间以及锚索下施工 5m长土钉,成孔直径 100omm.间距1.5m,水平倾角 15',注浆量40kg/m,挂中6.5@250 钢筋网、加强筋中12与土钉连接,外喷 40mm 厚 C20混凝土,基坑围护的典型剖面如图 5~6。


七、变形监测


郑东新区 CBD区4号地下停车场基坑工程于 2010 年2月20目开始进行土方开挖, 2010年2月23日至2010年4月17日进行护坡桩施工;上部土钉墙施工时间为 2010 年 3月3日至2010年3月24日;锚索施工开始于2010年3月26日,结束于2010年5月19日;2010年6月初,基坑开挖完毕。在基坑施工过程中进行了第三方监测,监测内容有;周边道路沉降、桩顶沉降、桩身水平位移,锚索应力监测,监测点布置如图7所示。基坑开挖到设计标高后,护坡桩桩顶最大水平位移为 11.9mm。桩身最大位移为12.53mm.典型的桩身位移如图8所示;基坑周边道路最大沉降24.3mm,具体如表2所示,除监测点D6外,其余均未超过20mm的报警值;桩顶竖向沉降较小,最大为6mm。锚索内力监测共布置 3 点,最终监测值如表 3示。


八、点评


郑东新区 CBD区4号地下停车场基坑工程基坑深度大,工期要求紧迫,采用"上部 5m土钉+下部桩锚"联合支护结构,在保证基坑安全的同时,有较好的经济性。基坑开挖范围内土层为粉土与粉质粘土互层,土性参数差,渗透系数小,为了有效降水,使土体尽快疏干,采用在基坑内部设置管井,在基坑周边设置载水井进行降水,且在境内管井和坑外截水井间还设置了一定数量的渗井,为了防止桩间水土流失,本工程还采取了桩间土的保护措施。正是因为前期调研工作认真仔细,基坑支护设计才合理可行。最终,CBD区4号地下停车场工程基坑在规定的期限内顺利完工,保护了周边道路和建筑物的安全,取得良好的支护效果,为同类条件下基坑支护的设计提供了一定的参考。



感谢供稿作者:

王坤、王保军、宋建学

(河南省吴鼎建筑基础工程有限公司、郑州大学土木工程学院)