软土地区无内支撑基坑围护设计案例.pdf

地基基础工程GEOTECHN ICAL ENGI NEER I NGWORLD VOL. 11 No. 2 〔 收稿日期 〕 2007 - 7 - 02 软土地区无内支撑基坑围护设计案例 王广华 1 桑依青 2 1. 浙江省工程勘察院 2.宁波市民用建筑设计研究有限公司 摘 要 浙江沿海地区软土地基具有变形大,压缩性高,承载力低的特点,大面积的二层地下室基坑进行 无内支撑围护设计。结合工程特点、 环境因素、 地质情况等分析后,选用排桩加土层锚杆的方案。 根据所测土体位移数据显示该围护设计达到了经济性与适用性的要求。 关键词 软土地基 无内支撑 大面积二层地下室 排桩加土层锚杆 围护设计 1 工程概况 该工程为大型商业广场,位于宁波市鄞州区,设 计地下室2层,拟采用桩基础。2层地下室外型尺 寸呈矩形状,基坑总延长米为854m。场地面黄海标 高为213m,设计基坑底黄海标高为- 410m,基坑计 算深度为613m。 该工程先施工围护结构,后在坑底施工工程桩, 围护结构需采用无内支撑形式。基坑附近周边环境 相对较好,围护结构变形要求稍低,场地有一定的放 坡空间。基坑挖至坑底后,还要暴露一段时间预 计围护结构使用期在6个月至1年 , 需充分考虑 经历一个水文年,雨季、 台风等对围护产生较不利的 影响因素。由于围护和挖土施工的总工期较短,围 护结构和土方开挖等施工的速度将较快,因而合理 的施工组织设计将至关重要。 场地浅部土层的主要物理力学参数参考表1 根据勘察报告提供的资料。 表1 场地浅部土层的物理力学性质 层号名称γ/kNm - 3 w/ ec/kPaφ / ①2粘土181934120195525161212 ②1淤泥质粘土17134917113721311911 ②2淤泥质粘土1716481811321212714 ②3淤泥质粘土17105216114691017816 ③粉砂 19 1 7 51025 ④1淤泥质粉质粘土18143714110428151210 2 围护结构选型分析 根据本基坑工程的特点、 周围环境等因素,该基 坑按二级基坑进行设计。由该基坑的场地条件及施 工特点,围护需采用无内支撑结构,因而本设计考虑 了排桩加土层锚杆方案,具体分析如下 1支护形式本围护结构采用一排沉管灌注 桩加三层土层锚杆并结合放坡的形式。围护桩采用 500700沉管灌注桩,并且入3层粉砂土1m以 上,土层锚杆采用成孔式锚杆,直径110mm,中间置 1根 18钢筋,坑边设宽915m厚400mm垫层 100mm厚碎石垫层加 300mm厚C15混凝土垫 层。此形式的典型剖面图如图1。 2支护特点该支护形式在宁波软土地区刚 开始应用起来,特别在基坑面积大,无内支撑条件, 且坑边环境相对较好区域,该支护形式可满足整体 稳定、 抗倾覆等安全要求,位移一般在50～100mm, 如局部发现位移过大,实施应急措施方式比较多,且 方便。另外,在坑边15m范围内注入了较多的水泥 砂浆,改善了坑边土体性质,水泥砂浆强度也随时间 不断增加,因而提高的围护结构的耐久性。围护施 工方面,速度快,节约工期,同时对坑内主体结构施 工影响较小。 3经济性未包括工作面土方的开挖、 回填, 下同 沉管灌注桩 3177m 3 /每延米,约900元/m 3 , 计3393元/每延米;土钉钻孔式 36 14m /每延米, 约90元/m,计3276元/每延米;冠梁 0132m 3 /每延 米,约700元/m 3 ,计224元/每延米;土方开挖 04 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 岩土工程界 第11卷 第2期地基基础工程 图1 沉管灌注桩加土层锚杆方案 1311m 3 /每延米,约30元/m 3 ,计393元/每延米;土 方回填 1311m 3 /每延米,约47181元/m 3 ,计626 元/每延米;混凝土面层 9m 2 /每延米,约30元/m 2 , 计270元/每延米;槽钢 2118kg/每延米,约4元/ kg,计87元/每延米;每延米的造价 合计8269元/ 每延米。 3 土方开挖 分段、 分区及开挖形式本工程土方开挖量以及 开挖面积都非常大,同时结合围护结构的特点,采用 盆式挖土和分层挖土相结合的方式。按照分层、 分 区段、 对称、 限时的开挖原则,本土方工程设计分3 个阶段进行。 1第一阶段第一阶段在基坑中心区域采用 “ 盆式 ” 挖土,即首先在基坑中心开挖,开挖面积115 100m 11500 m 2 ,而周围区域的土暂不开挖。同 时,在基坑四周进行围护桩施工。该阶段土方开挖 量约为8125104m 3 包括临时边坡土方量 , 预计 工期40～50天。出土方向由中心向东西两个方向, 再由北向南,出土。 2第二阶段第二阶段挖土结合围护结构形 式,坑外边卸土,坑内挖沟分层挖土分层施工土层锚 杆。本次挖土分东、 南、 西、 北四个区,施工顺序为 北、 南、 东、 西,并结合围护结构施工进行流水线作 业。围护结构施工完后,出土口位置用老粘土回填, 在路面上设800mm厚塘渣垫层。土方开挖量约为 610 4m3 ,该阶段在第一个区域的围护桩打设完并 达到70强度后开始15d ,预计工期55～ 65d 即 第80d之前完成前两个阶段挖土。 3第三阶段该阶段主要挖除余下的土方,出 土通向北侧和南侧,各设两个出土通道。土方开挖 量约为1019810 4m3。预计工期 30～40d。 4 计算内容 411 土层锚杆参数取值 本次围护采用成孔式土层锚杆,孔径110mm, 锚杆倾角10 。根据国家行业标准建筑基坑支护 技术规程 JGJ120 - 99并结合当地试验数据,列 出以下计算参数 1锚杆自由段长度lf lfltsin 45 -φk/2 / sin45 φk/2 θ。得标准断面的第一层锚杆自由 段长度318m,第二层锚杆自由段长度311m,第三层 锚杆自由段长度214m。 2土体与锚固体极限摩阻力根据规范, 1 - 2 层的极限摩阻力取40kPa, 2层的极限摩阻力取 12kPa, 3层的极限摩阻力取50kPa。另外,根据 τ γHtanθC0175,土层锚杆上覆土压力从锚固 开始段算,得τ1211kPa,与规范提供的数值接近, 14 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 地基基础工程GEOTECHN ICAL ENGI NEER I NGWORLD VOL. 11 No. 2 因而取2层极限摩阻力取12kPa。另外,考虑到土 层锚杆采用两次注浆,增加了土层锚杆抗拔力的安 全储备。 3土层锚杆抗拔力设计值取318kNm - 1。 4锚杆水平刚度系数按规范计算,一般在10～ 15MNm - 2 ,但考虑到在软土地区土的儒变性质,并结 合计算数据和试验数据,取kT4和3MNm - 2。 412 计算结果 本计算软件采用理正深基坑5105,整体稳定采 用瑞典条分法,应力采用总应力法, 3层粉砂层土压 力采用水土分算,其它各层采用水土合算,土压力模 式采用三角行土压力。抗隆起验算采用Prandtl和 Terzaghi两种方法。计算结果见表2。 表2 计算结果总汇 计算分区号桩型桩身弯矩/kNm 一层锚杆形式 锚杆力/kNm - 1 二层锚杆形式 锚杆力/kNm - 1 三层锚杆形式 锚杆力/kNm - 1 整体稳定系数 1 - 1600800 2511515019m 491115116m 381015116m 35152105 1 - 2500700 1291715019m 461015114m 311715114m 30181179 1 - 3500750 1251215019m 421015115m 301413115m 24101187 2 - 1500700 1011515110m 321813114m 241711114m 19191196 2 - 2500700 1021315110m 331013114m 241911114m 20111194 3 - 1500700 1321015019m 461615114m 321215114m 30121197 3 - 2500700 1041715110m 331813114m 251011114m 20102104 3 - 3500750 1241615110m 451115115m 311712115m 24161197 4 - 1500700 1341715019m 471115114m 321415114m 30122106 4 - 2500700 1301215019m 451215114m 311315114m 29142108 注 1 - 1区第四道土层锚杆为15116m,锚杆力2613kN。 5 监测、 检测 为了确保围护结构的安全施工,必须对整个基 坑施工过程和内部结构回筑过程进行施工监测。对 深基坑施工过程进行综合监测非常重要可以验证 支护结构设计,指导基坑开挖和支护结构的施工或 及时对局部进行加固调整;保证基坑支护结构和相 邻建筑物的安全;为完善设计分析提供依据。 511 监测内容 1围护结构深层土体位移用测斜仪进行测 量,共布置了深层土体位移观测孔16个,监测孔深 为24m。 2围护墙顶水平、 垂直位移观测共布置31个 水平、 垂直位移观测点。 3周边环境监测及时了解土方开挖对周边环 境的影响。 512 监测报警值 1深层土体位移为60mm,变形速率连续三 天大于5mmd - 1。 2水平位移为40mm,变形速率连续3天大 于5mmd - 1。 3地面沉降为40mm,变形速率连续三天大 于5mmd - 1。 513 支护结构质量检验与监测 1对沉管灌注桩进行一定数量的小应变监 测,以监测其桩身质量及桩长。其余具体质量检测 要求详见 建筑地基基础工程施工质量验收规范 。 2抽取总锚杆数量的015进行锚杆抗拔试 验,试验时间为注浆结束后7d,要求土层锚杆抗拔 力极限值不小于415kNm - 1。 3冠梁质量控制要求详见施工说明及建筑 地基基础工程施工质量验收规范 ,混凝土质量控 制要求详见 混凝土结构施工质量验收规范 。 6 降排水措施及应急预案 611 水文地质条件 场地内第 ①2层、 ② 层土垂直和水平渗透系数 为10 - 6 ～10 - 7 cms - 1数量级 ,渗透性较小,场地3 层粉砂土为微承压水,稳水位高程在015m,根据勘 察报告,渗透系数为610E - 4 cms - 1。 围护结构使用期在六个月至一年,可能要经历 一个水文年,雨季以及台风季节等对围护将产生非 常不利的影响。综上所述,基坑围护的成败,地下水 的处理非常关键,须采取有效的堵、 排水等措施。 612 降水措施 潜水③ 层土以上为渗透系数较小的粘土和淤 泥质土,因而也无需考虑降水问题。承压水由于 ③ 层粉砂土埋深在14～16m之间,该层土为微承压 水,其上覆不透水层土厚达8～10m。由于勘察报告 24 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 岩土工程界 第11卷 第2期地基基础工程 未提供承压水水位,本设计根据周边场地的经验,承 压水位在- 510m,突涌安全系数为111～1138,不会 发生突涌现场。同时结合周边场地的经验,不需要 进行降水处理。 613 止排水措施 基坑开挖时来水主要为地表水和雨水,为减少 水对土体的不利影响,须做好有效的坑内外排水、 止 水工作。坑外地表设100mm厚C15混凝土面层,以 阻止坑外来水渗入坑边或坑内。同时,在基坑外四 周设置400300的排水沟,排水沟捣100厚400mm 宽C10砼作基础,沟深300mm,沟侧边用M5水泥砂 浆砌灰砂砖240mm厚,内侧与顶面批1∶215水泥砂 浆25厚,纵向坡度0115 ,排向集水井,经沉淀后 再排入附近河道。基坑顶及一级边坡角,沿排水沟 每25m设置一个集水井,基坑底面分别沿横、 纵向 每隔50m设一个集水井,从地下室底板向下设置, 集水井尺寸为500 宽500 长600mm 深 , 240mm厚灰砂砖墙,M5水泥砂浆砌筑,内侧与顶面 批灰1∶215水泥砂浆25mm厚。 614 桩间漏土,漏水处理 基坑挖土施工过程中,如发现桩间漏土、 漏水, 须及时把相邻围护桩间清理干净,用块石或砖浆砌 堵缝。如局部发现漏水现象比较严重,可采取注浆 处理。 615 应急预案 当基坑位移达到报警值,或支护结构严重开裂 变形,有破坏迹象时等现象时,需采取以下应急措 施 1在基坑外卸土,在坑内土方或混凝土快速 回填; 2加补土层锚杆; 3在冠梁的预埋钢垫片与坑底混凝土垫层之 间设竖向斜撑。 7 监测成果 根据现场测得和记录的数据利用计算机整理和 绘制的水平位移s随深度H曲线图,以及根据提 交的 监测报表 进行分析,可以看出深层土体最大 位移深度一般在110～215m左右,除31、34号孔上 面位移比较大,都达到报警值80 mm,其他监测孔的 位移值多保持在20～60mm左右,实际位移值跟设 计位移值基本吻合。 8 结论 1根据所测深层土体位移数据显示该围护形 式较充分的发挥了它的临时性挡土作用,设计基本 达到经济性与适用性的要求。取得了良好的社会效 应和经济效应,可为其他类似工程提供应用参考。 2深层土体位移监测能够及时有效的反映深 层土体的位移情况,对即将出现的情况提出预警信 息,指导我们提前做好预防措施。 3基坑围护结构的安全性,很大一部分取决 于施工现场管理,譬如挖土至设计标高后是否及时 跟进垫层、 排水工作是否做到位等等。 4基坑围护具有很强的系统性和整体性,工 程成功与否取决于很多因素,它需要设计、 施工、 监 测、 监理及建设单位等各方的努力与协作,每一个部 门都是其中一道环节,错了缺了都不行。所以一个 基坑的成功是各方努力的结果。 参考文献 [1 ] 中国建筑科学研究院.建筑基坑支护技术规程JGJ120 - 99. 北京中国建筑工业出版社, 1999. [2 ] 浙江省标准建筑基坑支护技术规程 DB33/T1008 - 2000. [3 ] 宁波市行业标准 宁波市软土深基坑支护设计与施工暂行技 术规定 . [4 ] 中华人民共和国原城乡建设环境保护部.建筑地基基础设计 规范GB50007 - 2002.北京中国建筑工业出版社, 1990. [5 ] 中国建筑科学研究院,等.混凝土结构设计规范 GB50010 - 2002. [6 ] 上海市标准 基坑工程设计规程 DBJ - 61 - 97. 第一作者通讯地址浙江省宁波市宝善路206号浙江省工程 勘察院 邮编 315010 34 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.