中關村金融中心工程深基坑支護設計與施工

張淑莉

(中鐵建設集團有限公司,北京 100131)

1 工程概況

中關村金融中心工程位于北京市海淀區(qū)中關村西區(qū)核心位置,由塔樓、配樓和連廊3部分組成,總建筑面積為111 818 m2,其中塔樓為150 m高的全鋼結構,地上35層,地下4層,基坑開挖深度為20.28 m。

本工程地下四周為中關村西區(qū)的地下綜合管廊,且均已建設完畢。地下管廊與本工程的距離最近為1.2 m(圖1)。因此給基坑的邊坡支護從方案設計到施工均帶來了一定的困難,并對邊坡變形控制提出了嚴格的要求。

2 水文、地質(zhì)情況

2.1 地質(zhì)條件

本工程場區(qū)位于永定河沖洪積扇中上部,玉泉山麓東側(cè),地形基本平坦,地面高程在50.42～52.32 m。地基土按其工程地質(zhì)性質(zhì)自上而下為：①素填土1.0～9.8 m；②黏質(zhì)粉土1.8～4.6 m；③粉質(zhì)黏土1.8～10.9 m；④黏質(zhì)粉土3.0～4.6 m：⑤粉質(zhì)黏土0.5～6.4 m。 本工程的持力層為第5層粉質(zhì)黏土。各土層的參數(shù)見表1。

圖1 基槽開挖及與周邊結構關系 (單位：mm)

表1 土層參數(shù)

2.2 水文情況

靜止水位埋深介于18.7～22.4 m(高程32.53～28.63 m),地下水類型為潛水～微承壓水。根據(jù)勘察報告提供的資料,本場地內(nèi)還存在另兩層地下水,即于-4.0 m左右的第一層上層滯水和-12.0 m左右的第二層潛水。

3 邊坡支護方案

因周邊地下管廊結構與本工程結構距離較近、-11 m以上為周邊管廊結構的回填土,且有原周邊地下管廊施工時遺留的土釘墻,地下管廊的基底埋深約-11.5 m。因此整體設計思路為：-11 m以上采取土釘墻或挖到原地下管廊結構邊,-11 m以下采取樁錨支護。支護設計時,根據(jù)周邊建筑物的不同情況和地層參數(shù),對各邊坡分別進行計算和設計。

3.1 基坑北側(cè)

基坑北側(cè)已建地下管廊距本工程基礎底板外沿6.6～9 m,擬建建筑物基底埋深-20.28 m。先對上部土層進行分步開挖并采用土釘墻支護處理,深度為-11 m。根據(jù)施工場地勘察情況,已建地下建筑原基坑采用土釘墻支護形式,對本工程土釘墻施工造成一定影響。因此,土釘?shù)拈L度施工至已建地下建筑原土釘墻鋼筋混凝土面,在地面設置拉錨筋,間距3 m,長度盡可能加長(8～10 m)。下部采用樁錨支護,本部位邊坡預留肥槽0.8 m。

(1)-11 m以上土釘墻設計：采用瑞典條分法。設計取值為：坡頂條形荷載值=20.00 kPa,條形荷載左端點距坡面及坡頂交點的距離=5.00 m,條形荷載寬度=15.00 m,地下水埋深=30.400 m。土釘墻設計結果：土釘7層；直徑110 mm；筋體1φ22 mm；錨固體M20素漿；傾角15°；間距Sv=1.5 m、Sh=1.5 m；坡面角80°。

(2)-11 m以下樁錨設計：采用一樁一錨 。設計取值為：基坑深度=10 m,鄰土面水位距樁頂距離=11 m,鄰坑面水位距樁頂距離=11 m,地面均布荷載=50 kPa,條形荷載=190 kPa,條形荷載距樁距離=1 m,條形荷載寬度=9 m,樁嵌固深度安全系數(shù)=1.1,樁背土的摩擦系數(shù)=0.60,錨桿鋼筋安全系數(shù)=1.4,錨固長度安全系數(shù)=1.4,錨桿抗拉強度=1 860 MPa,錨桿鉆孔直徑=0.15 m。樁錨設計結果為：梁頂高程為-11.0 m,護坡樁直徑1 000 mm、間距1.7 m,一樁一錨間距1.7 m,錨筋體4×7φ5 mm(圖2)。

圖2 北側(cè)樁錨支護結構(單位：mm)

3.2 基坑東側(cè)

基坑東側(cè)已建地下建筑基底埋深在-10.5～-11.6 m,本工程結構外延部分距已建管廊最近處僅1.4 m。上部為回填土層,采用土釘墻支護,土釘長度到原支護結構表面為止,地面設拉筋,拉筋長度約10 m。下部采用樁錨(一樁一錨)支護,預留肥槽0.8 m(結構外擴部分預留0.3 m肥槽)。土釘墻的參數(shù)與北側(cè)基本相同。-11 m以下樁錨設計荷載、設計計算時按-11.5 m計算。設計參數(shù)為：基坑深度=10.6 m,條形荷載寬度=5 m,其他設計參數(shù)同北側(cè)。樁錨設計結果見圖3。

圖3 東側(cè)結構外擴部分支護結構(單位：mm)

3.3 基坑南側(cè)

基坑南側(cè)邊坡已建地下建筑基底埋深在-11.7 m,距擬建建筑物基礎底板外沿2.0 m,最近處僅1.2 m。因此上部土層全部挖除,挖土深度為11.0 m。下部采用樁錨支護,本部位邊坡留50 cm肥槽,設計參數(shù)為：基坑深度=10 m,條形荷載寬度=9 m,其他設計參數(shù)同北側(cè)。樁錨設計結果見圖4。

3.4 基坑西側(cè)

基坑西側(cè)已建地下管廊基底埋深在-11.5 m,距本工程基礎底板外沿約在7.2～20 m,為基坑四周場地最大的一側(cè),因此將此部位作為基坑的土方和機械出入的外坡道,坡道底留高4～5 m、長度為10 m的出土平臺?；舆吰赂鶕?jù)不同位置分別進行計算。各部位具體支護形式見圖5～圖8。

圖5 西側(cè)坡道支護剖面(單位：mm)

圖6 西側(cè)平臺護坡樁B區(qū)支護立面(單位：mm)

圖7 西側(cè)坡道內(nèi)側(cè)(Ⅳ區(qū))樁錨支護結構(單位：mm)

圖8 西側(cè)平臺護坡樁(A區(qū))支護立面(單位：mm)

(1)坡道內(nèi)側(cè)基坑邊坡：上部采用土釘墻支護形式。下部采用樁錨支護形式。本計算按支護深度最大計算。土釘墻支護設計時,考慮頂部2.0 m土層作為坡道挖除,行車在支護邊線1 m以外行駛,土釘墻最大支護高度5.0 m,土釘墻設計施工參數(shù)同坡道外側(cè)Ⅰ區(qū)土釘墻設計,土釘長度根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整,第1、2層土釘長度至已建地下建筑原土釘墻鋼筋混凝土面。護坡樁從-7.0 m處開始施工。邊坡預留肥槽0.8 m,結構外延部分留肥槽0.3 m。

(2)坡道平臺支護：出土平臺高程為8.626 m,坡道外側(cè)土方全部進行挖除。坡道處采用護坡樁支護,護坡樁從-11.65 m處開始施工,少量坡道用土釘墻施工。

4 主要施工技術

4.1 土釘墻施工

(1)與挖土的配合：土方開挖采用“中心島”式開挖,先沿基坑邊線指定位置開挖,開挖寬度不小于10 m,坑中間的土便自然形成了“孤立島”,給土釘墻的施工創(chuàng)造出作業(yè)面,然后再配合土釘墻分步開挖。每次開挖深度及范圍以施工方便為原則。挖至土釘位置的0.5 m以下,嚴禁邊坡超挖。若發(fā)現(xiàn)開挖后,在未進行支護前,有坑壁坍塌現(xiàn)象,即采取分段跳挖的形式來施工,以提高土體自穩(wěn)高度,保證土釘墻質(zhì)量。

(2)工藝流程見圖9。

圖9 土釘墻施工工藝流程

①修坡：對挖掘后的邊坡需用人工進行修整,確保邊坡的立面角和壁面的平整度。當遇有上層滯水影響時或土層分界處,要在坡面上每隔1 m插放一個瀉水孔,疏導滯水以免其影響坡面的穩(wěn)定。

②鉆孔：鉆孔前應根據(jù)施工設計圖確定孔位,誤差不大于100 mm。采用人工洛陽鏟成孔,成孔直徑110 mm。鉆孔允許偏差：成孔間距±100 mm；成孔深度+200 mm、-50 mm；成孔直徑+20 mm、-5 mm；鉆孔傾角誤差不大于3°。

③土釘制作與安放：每隔2～3 m焊接對中支架,保證鋼筋處于鉆孔中心部位。水泥砂漿強度標號為M20,水灰比≤0.5。采用兩次注漿工藝,分注漿和壓漿兩個階段。注漿壓力為0.4 MPa。

④土釘端部焊接：土釘端部加強筋、鋼筋網(wǎng)相互焊接。各鋼筋的位置由里向外是：鋼筋網(wǎng)、水平垂直加強筋、土釘端頭彎勾鎖定筋。

⑤噴混凝土：噴混凝土的強度等級為C20,對于易坍落土層,土釘安裝好后隨修坡隨噴。噴射混凝土完成后應至少養(yǎng)護7 d。

4.2 護坡樁施工

(1)因周邊結構與護坡樁距離近,且本工程基坑降水為管井降水,在南側(cè)和東側(cè)凸出部位與護坡樁交錯布置,為保證護坡樁的成孔質(zhì)量,采用意大利R-518型旋挖鉆機成孔。

(2)護坡樁主要施工流程：定位放線→鉆機就位→干孔鉆進→遇水攪拌泥漿→繼續(xù)鉆進→提斗至地面→卸土→成孔→測量孔深→提鉆、鉆機移位→吊放鋼筋籠→下放澆筑混凝土導管→邊澆筑混凝土邊泵吸泥漿→澆筑混凝土至設計高程→成樁養(yǎng)護。

①旋挖鉆機成孔：成孔設備就位時必須平正、穩(wěn)固,旋挖鉆機可通過自動調(diào)控裝置來調(diào)節(jié)。下設護筒內(nèi)徑不小于110 cm；本工程護筒埋深3.0～4.0 m。護筒中心與樁的中心偏差不得大于5 cm,護筒傾斜度不大于1%。施工時及時檢查鉆頭磨損情況,補焊鉆頭,保證孔徑的要求；鉆機具有自動檢測鉆孔深度的功能,但為了解沉渣厚度,再用測繩復測孔深；鉆進過程中,鉆機手隨時注意垂直控制儀表,以控制鉆桿垂直度,保證孔垂直度1%的要求；終孔前應控制取土器提升速度,防止塌孔。

②成孔、棄渣清除及外運：采用旋挖鉆進工藝,成孔棄渣隨鉆具提升集中在孔口,及時安排專人清理集中棄渣。

③鋼筋籠安放：起吊點位置設置在籠兩端的1/4處,以防鋼筋籠起吊變形過大。吊放鋼筋籠時,注意主筋方向,鋼筋籠綁扎時要在籠子同一側(cè)涂有明顯標志。鋼筋籠要求垂直入孔,不得碰孔壁。

④混凝土灌注：混凝土采用導管法連續(xù)灌注,避免灌注過程中對孔壁的沖刷,導管為法蘭盤連接。導管底口與孔底距離控制在0.5 m左右。為保證混凝土灌注質(zhì)量,可以將導管插入混凝土面1～2.0 m深度。隨混凝土灌注高度的上升,盡量連續(xù)不間斷,并保證單樁灌入量。

⑤樁間土護壁：為保證坡頂穩(wěn)定,防止樁間土自然坍落,進行掛網(wǎng)抹漿處理,用4 cm×8 cm鋼絲網(wǎng),噴50 mm厚C20碎石混凝土。

(3)錨桿施工流程：鉆機就位→校正孔位調(diào)整角度→鉆孔至設計孔深→安放錨索→灌漿→二次注漿→養(yǎng)護→安裝腰梁、錨頭→張拉鎖定。

①按照設計要求制作錨桿體,保證桿體長度；注漿管與錨桿體綁扎牢固；錨索要順直,自由段要套聚乙烯防護套。錨索的表面應設置定位器,定位器的間距,在錨固段為2.0 m,在自由段為4.0 m。

②灌漿：灌漿水泥宜用32.5級普通硅酸鹽水泥,水灰比0.4～0.5。采用二次灌漿法,注漿管端距孔底150 mm,灌注時,管口要始終埋在砂漿中,待漿液灌滿后,封堵孔口,以0.4～0.6 MPa壓力補漿,穩(wěn)壓數(shù)分鐘。

③錨桿張拉： 加工異型支撐板,調(diào)整角度,使腰梁承壓面在同一平面上,保證與錨桿作用力方向垂直。承壓面應平整并與錨桿軸線方向垂直。

④錨桿灌漿后,待錨固體強度達到設計強度80%,即可進行預應力張拉,預應力值一般為設計錨固力的75%～80%,分級加載,當錨索預應力沒有明顯衰減時,可鎖定錨桿。鎖定后如有明顯應力損失時,應進行補償張拉。張拉加荷分級及加荷速率按規(guī)范進行。

5 結語

本工程基槽深、作業(yè)面窄小、周邊環(huán)境復雜、邊坡土質(zhì)較差,通過采用土釘墻和大直徑護坡樁,并結合合理的降水和土方開挖方法,施工速度快,40 d完成了全部8萬m3土方的開挖、邊坡支護工作。在整個結構施工期間,邊坡安全穩(wěn)定,邊坡頂部水平位移最大15 mm,周邊建筑物、管線的最大位移均在5 mm以內(nèi),基坑上地表面沒有可見裂縫出現(xiàn)，達到了一級基坑的質(zhì)量標準。

[1]GB50330—2002,建筑邊坡工程技術規(guī)程[S].

[2]GB50021—2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3]JGJ120—99,建筑基坑工程檢測技術規(guī)范[S].

[4]JGJ50497—2009,建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范[S].

[5]DB11/489—2007,建筑基坑支護技術規(guī)程[S].