復雜邊界條件下的基坑支護

司呈慶,劉新偉

(1.北京建材地質工程公司,北京 100102;2.河北省地勘局第四水文工程地質大隊,河北滄州 061001）

復雜邊界條件下的基坑支護

司呈慶1,劉新偉2

(1.北京建材地質工程公司,北京 100102;2.河北省地勘局第四水文工程地質大隊,河北滄州 061001）

北京金融街活力中心基坑工程邊界條件復雜,基坑開挖位置與現(xiàn)有馬路距離較近,并且在基坑外側存在較多的市政管線及電信光纜,造成施工作業(yè)面狹窄、復雜,支護施工過程風險較大。施工前對基坑周邊條件詳細調查,根據(jù)周邊條件因地制宜地采取了樁錨支護方案,并在施工中進行重點控制,取得了良好的支護效果。介紹了支護方案及施工安全控制措施。

復雜邊界基坑;基坑支護;護坡樁;錨桿;擋土墻

1 工程概況

擬建北京金融街活力中心位于北京市西城區(qū),建筑物為4～5層商業(yè),設3～4層地下室?；娱_挖深度15.0 m,占地面積3000 m2,位于商業(yè)核心地區(qū)。

2 工程地質、水文地質條件

2.1 工程地質條件

根據(jù)現(xiàn)場鉆探、原位測試及室內土工試驗成果,按地層沉積年代、成因類型,將場地地面以下50 m深度范圍內的地層劃分為人工堆積層、第四系沉積層共2大類,并按地層巖性及其物理力學性質指標進一步劃分為9個大層,簡述如下:

(1）人工堆積層

主要由房渣土①層,粉質粘土、粘質粉土填土①1層,爐灰①2層組成,層頂高46.69～50.56 m,雜色～黃褐色,濕～飽和。

(2）第四系沉積層

②大層:粉質粘土、重粉質粘土②層,粘質粉土、砂質粉土②1層,砂質粉土②2層組成,層頂高41.24～46.78 m,褐黃色,濕～飽和;中～低壓縮性;

③大層:卵石、圓礫③層,細砂、砂粉③1層,粉質粘土、重粉質粘土③2層組成,層頂高37.18～39.57 m,褐黃色為主,濕～飽和,低壓縮性;

④大層:粘質粉土、砂質粉土④層,粉質粘土、重粉質粘土④1層,粘土、重粉質粘土④2層,砂質粉土④3層組成,層頂高28.52～31.83 m,褐黃色,濕～飽和,低～中低壓縮性;

⑤大層:卵石⑤層,細砂、中砂⑤1層,粉質粘土、粘質粉土⑤2層,砂質粉土⑤3層組成,層頂高28.22～30.93 m,褐黃色,濕～飽和,低～中低壓縮性;

⑥大層:粉質粘土、粘質粉土⑥層,重粉質粘土、粘土⑥1層,粘質粉土、砂質粉土⑥2層組成,層頂高13.32～17.16 m,褐黃色,濕～飽和,中低～低壓縮性;

⑦大層:卵石、圓礫⑦層,細砂、中砂⑦1層組成,層頂高8.22～15.06 m,雜色～褐黃色,飽和,低壓縮性;

⑧大層:粘質粉土、粉質粘土⑧層,細砂⑧1層組成,層頂高2.82～3.72 m,褐黃色,濕～飽和,低壓縮性;

⑨大層:卵石、圓礫⑨層,細砂、中砂⑨1層,重粉質粘土、粘土⑨2層,粉質粘土⑨3層組成,層頂高0.52～1.22 m,褐黃色,濕～飽和,低壓縮性。

2.2 水文地質條件

場區(qū)內在勘探深度范圍內分布3層地下水: (1）上層滯水,埋深3.7～9.25 m;(2）層間潛水:埋深15.2～18.5 m;(3）潛水:埋深20.4～25.35 m。

根據(jù)近3～5年地下水位觀測資料分析,其水位年變化幅度一般為1 m左右。場區(qū)潛水天然動態(tài)類型屬于滲入～徑流型,主要接受地下徑流補給,并以地下徑流等方式排泄。從水位長期動態(tài)資料看,其水位季節(jié)變化規(guī)律一般為:5～7月水位較低,11月～來年3月水位較高,年變化幅度一般為1～3 m。

地下水對支護基本無影響。

3 場區(qū)邊界條件

如圖1所示,基坑為不規(guī)則的多邊形,北側邊、東北側邊及東側邊與已有建筑相鄰,不進行支護,基坑開挖后將相鄰基礎暴露出來;南側邊、西南側邊及西側邊為本次支護的主要內容,為方便敘述,支護部分大致分為南側邊及西側邊。

圖1 基坑支護平面圖

3.1 西側邊界條件

如圖2所示,西側地表為金融大街,結構外墻皮距離馬路人行步道1.35 m,距離電信管溝1.25 m,電信管溝埋深2.0 m,寬度1.2 m;金融大街下2.0 m范圍內為市政管線層,大街下4.0 m為地下交通管廊,結構外墻與管廊間距離9.2 m,管廊寬度與大街寬度同。

3.2 南側邊界條件

如圖3所示,南側地表為現(xiàn)有馬路,結構外墻距離馬路人行步道2.3 m,距離電信管溝1.43 m,電信管溝埋深1.0 m,寬度1.2 m;馬路下2.0 m范圍內為市政管線層,馬路下4.0m為地下交通管廊,結構外墻與管廊間距離4.3 m,管廊寬度與馬路同。

圖2 西側邊界剖面圖

圖3 南側邊界剖面圖

3.3 周邊條件分析

從兩側邊界條件看,基坑開挖位置與現(xiàn)有馬路距離較近,并且在基坑外側存在較多的市政管線及電信光纜,并不排除施工過程中碰到不明管線的可能,造成施工作業(yè)面狹窄、復雜,支護施工過程風險較大,一旦發(fā)生基坑失穩(wěn)或過大位移,都可能引起嚴重的后果。

4 支護形式選擇

根據(jù)基坑周邊條件,基坑支護可采用的方案為內支撐方案及樁錨支護方案,經(jīng)分析對比,內支撐方案存在工期長、造價高的特點,雖然不失為一種穩(wěn)妥的方案,但最終選擇樁錨支護作為基坑的支護方式,護坡樁采用人工挖孔樁方式成孔,作業(yè)靈活,避免對管線的破壞。

根據(jù)基坑的邊界特點支護方案概述如下。

4.1 西側支護方案(圖2）

4.1.1 護坡樁

采用鋼筋混凝土護坡樁,樁徑“800 mm,樁距1.80 m;樁頂(連梁頂）位于-2.0 m,樁長17.8 m,嵌固深度3.8 m;樁身混凝土標號為C25;樁頂連梁500 mm×800 mm,混凝土標號為C25。

4.1.2 錨桿

設置2道錨桿,第一道錨桿設置在-5.3 m位置,一樁一錨(水平間距1.8）,錨桿長度為19.0 m (其中非錨固段長度為9 m）,錨桿直徑“150 mm,錨桿傾角為40°,孔內注入水灰比為0.5的P.S.A32.5水泥漿,錨索選用4束7“5(1860級）預應力鋼絞線,錨桿設計拉力值為450 kN,鎖定值為300 kN,鎖定在25B工字鋼腰梁上;第二道設置在-10.09 m,一樁一錨(水平間距1.8 m）,錨桿長度為23.0 m (其中非錨固段長度為5 m）,錨桿直徑“150 mm,錨桿傾角為30°,孔內注入水灰比為0.5的P.S.A32.5水泥漿,錨索選用5束7“5(1860級）預應力鋼絞線,錨桿設計拉力值為800 kN,鎖定值為400 kN,鎖定在兩根28B工字鋼梁上。

4.1.3 擋土墻

為方便結構施工,護坡樁上部設擋土墻,擋土墻厚370 mm,高度2.0 m,軸線與護坡樁軸線一致。墻體材料采用強度MU10的灰砂磚,砂漿強度為M5。在擋土墻底部每隔2～3 m預留1個泄水口。在磚墻頂部設一道鋼筋混凝土圈梁,圈梁斷面尺寸為370 mm×250 mm,混凝土標號為C25,間隔2.7 m設置一道構造柱,斷面尺寸為370 mm×250 mm。4.1.4 樁間支護

將樁間土修至1/2樁徑部位,修平后掛鋼板網(wǎng)并噴射3～5 cm厚的混凝土面層。鋼板網(wǎng)厚度2 mm,網(wǎng)眼規(guī)格20 mm×40 mm,左右側面按1.5 m垂直間距固定在護坡樁上。

4.2 南側支護方案(圖3）

由于該部位一定深度范圍內無法進行錨桿施工,因此采用鋼筋混凝土護坡樁錨+錨拉樁支護體系,以滿足支護要求。

4.2.1 護坡樁

采用鋼筋混凝土護坡樁,樁徑“800 mm,樁距1.80 m;樁頂(連梁頂）位于地表,樁長為19.8 m,嵌固深度為3.8 m;樁頂連梁為500 mm×800 mm,混凝土標號為C25。

4.2.2 錨拉樁

采用鋼筋混凝土樁,樁徑“800 mm,樁距5.40 m;樁頂(連梁頂）位于地表,錨拉樁與護坡樁中心之間排距為2.15 m,樁長為19.8 m,嵌固深度為3.8 m;樁身混凝土標號為C25;樁頂連梁(包括與前排樁連梁）為500 mm×800 mm,混凝土標號為C25。樁頂連梁和護坡樁頂連梁通連接成一個整體。

4.2.3 錨桿

因地下交通管廊的限制,此部位設置一道錨桿,設置在-10.09 m位置,一樁一錨(水平間距1.8 m）,錨桿長度為22.0 m(其中非錨固段長度為5 m）,錨桿直徑“150 mm,錨桿傾角為30°,孔內注入水灰比為0.5的P.O32.5水泥漿,錨索選用5束7“5(1860級）預應力鋼絞線,錨桿設計拉力值為800 kN,鎖定值為400 kN,錨桿鎖定在2根28B工字鋼上。

4.2.4 樁間支護

與西側相同。

5 施工重點控制

本工程施工控制重點為人工挖孔樁及預應力錨桿。

5.1 人工挖孔樁

5.1.1 不明管線識別

在挖孔樁施工過程中技術員及安全員保持現(xiàn)場巡視,對開挖過程中遇到的不明管線進行識別,并對照管線圖進行確認,如不能確認,則通知業(yè)主相關工作人員,確定后方可進行施工,防止施工對管線造成損害。在實際施工過程中,發(fā)現(xiàn)圖紙未標識的管線有公安交通通訊電纜、備用光纜,均得到及時保護。

5.1.2 施工安全控制

挖孔樁施工過程按照操作規(guī)程進行嚴格控制,防止盲目快速掘進,對雜填土及滲水部位加強支護并保證足夠養(yǎng)護時間,防止支護強度不足造成塌方;挖孔照明采用低壓照明燈,并保持孔底通風,保證施工安全。

5.2 錨桿施工

5.2.1 角度控制

由于地下交通管廊的影響,施工過程中角度的控制尤為重要,通過嚴格的角度控制,錨桿走向均按照設計意圖實現(xiàn),沒有對地下管廊造成傷害,并保證了錨桿的設計長度。

5.2.2 注漿控制

在錨固長度一定的條件下,注漿質量的好壞直接影響到后期的張拉鎖定效果,在注漿過程中,為保證注漿效果,采用了二次壓漿技術,提高了注漿質量,張拉效果良好。

5.2.3 防止鋼梁滑動

由于本工程錨桿角度較大(30°～40°）,為防止鋼梁的滑動,在鋼梁上下兩側采用化學錨栓與護坡樁固定,有效的防止了鋼梁滑動。

6 支護效果

經(jīng)變形觀測及日常巡視,支護結構設計合理,邊坡穩(wěn)定,最大邊坡位移<20 mm,路面無開裂、下沉現(xiàn)象,對地下管線及周邊建筑物無影響,既縮短了工期又滿足了支護安全經(jīng)濟的要求,效果良好。

7 結語

隨著城市建設的發(fā)展,越來越多的工程項目在用地上有著“見縫插針”的特點,項目周邊環(huán)境的復雜性對基坑施工造成很大影響,甚至決定了支護的方式,因此基坑支護設計及施工工作要緊密結合實際的周邊邊界條件進行,因地制宜的施工方案、認真細致的施工控制是類似項目成功的兩大要素。

[1] 顧曉魯,錢鴻縉,劉惠珊.地基與基礎(第三版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[2] 尉希成.支擋結構設計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 1997.

[3] 張克恭,劉松玉.土力學[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2001.

[4] 陳禮儀,胥建華.巖土工程施工技術[M].四川成都:四川大學出版社,2008.

[5] 彭振斌,陳昌富.錨固工程設計計算與施工[M].湖北武漢:中國地質大學出版社,1997.

Support of Foundation Pit with Complex Boundary

SI Cheng-qing1,LIU Xin-wei2(1.Beijing Building Material Geotechnical Engineering Company,Beijing 100102,China;2.No.4 Team of Hydrogeology and Engineering Geology,He-bei ProvincialBureau of Geo-exploration andMineralDevelopment,Cangzhou Hebei 061001,China）

The paper introduced a foundation pit project with complex boundary conditions of with existing street nearby, much municipal pipeline and telecom optical cable on lateral side.Pile-anchor support design wasmade based on the de-tailed survey on boundary conditionswith main controlling in the construction,supporting effectwas satisfied.The support-ing design and construction safety controlmeasureswere presented.

foundation pitwith complex boundary;foundation pit support;slope protection pile;bolt;retainingwall

TU473.2

:A

:1672-7428(2010）12-0058-03

2010-05-05

司呈慶(1976-）,男(漢族）,山東萊蕪人,北京建材地質工程公司,水文地質與工程地質專業(yè),從事巖土工程設計及施工管理工作,北京市朝陽區(qū)望京西路卷石天地大廈四層,13910312259@139.com。