深基坑支护工程施工方法及质量控制.docx
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深基坑支护工程施工方法及质量控制
深基坑支护工程施工方法及质量控制
江苏嘉越工程项目管理有限公司□苏继利孔强
【摘要】本文介绍了环境较为复杂的深基坑工程支护方案设计、施工及质量控制。
【关键词】深基坑支护设计施工质量控制
1、工程概况:
常州大酒店拟建三层地下停车场,该工程位于常州市区晋陵中路东的常州大酒店南侧,拟建三层地下停车场四个方向均有已建建筑物。
其东侧为水泵房和咖啡厅;西侧为洗衣房和旅游大厦;南侧为B号楼;北侧为康乐宫大酒店、水池和7号楼;与拟建建筑物最近距离为2.3m至18.7m,已建建筑物基础埋深2.0m至6.0m。
拟建地下停车场基坑开挖深为10.5m至15m,基坑支护周长约340m。
2、现场水文地质条件:
2.1.地形地貌:
拟建场地属长江下游三角洲冲积平原,为长江三角洲边缘地层;地形较为平坦,地面标高在6.020~6.620之间。
2.2.工程地质条件:
根据地质勘探报告,土层自上而下情况如下:
①杂填土;②粘土;③粉质粘土夹粉土;④粉土;⑤-1粉砂;⑤-2粉细砂;⑥粘土。
2.2.水文地质条件:
拟建场地属长江下游三角洲冲积平原,地形平坦,古河床发育,地下埋藏浅,场地内有二层地下水:
即上层滞水、第I承压含水层。
①上层滞水:
主要赋存于①层杂填土中,水量小,受大气降水及生活废水补给,水位受季节性影响。
其水位一般为地表以下1.50m左右。
水位年变化幅度1.0m。
②第I承压含水层:
上段主要赋存于④层粉土、⑤-1粉砂、⑤-2粉细砂地层中,水位一般为地表以下2.8~3.0m,水位年变化幅度1.0~1.5m;下段主要赋存于⑧-1粉砂夹粉土、⑧-3粉砂层中,该层不主要补给源为大运河水、长江水的侧向补给及上层滞水的垂直补给,排泄于人工开采。
对工程影响最大的地下水为第I承压含水层的上段,据本场地稳定流抽水试验资料,该段含水层渗透系数K=1.75m/d,影响半径R=179.6m。
根据常年水文站资料,本地区历史最高水位为1931年的3.700m;1991年最高洪水位为3.630m;常州市抗洪水位为3.900m(均为黄海高程)。
该场地内地下水褐土混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性,不需采取防范措施。
基坑开挖与支护设计参数见下表1。
基坑开挖与支护设计参数表1
层号
土层名称
土的天然容重rk(KN/m3)
土的抗剪强度
(直剪快剪)
土体与锚固体极限摩阻力标准值
qs(Kpa)
压缩模量
Es
(Mpa)
渗透系数K
m/d
液性指数
IL
孔隙率
eo
内聚力
Ck(Kpa)
内摩擦角
¢k(度)
①
杂填土
(19.0)
(15.0)
(15.0)
(3.0)
(3.5)
②
粘土
19.5
68.3
12.3
70
9.5
0.23
③
粉质粘土夹粉土
19.3
36.8
10.2
60
9.0
1.75
0.775
④
粉土
18.8
12.0
21.9
50
9.5
0.887
⑤-1
粉砂
18.4
6.3
28.0
55
11.5
0.899
⑤-2
粉细砂
18.3
10.2
29.8
70
17,0
0.905
⑥
粘土
19.2
104.6
1.8
75
11.2
0.21
注:
括号内数字为地区经验值。
3、施工方案设计
3.1.施工段划分:
由于该工程周围都有已建建筑物,情况不一,经现场勘查和分析,决定基坑开挖深度分为二个区域,支护结构采用复合土钉墙和局部采用钻孔灌注桩加土层锚杆方案,坑内降水采用管井。
根据开挖深度及不同地段土层情况,分为AB段及东侧咖啡厅加固、BC段、CD段、DE段、EF段、FA段六段进行设计和施工。
工程周边环境情况见下表2。
工程周边环境表2
方位
建(构)筑物名称
基础特征
与拟建建筑物最近距离(m)
形式
底板埋深(m)
北
康乐宫大酒店(17层)
桩基础
约6.0
18.7
水池
天然地基
约4.0
2.3
7号楼(4~5层)
天然地基
约2.0
11.0
东
水泵房
天然地基
约2.0
3.0
咖啡厅(2层)
天然地基
约2.0
13.0
南
B号楼(25层)
桩基础
约6.0
4.0
西
洗衣房(2层)
天然地基
约2.0
13.0
旅游大厦(7层)
天然地基
约4.5
8.38
3.1.1.AB段及东侧咖啡厅钉锚计算和加固
3.1.1.1.AB段土钉锚计算
(1)基本参数
基坑挖深-15.00m,设计为Φ800@1000L22000钻孔灌注桩,设三道拉锚,土锚倾角15°,地面超载取29Kpa,地下水位取-2.50m。
(2)地层参数见下表3。
地层参数表3
土层号
厚度(m)
重度(KN/m3)
粘聚力(Kpa)
内摩擦角(度)
锚固体与摩阻力(Kpa)
计算方式
①
3.6
(19.0)
(15.0)
(15.0)
(3.0)
合算
②
3.3
19.5
68.3
12.3
70
合算
③
0.6
19.3
36.8
10.2
60
合算
④
1.6
18.8
12.0
21.9
50
合算
⑤-1
4.6
18.4
6.3
28.0
55
分算
⑤-2
6.3
18.3
10.2
29.8
70
分算
(3)计算模式及规程土压力图见下图1。
圆心坐标(m):
X=12.40Y=6.54R=18.5
图1
(4)计算成果见下图2。
图2
(5)计算结果见下表4。
抗倾覆安全系数
整体稳定性安全系数
抗隆起安全系数
隆起量
抗管涌安全系数
最大位移值(mm)
配筋
普朗德尔
太沙基
1.291
2.446
4.127
4.891
0
3.577
-2.3
18Φ22
(6)位移计算
位移计算采用有限元法计算,计算结果见下图3。
图3AB段位移计算简图([水平、竖向]向上向右为正,单位:
mm)
3.1.1.2.AB段及东侧咖啡厅加固
(1)AB段:
土方开挖深度15.0m,采用钻孔灌注桩及土层锚杆方案,设计为Φ800@1000L22000灌注桩,配18Φ22主筋,Φ8@200箍筋,每2m设一道Φ14加强筋,混凝土强度为C25。
桩顶设800×600压顶梁,配10Φ22及2Φ14主筋,Φ8@200及Φ8@400箍筋,混凝土强度为C25。
桩间采用压密注浆止水,设计为Φ50@1000L5000,采用纯水泥浆液,控制压力为0.2Mpa,每米水泥用量为100kg。
另分别在6m、9m、12m处设三排Φ150@1000L12000~20000土锚,配筋为1Φ28~1Φ32,土锚倾角15°,土锚成孔后注入纯水泥浆,每米水泥用量为75kg。
(2)东侧咖啡厅加固:
设计为Φ800@1400L22000支护桩,锚桩为Φ800@1400L11000,配18Φ22主筋,Φ8@200箍筋,每2m设一道Φ14加强筋,混凝土强度为C25。
压顶梁、桩间压密注浆及-6m土锚同AB段。
-6m以上设计为Φ50@1400L4000管钉,-6m以下设五排Φ150@1400L9000土锚,配筋为1Φ32,土锚倾角15°,土锚成孔后注入纯水泥浆,每米水泥用量为75kg。
3.1.2.BC段、CD段、DE段、EF段、FA段钉锚计算和加固的计算方法、步骤同上(此处略)。
3.2.深、浅基坑(-10.5~-15m)过渡段边坡的支护:
按1:
0.5放坡,自坡下-11.5m起布设三层土钉,纵横间距1200×1000,土钉均为1Φ22L3000,铺设1目金属网,加焊Φ6.5@500双向筋,喷射混凝土厚度为100mm,配合比为:
水泥:
黄砂:
石子:
水=1:
2.2:
2.5:
0.5。
3.3.坡顶止水及加固:
坡顶布设单排搅拌桩,设计为Φ700@500L5000,水泥掺入比为15%,水灰比0.55,深搅拌桩无法施工地段,布设双排Φ50@1000L5000压密注浆,排距700mm,注浆参数同AB段。
3.4.基坑降水系统计算:
3.4.1.水文地质条件基参数
基坑挖深10.8~15.5m,计算范围:
长105m,宽78m,水位埋深=2.50m,含水层厚度(m)=13.0m,水位降深(S)=13.5m,水头高度(H)=17.5m,h=H-S=5.0m,渗透系数(K)=1.75/d。
计算模型:
承压―――潜水完整井,基坑运离水体。
见图4(图4略)。
3.4.2.基坑涌水量计算:
(1)管井实际需要降深(S0)按下式计算:
S0=S+i﹡b=13.5+0.1×15=15m
式中:
S---水位降深;i---水力坡降取1/10;b---井间距之半(m)
(2)影响半径(R)按下式计算:
(3)基坑等效半径(r0)按下式计算:
r0=0.29﹡(a+b)=0.29×(105+78)=53.07≈54m
式中:
a、b分别为基坑的长、短边。
(4)基坑涌水量(Q)计算:
基坑总涌水量(Q)按承压---潜水完整井公式进行计算:
3.4.3.管井数量(n)计算:
n=1.1Q/q=1.1×1486/80=20.43≈21(口)
单井出水量(q)考虑到目前能放入Φ300水泥井管中的潜水泵额定出水能力为6m3/h,现根据降深及抽水条件按60%效率进行计算得:
q=6×0.60×24=86.4m3/d,取80m3/d。
根据布井得可行性及降深要求,实际布井27口,大于设计值,满足要求。
3.4.4.基坑降水
因本基坑下部揭露的地层为粉土和粉砂地层,故应采取降水措施。
降水主要采用管井降水方案,管井设计深度为20m,成孔直径为Φ600,下入Φ360水泥管,其中下部三节为滤管,上部二节为普管,成井后周边投入1~2mm的砾砂,上部4m段回填粘土。
成井后应立即进行抽水,抽水至水清无砂后方可停泵待用。
经综合考虑本工程共设计管井27口,具体位置详见附图因本基坑降水深度已接近含水层底板,受水跃值的影响,基坑底部的残余水头很难疏干,必要时可采用轻型井点或辐射水平管进行抽水。
3.5.地面沉降预测
按承压水非稳定流雅各布公式进行计算:
式中:
ΔS---沉降值(m)ΔΡ---承压水压力变化值(Mpa)
u---储水系数r---单位面积比重(Mpa)
θ---孔隙度H---含水层变化厚度(m)
β---水弹性体积模量得倒数
该公式根据虎克定律,在弹性限度内,应变与应力成正比,而在弹性承压含水层中,地层的压缩主要取决于储水系数的变化。
在抽水过程中,由于承压压力的下降,地面就会产生沉降,该公式就是根据这一原理推导出来的。
现以降水井距旅游大厦最近距离约5.0m处,水力坡度按1/10进行推算,该处的水位降深为14.0m。
按上式计算得:
ΔS=0.017≈0.02(m)
由上式计算可知,降水后引起得地面沉降对邻近建筑不会造成危害。
3.6.基坑设计工作量汇总表:
序号
类型
规格
单位
数量
1
土层锚杆
Φ150@1000L6000
根
98
Φ150@1000L8000
根
103
Φ150@1000L9000
根
950
Φ150@1000L12000
根
559
Φ150@1000(1400)L16000
根
33
2
土钉
Φ48@1000L6000
根
512
Φ48@1500L4500
根
167
3
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