浅析金港名都深基坑的设计与施工技术

所属栏目：建筑设计论文
发布时间：2011-02-26 14:48:21  更新时间：2022-04-08 14:53:35

　　摘要：在施工条件极其复杂的地段，因地制宜，对深基坑的支护结构与施工技术进行优化。

　　关键词：深基坑支护土钉墙施工优化

　　一、工程概况

　　本工程为金港•名都商住楼、住宅楼及沿街公建工程，工程位于黄海一路与海滨三路交汇以东，北与友谊商店隔路相望，西与海天宾馆相邻，由日照港(集团)有限公司建设，威海设计院设计，日照港建筑安装工程有限公司施工的高层住宅楼。该单位工程共计七栋高层住宅楼及地下车库和沿街商铺组成。其中1#楼、3#楼住宅楼主楼16层地下2层，结构高度为52.20M，高宽比为3.0，结构形式采用剪力墙结构，裙楼采用框架结构;2#住宅楼地上18层，地下二层，结构高度58米，宽高比5.0结构形式采用剪力墙结构;4#、5#住宅楼地上11层，地下二层，结构高度33.65米，宽高比3.0，结构形式采用剪力墙结构;6#、7#住宅楼地上9层，地下2层，结构高度28.15米，宽高比2.6，结构形式采用剪力墙结构;商铺地上3层，地下1层，纵向长度96.60米，设置变形缝结构形式采用框架架构;地下车库采用框架结构;该建筑物总长度为142.15m，建筑物总宽度111.55m，建筑总面积73363平方米地下车库将各栋楼的地下二层连为一体，因此该工程基槽采用大开挖。

　　二、场地岩土工程条件

　　1、地形地貌

　　拟建工程原为日照港建港指挥部大院，原有建筑物已经拆除，地貌单元为黄海陆域丘陵地貌。

　　2、岩土工程条件

　　根据日照市勘察测绘院提供的《金港名都商住区岩土工程勘察报告》显示，该工程地基土层自上而下，主要土层为：

　　2.1杂填土(Q4ml)：杂色，松散，湿，主要由粘性土，建筑垃圾组成。厚度为1.00-3.80m，平均厚度为1.20m

　　2.2砾质粘性土(Q3el)：黄褐色，、硬塑，刃面粗糙，干硬度中等，韧性中等，无摇振反映，含少量铁锰结核及其氧化物，砺砂含量20-30%，砾砂成分为石英、长石，呈次棱角状，该层与下层成过渡关系，该层整个场地均有分部，厚度为0.50m-1.00m，平均厚度0.70m。

　　2.3强风化岩(K)：灰白-黄褐色，湿，很密实，原岩结构清晰，长石及暗色矿物风化强烈，风化裂缝很发育，具粗粒结构，块状结构，矿物成分以石英，长石为主;岩芯扰动易碎呈砾砂装，风化程度有上而下逐渐变弱，强度由下而上逐渐提高，岩石质量指标RQD属极差;该岩体坚硬程度为软岩，岩体完整程度为破碎;岩体基本质量等级为Ⅴ级。

　　厚度1.30m-5.40m，平均厚度为3.20m

　　2.4微风化花岗岩(K)：浅肉红-灰白色，粗理结构，块状结构，矿物成分以石英长石为主，钾长石晶形完整，矿物成分风化轻微，岩心质密、新鲜、坚硬;岩心采取率达95%，岩心呈圆柱状。岩体基本质量等级为II级，岩石属坚硬石。

　　3、地下水位

　　根据勘察报告，场地地下水类型为第四系空隙潜水，勘察期间地下水埋深2.90～3.60m.该工程底槽底标高为-7.40m，自然地坪标高为-6.00m，因此土方开挖制-4.50m以后，采用井点降水的办法开始降水，直到工程完成，回填土完成后，终止井点降水。

　　4、基坑周边环境条件

　　基坑东侧距离已有建筑最近约20m,西侧距离以有建筑最近约8m，北侧基坑开挖基本不受影响，南侧距离以有建筑最近约26m。根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)第3.1.3条及《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)第7.1.7条，本工程侧壁安全等级可按二级考虑。

　　三、基坑支护方案设计

　　1、根据收集到的资料，结合《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)的有关规定，针对场地工程地质、水文地质条件、基坑开挖深度及周边环境情况以及当地建筑经验，经多方案分析比较，确定在基坑四周采用土钉墙支护结构。

　　2、设计依据

　　(1)《金港•名都商住区岩土工程勘察报告》;

　　(2)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99);

　　(3)《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002);

　　(4)《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001);

　　(5)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);

　　3、设计参数的选取

　　3.1锚杆参数设计

　　由于基坑环境不同，深度不同，将基坑边壁共分成7类进行支护，采用极限平衡法计算分析基坑边壁整体稳定性和锚杆参数。

　　计算条件：

　　①锚杆支护后的基坑边壁滑移面为数螺旋曲线

　　②考虑土体为变形体，锚杆同时受到抗拉和抗剪作用

　　③荷载为土体自重、地面建材堆载15KN/m，30吨砼罐车、北侧楼房等对基坑边壁产生的侧向压力，不考虑地下静水压力作用。

　　④计算极限平衡条件下所需总锚固力和总不平衡力矩

　　⑤分析局部稳定性、施工过程稳定性和整体稳定性。

　　3.2网喷砼护面设计

　　网喷砼护面的作用主要是限制锚杆之间土体的变形，将土体侧压力有效地传递给锚杆，并调整相邻锚杆的受力状态。根据全长注浆锚杆的受力分析，锚头和面层受力较小，面层的厚高不必太厚。

　　各类支护网喷砼护面参数为：

　　Ⅰ-Ⅲ类支护：网筋Φ6@200×200,喷层厚度Ⅰ、Ⅱ类为8.0cm，Ⅲ类为6.0cm，强度C20。

　　Ⅳ-Ⅵ类支护：钢筋Φ6@200×200，喷层厚度6.0cm，强度C20。

　　Ⅶ类支护，网筋Φ6@250×250，喷层厚度5.0cm，强度C20。

　　喷射砼配合比为：水泥：砂：石：水=1：2：2：0.4

　　3.3注浆设计

　　因为注浆砂浆体的强度远比土体强度为高，因此土层锚杆设计中砂浆体强度不是控制参数。

　　锚杆注浆全部采用孔底加压注浆，注浆压力为0.5mPa，对于松散地层注浆压力为1.0-1.5Mpa。

　　注浆配合比：水泥：砂：水=1：0.5：0.45，并加三乙醇胺等。

　　设计计算参数主要根据该场地的岩石工程勘察报告，缺少的部分参数依据当地建筑经验及上述规范取值，土体与锚固体的极限摩阻力标准值依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)第4.4.3条有关规定并结合当地工程经验综合取值，设计计算中采用的各地层的主要岩土指标如下表1：

　　表1基坑设计计算参数

　　层号 岩土名称 重度(KN/m3) 粘聚力(kpa) 内摩擦角(°) 土体与锚固体极限摩擦力标准值(kpa) 平均厚度(m)

　　1 杂填土 20.1 5 12 18 1.20

　　2 砾质粘性土 20.0 15 120 0.70

　　3 强风化花岗岩 20.5 30 200 3.20

　　3.4基坑支护方案

　　确定在基坑四周采用土钉墙支护结构。放坡角度以75°为宜。

　　道土钉参数如下：

　　序号 标高m 水平间距(m) 入射角(°) 钻孔直径(mm) 设计长度(m) 拉筋直径(mm) 备注

　　1 -1.5 1.5 15 110 4.0 1二级20 钢筋网材料为一级6.5盘圆编网，网距0.25

　　2 -3.0 1.5 15 110 4.0 1二级20

　　2道土钉均用二级16加强筋进行连接，土钉选用二级20mm钢筋一根。坡顶面距离坡面2.0m处设置一道竖直土钉，材料为二级20mm钢筋。

　　3.5设计说明及技术要求

　　1).基坑支护工程采用独立坐标系统，假定自然地面为±0.00m。

　　2).锚孔内灌注纯水泥浆，水泥采用R32.5普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.45-0.55，其强度等级M10。

　　3).挂网采用一级6.5盘圆编网，网距0.25m。为固定编网，土钉之间用二级16加强筋进行连接，与土钉间采用焊接。喷射砼厚度80～100mm，强度C20。

　　4).基坑顶边外线2.00m范围内禁止行车及堆放材料。

　　5).加强施工用水及地表水的管理工作。杜绝基坑周围水管及地表水的入渗。严禁基坑地面附近出现积水和基坑内积水，并应在坑底设置排水沟及集水坑。

　　6).基坑周边要进行地面硬化处理，樱花宽度以不小于4m为宜。

　　3.6施工注意事项

　　1).开挖过程中如果发现地质资料同勘察报告不符合或者地下管线、构筑物、尤其是上下水管等情况与设计条件差异较大时，应及时对设计方案进行核实，并进行方案调整。

　　2).基坑开挖前应提前降水并测量地下水位，确保边坡及坑底无明流。

　　3).基坑应配合土钉分层分段进行开挖，不得超挖，发现异常情况及时采取措施。

　　四、具体施工措施

　　土方喷锚支护的施工流程为：制锚→开挖基坑→钻孔送锚→注浆→修坡编网筋→喷射砼→开挖下层土

　　1.制锚

　　锚杆体：Φ22和钢管Φ48。

　　技术质量要求：锚长允许误差-20cm;锚杆体每隔3-4m做对中架;锚杆体(钢筋)搭焊长度≥5d，双面焊。

　　2.开挖

　　喷锚网支护的特点是边开挖边支护。为保证基坑边壁在开挖工程中土体应力场和应变场不产生过大变化，因此，对土方开挖有严格要求，挖土必须分层分段开挖。

　　3.钻孔

　　用洛阳铲和空气冲击钻成孔。

　　技术质量要求：孔径大于14cm;孔深允许误差-20cm;打设角一般为3°-8°;孔位迂障碍物时允许变动。

　　4.注浆

　　一般为底部注浆。

　　技术质量要求：配比为水泥：砂：水=1：0.5：0.45，并加三乙醇胺0.3‰;注浆压力大于0.5Mpa水泥普425#、中细砂。

　　5.修坡面

　　注浆后进行修坡面，使坡面平整。严格控制坡面到地下室墙体距离。

　　6.编网及焊接

　　技术质量要求：网筋Φ6@200×200,Φ6为Ⅰ级钢;网筋搭焊长度≥10cm,多于3个焊点;锚头"井"字型,25×25cm,焊接充满空隙

　　7.喷射砼护面

　　技术质量要求:材料:普通425#水泥、中砂、碎石或豆石(粒径小于15cm);配合比:水泥:砂:石:水=1：2：2：0.4，冬期加3%速凝剂(水泥重量比);配料的搅拌，上料后水砂石经过喷浆机和输送料管混合，即可达到均拌的目的。

　　砼强度C20;喷射前坡面作喷射厚度标记，喷射砼面层厚度为8cm、6cm、5cm三种。喷射砼面层每天浇水养护2-3次，养护7天。

　　8.开挖下层

　　开挖下层土方时间与上层喷射砼强度、注浆强度、地质条件，边壁位移量有关，一般上层砼面层喷射24-36小时后方可进行下层开挖。

　　基坑开挖监控。

　　五、施工监测

　　基坑工程开挖监控是基坑工程施工中的一个重要环节，根据本工程的实际情况，结合现行规范规定，本基坑工程监控项目主要包括：

　　1.基坑变形监测

　　(1)基坑开挖及使用过程中必须对边坡进行水平位移观测，观测点沿基坑周边布置，观测点间距为30.00m，且每侧不少于3点。

　　(2)在基坑东侧已有建筑物上设置沉降观测点，每个建筑物不少于4个。

　　(3)基坑最大允许变形值根据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》的要求进行。

　　基坑变形的监控值(cm)

　　基坑类别 围护结构墙顶位移监控值 围护结构墙体最大位移监控值 地面最大沉降监控值

　　二级基坑 6 8 6

　　(4)当位移量超出键控制时，应及时停止挖土，查找原因修改设计方案。

　　2.检测时限及要求

　　基坑开挖过程中，各监测项目每天检测2次，监测指标趋于稳定后，每天可检测1次。当变形较大或出现异常情况时，应增加监测密度。已有建筑物设置的沉降观测点前2天开始观测。

　　六、几点施工经验与体会

　　1.本基坑设计分层开挖，采用坑外坡道与坑内坡道相结合的方法运土，据分析每次开挖的最大高度取决于该土体可以稳定而不破坏的能力,砂性土一般不要超过2.0米，粘性土可增大一些。开挖土方和土钉墙施工是个不可分割的整体，必须相互配合，严格按设计分层开挖。

　　2.基坑开挖前应对降水效果进行检查，并应自备发电机组，防止意外停电，以保证基坑内降水效果。

　　3.通过现场跟踪监测，沉降和位移量超过预警值，且边坡位移继续加大时，应立即停止开挖，并及时采取回填、卸载或其他可靠措施。

　　4.当边坡土体塌落时，可利用木板支挡或砌置砖墙挡土。坡面渗水时可在坡面设置一定量的泄水管进行排水。

　　5.排水措施

　　在坡顶和坡脚必须设置排水措施，以免地面积水流入基坑，坑内积水流向坡脚，以确保土钉墙的安全。

　　参考文献：

　　1、林宗元主编《岩土工程治理手册》，辽宁科学技术出版社，1993年;

　　2、黄运飞编著《深基坑工程实用技术》，兵器工业出版社，1996年。转