复杂边界条件下的基坑支护

司呈庆,刘新伟

(1.北京建材地质工程公司,北京 100102;2.河北省地勘局第四水文工程地质大队,河北沧州 061001）

复杂边界条件下的基坑支护

司呈庆1,刘新伟2

(1.北京建材地质工程公司,北京 100102;2.河北省地勘局第四水文工程地质大队,河北沧州 061001）

北京金融街活力中心基坑工程边界条件复杂,基坑开挖位置与现有马路距离较近,并且在基坑外侧存在较多的市政管线及电信光缆,造成施工作业面狭窄、复杂,支护施工过程风险较大。施工前对基坑周边条件详细调查,根据周边条件因地制宜地采取了桩锚支护方案,并在施工中进行重点控制,取得了良好的支护效果。介绍了支护方案及施工安全控制措施。

复杂边界基坑;基坑支护;护坡桩;锚杆;挡土墙

1 工程概况

拟建北京金融街活力中心位于北京市西城区,建筑物为4～5层商业,设3～4层地下室。基坑开挖深度15.0 m,占地面积3000 m2,位于商业核心地区。

2 工程地质、水文地质条件

2.1 工程地质条件

根据现场钻探、原位测试及室内土工试验成果,按地层沉积年代、成因类型,将场地地面以下50 m深度范围内的地层划分为人工堆积层、第四系沉积层共2大类,并按地层岩性及其物理力学性质指标进一步划分为9个大层,简述如下:

(1）人工堆积层

主要由房渣土①层,粉质粘土、粘质粉土填土①1层,炉灰①2层组成,层顶高46.69～50.56 m,杂色～黄褐色,湿～饱和。

(2）第四系沉积层

②大层:粉质粘土、重粉质粘土②层,粘质粉土、砂质粉土②1层,砂质粉土②2层组成,层顶高41.24～46.78 m,褐黄色,湿～饱和;中～低压缩性;

③大层:卵石、圆砾③层,细砂、砂粉③1层,粉质粘土、重粉质粘土③2层组成,层顶高37.18～39.57 m,褐黄色为主,湿～饱和,低压缩性;

④大层:粘质粉土、砂质粉土④层,粉质粘土、重粉质粘土④1层,粘土、重粉质粘土④2层,砂质粉土④3层组成,层顶高28.52～31.83 m,褐黄色,湿～饱和,低～中低压缩性;

⑤大层:卵石⑤层,细砂、中砂⑤1层,粉质粘土、粘质粉土⑤2层,砂质粉土⑤3层组成,层顶高28.22～30.93 m,褐黄色,湿～饱和,低～中低压缩性;

⑥大层:粉质粘土、粘质粉土⑥层,重粉质粘土、粘土⑥1层,粘质粉土、砂质粉土⑥2层组成,层顶高13.32～17.16 m,褐黄色,湿～饱和,中低～低压缩性;

⑦大层:卵石、圆砾⑦层,细砂、中砂⑦1层组成,层顶高8.22～15.06 m,杂色～褐黄色,饱和,低压缩性;

⑧大层:粘质粉土、粉质粘土⑧层,细砂⑧1层组成,层顶高2.82～3.72 m,褐黄色,湿～饱和,低压缩性;

⑨大层:卵石、圆砾⑨层,细砂、中砂⑨1层,重粉质粘土、粘土⑨2层,粉质粘土⑨3层组成,层顶高0.52～1.22 m,褐黄色,湿～饱和,低压缩性。

2.2 水文地质条件

场区内在勘探深度范围内分布3层地下水: (1）上层滞水,埋深3.7～9.25 m;(2）层间潜水:埋深15.2～18.5 m;(3）潜水:埋深20.4～25.35 m。

根据近3～5年地下水位观测资料分析,其水位年变化幅度一般为1 m左右。场区潜水天然动态类型属于渗入～径流型,主要接受地下径流补给,并以地下径流等方式排泄。从水位长期动态资料看,其水位季节变化规律一般为:5～7月水位较低,11月～来年3月水位较高,年变化幅度一般为1～3 m。

地下水对支护基本无影响。

3 场区边界条件

如图1所示,基坑为不规则的多边形,北侧边、东北侧边及东侧边与已有建筑相邻,不进行支护,基坑开挖后将相邻基础暴露出来;南侧边、西南侧边及西侧边为本次支护的主要内容,为方便叙述,支护部分大致分为南侧边及西侧边。

图1 基坑支护平面图

3.1 西侧边界条件

如图2所示,西侧地表为金融大街,结构外墙皮距离马路人行步道1.35 m,距离电信管沟1.25 m,电信管沟埋深2.0 m,宽度1.2 m;金融大街下2.0 m范围内为市政管线层,大街下4.0 m为地下交通管廊,结构外墙与管廊间距离9.2 m,管廊宽度与大街宽度同。

3.2 南侧边界条件

如图3所示,南侧地表为现有马路,结构外墙距离马路人行步道2.3 m,距离电信管沟1.43 m,电信管沟埋深1.0 m,宽度1.2 m;马路下2.0 m范围内为市政管线层,马路下4.0m为地下交通管廊,结构外墙与管廊间距离4.3 m,管廊宽度与马路同。

图2 西侧边界剖面图

图3 南侧边界剖面图

3.3 周边条件分析

从两侧边界条件看,基坑开挖位置与现有马路距离较近,并且在基坑外侧存在较多的市政管线及电信光缆,并不排除施工过程中碰到不明管线的可能,造成施工作业面狭窄、复杂,支护施工过程风险较大,一旦发生基坑失稳或过大位移,都可能引起严重的后果。

4 支护形式选择

根据基坑周边条件,基坑支护可采用的方案为内支撑方案及桩锚支护方案,经分析对比,内支撑方案存在工期长、造价高的特点,虽然不失为一种稳妥的方案,但最终选择桩锚支护作为基坑的支护方式,护坡桩采用人工挖孔桩方式成孔,作业灵活,避免对管线的破坏。

根据基坑的边界特点支护方案概述如下。

4.1 西侧支护方案(图2）

4.1.1 护坡桩

采用钢筋混凝土护坡桩,桩径“800 mm,桩距1.80 m;桩顶(连梁顶）位于-2.0 m,桩长17.8 m,嵌固深度3.8 m;桩身混凝土标号为C25;桩顶连梁500 mm×800 mm,混凝土标号为C25。

4.1.2 锚杆

设置2道锚杆,第一道锚杆设置在-5.3 m位置,一桩一锚(水平间距1.8）,锚杆长度为19.0 m (其中非锚固段长度为9 m）,锚杆直径“150 mm,锚杆倾角为40°,孔内注入水灰比为0.5的P.S.A32.5水泥浆,锚索选用4束7“5(1860级）预应力钢绞线,锚杆设计拉力值为450 kN,锁定值为300 kN,锁定在25B工字钢腰梁上;第二道设置在-10.09 m,一桩一锚(水平间距1.8 m）,锚杆长度为23.0 m (其中非锚固段长度为5 m）,锚杆直径“150 mm,锚杆倾角为30°,孔内注入水灰比为0.5的P.S.A32.5水泥浆,锚索选用5束7“5(1860级）预应力钢绞线,锚杆设计拉力值为800 kN,锁定值为400 kN,锁定在两根28B工字钢梁上。

4.1.3 挡土墙

为方便结构施工,护坡桩上部设挡土墙,挡土墙厚370 mm,高度2.0 m,轴线与护坡桩轴线一致。墙体材料采用强度MU10的灰砂砖,砂浆强度为M5。在挡土墙底部每隔2～3 m预留1个泄水口。在砖墙顶部设一道钢筋混凝土圈梁,圈梁断面尺寸为370 mm×250 mm,混凝土标号为C25,间隔2.7 m设置一道构造柱,断面尺寸为370 mm×250 mm。4.1.4 桩间支护

将桩间土修至1/2桩径部位,修平后挂钢板网并喷射3～5 cm厚的混凝土面层。钢板网厚度2 mm,网眼规格20 mm×40 mm,左右侧面按1.5 m垂直间距固定在护坡桩上。

4.2 南侧支护方案(图3）

由于该部位一定深度范围内无法进行锚杆施工,因此采用钢筋混凝土护坡桩锚+锚拉桩支护体系,以满足支护要求。

4.2.1 护坡桩

采用钢筋混凝土护坡桩,桩径“800 mm,桩距1.80 m;桩顶(连梁顶）位于地表,桩长为19.8 m,嵌固深度为3.8 m;桩顶连梁为500 mm×800 mm,混凝土标号为C25。

4.2.2 锚拉桩

采用钢筋混凝土桩,桩径“800 mm,桩距5.40 m;桩顶(连梁顶）位于地表,锚拉桩与护坡桩中心之间排距为2.15 m,桩长为19.8 m,嵌固深度为3.8 m;桩身混凝土标号为C25;桩顶连梁(包括与前排桩连梁）为500 mm×800 mm,混凝土标号为C25。桩顶连梁和护坡桩顶连梁通连接成一个整体。

4.2.3 锚杆

因地下交通管廊的限制,此部位设置一道锚杆,设置在-10.09 m位置,一桩一锚(水平间距1.8 m）,锚杆长度为22.0 m(其中非锚固段长度为5 m）,锚杆直径“150 mm,锚杆倾角为30°,孔内注入水灰比为0.5的P.O32.5水泥浆,锚索选用5束7“5(1860级）预应力钢绞线,锚杆设计拉力值为800 kN,锁定值为400 kN,锚杆锁定在2根28B工字钢上。

4.2.4 桩间支护

与西侧相同。

5 施工重点控制

本工程施工控制重点为人工挖孔桩及预应力锚杆。

5.1 人工挖孔桩

5.1.1 不明管线识别

在挖孔桩施工过程中技术员及安全员保持现场巡视,对开挖过程中遇到的不明管线进行识别,并对照管线图进行确认,如不能确认,则通知业主相关工作人员,确定后方可进行施工,防止施工对管线造成损害。在实际施工过程中,发现图纸未标识的管线有公安交通通讯电缆、备用光缆,均得到及时保护。

5.1.2 施工安全控制

挖孔桩施工过程按照操作规程进行严格控制,防止盲目快速掘进,对杂填土及渗水部位加强支护并保证足够养护时间,防止支护强度不足造成塌方;挖孔照明采用低压照明灯,并保持孔底通风,保证施工安全。

5.2 锚杆施工

5.2.1 角度控制

由于地下交通管廊的影响,施工过程中角度的控制尤为重要,通过严格的角度控制,锚杆走向均按照设计意图实现,没有对地下管廊造成伤害,并保证了锚杆的设计长度。

5.2.2 注浆控制

在锚固长度一定的条件下,注浆质量的好坏直接影响到后期的张拉锁定效果,在注浆过程中,为保证注浆效果,采用了二次压浆技术,提高了注浆质量,张拉效果良好。

5.2.3 防止钢梁滑动

由于本工程锚杆角度较大(30°～40°）,为防止钢梁的滑动,在钢梁上下两侧采用化学锚栓与护坡桩固定,有效的防止了钢梁滑动。

6 支护效果

经变形观测及日常巡视,支护结构设计合理,边坡稳定,最大边坡位移<20 mm,路面无开裂、下沉现象,对地下管线及周边建筑物无影响,既缩短了工期又满足了支护安全经济的要求,效果良好。

7 结语

随着城市建设的发展,越来越多的工程项目在用地上有着“见缝插针”的特点,项目周边环境的复杂性对基坑施工造成很大影响,甚至决定了支护的方式,因此基坑支护设计及施工工作要紧密结合实际的周边边界条件进行,因地制宜的施工方案、认真细致的施工控制是类似项目成功的两大要素。

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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

司呈庆(1976-）,男(汉族）,山东莱芜人,北京建材地质工程公司,水文地质与工程地质专业,从事岩土工程设计及施工管理工作,北京市朝阳区望京西路卷石天地大厦四层,13910312259@139.com。