成都某深基坑支护设计实例

张 伟

(中冶集团武汉勘察研究院有限公司 湖北武汉 430080)

1 前言

随着高层建筑越来越多,高层建筑的基础埋置深度也越来越深。因此,基坑支护成为比较突出的问题。越来越多的支护方式在深基坑工程实践中得以产生和发展。每种方式都有其特定的适用范围及相应的优缺点。实践证明,深基坑开挖中如果安全系数不足,造成深基坑坑壁失稳,其后果不堪设想;如果安全系数过大,也将造成巨大浪费。为了找到安全、经济的最佳契合点,往往需要扬长避短、因地制宜地采用深基坑支护形式。

2 工程概况

某工程于成都市成仁路与晨辉路交汇处,设计采用独立柱基础,框架结构,主楼为11层,裙楼为2层,基坑开挖深度为5m,地下稳定水位为2.6～5.2m。

3 场地工程地质条件概述

场地土层自上而下依次为:

(1)人工填土

①杂填土:褐灰色、灰黑色等,结构松散,由建筑垃圾等构成,层厚:0.4～2.3m。

②素填土:褐灰色、褐黄色,稍密,以粉质粘土为主。

(2)冲洪积层

粉质粘土(Q3al+pl):褐黄色,软塑～硬塑。分两个亚层:粉质粘土①:硬塑～坚硬,厚0.6～3.5m,承载力特征值fak=200kPa;粉质粘土②:可塑,厚0.7～1.8m,承载力特征值fak=100kPa。

粉土:黄褐、褐灰色,中密～密室为主,厚度0.30～5.10m,承载力特征值fak=120kPa。

粉砂:褐黄、松散,层厚0.40～2.40m,承载力特征值fak=90kPa。

中砂:褐灰色,松散,层厚0.70～2.20m,承载力特征值fak=110kPa。

圆砾:褐灰 、褐黄色 ,稍密 ,层厚 0.3～4.3m,承载力特征值fak=200kPa。

卵石:黄褐、黄灰色,卵石分三个亚层:稍密卵石,承载力特征值fak=350kPa;中密卵石,承载力特征值fak=550kPa;密实卵石,承载力特征值fak=800kPa。

泥岩:紫红色,强风化层:承载力特征值fak=350kPa;中风化层:承载力特征值fak=800kPa。

(3)地下水

地下水类型为第四系孔隙潜水,地下稳定水位为2.6～5.2m。

4 基坑喷锚支护设计

4.1 基坑支护技术要求及支护结构选型

该基坑安全等级为三级,场地平均标高-0.40m。基坑周边距建筑物较远,基坑变形要求为:围护结构墙顶位移监控值≤80mm,围护结构墙体最大位移监控值≤100mm,地面最大沉降监控值≤100mm。

根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质条件,结合成都市11月进入降雨量较少的施工季节,该基坑支护结构采用喷锚支护(土钉墙支护)。

4.2 喷锚支护(土钉墙支护)设计参数取值(表1)

表1 喷锚支护设计参数取值

4.3 喷锚支护(土钉墙支护)设计

喷锚支护设计包括土钉设计和墙面设计。

4.3.1土钉设计

土钉杆体制作:土钉材料采用φ48钢管,应用QC-150型气动冲击锚杆机将φ48钢管一次冲击入地层中。在土层中施工的土钉杆体上钻一定数量的灌浆孔的同时焊接一定数量的钢筋倒刺,土钉杆体的头部用钢筋焊接成锥体;在卵石层中施工的土钉杆体上同样钻一定数量的灌浆孔,土钉杆体的头部焊接专用锥体锚头;土钉杆体长度不够,用钢筋绑焊牢固。

土钉长度、杆筋、间距及布置方式:

土钉立面采用矩型布置。

Ti=[(q+γHi)Kai-2c Kai1/2]·Sx·Sy

式中:Ti——第i个土钉所受的土压力(kN);

q——地面附加荷载(10kN/m2);

γ——土的重度(kN/m3);

Hi——第i个土钉的高度(m);

Kai=tg2(45o-φ/2);

Kai1/2=tg(45o-φ/2);

Sx——土钉横向间距(m);

Sy——土钉纵向间距(m);

c——土的内聚力(k Pa);

土钉抗拉承载力设计值:

Tui=3.14DLbiqs

式中:Tui——第i个土钉滑裂面外的抗拔力(kN);

D——钻孔直径(m);

Lbi——第i个土钉伸入滑裂面外稳定区长度(m);

qs——土钉砂浆与土体间各层土的粘结强度(kN/m2);

参数取值按规范并参照表1,结合同类工程施工经验综合确定,

基坑喷锚支护共设计3排土钉。土钉长度计算及设计长度见表2。

表2 土钉设计计算表

4.3.2 墙层设计

墙面采用喷射混凝土与钢筋网组成的钢筋混凝土板结构型式。土方开挖时,应确保喷锚支护作业面平整,垂直,并清除破面虚土。

喷射混凝土采用细石混凝土,强度等级为C20,混凝土配合比为灰 ∶砂 ∶石 =1∶2∶2,水泥为32.5R普通硅酸盐水泥。

喷射混凝土厚度:喷射支护面的厚度为60～80mm。

墙面钢筋网构造:网筋采用φ6@250钢筋绑扎而成。横向加强筋第一排采用φ14螺纹钢筋,锚杆端部与加强筋采用焊接连接,为了增加面板的整体强度,纵向加强筋均采用φ14螺纹钢筋与锚杆焊接,纵横间距同锚杆间距。

墙面钢筋网及喷射混凝土施工时,地面沿基坑周边包边500mm,采用喷射混凝土进行封闭。坑底沿基坑周边墙面钢筋网及喷射混凝土应低于基底开挖标高200mm。

构造要求:土钉墙墙面坡度不宜大于1∶0.1,设计按1∶0.15放坡;土钉必须和面层有效连接,采用加强钢筋与土钉焊接牢固;墙面上下钢筋网搭接长度大于300mm。

5 基坑支护效果

该基坑按设计要求进行喷锚支护施工。在施工开挖过程中,基坑顶部的侧向位移与当时的开挖深度之比如超过2～5%数值时,应密切加强观察并及时对支护采取加固措施。当发现基坑顶位移超标,地面裂缝较大时,土钉墙部分应采用加密土钉或打预应力土钉的方法解决,桩锚支护部分采用补打锚杆的方法补救,严防事态扩大。喷锚支护施工结束后,经测量基坑变形符合设计,成功解决了该深基坑的支护问题,确保了施工质量和安全,取得了良好的效果。

1 建筑基坑支护技术规程.JGJ120-99

2 建筑地基基础设计规范.GBJ50007-2002

3 建筑桩基技术规范.JGJ94-94

4 土层锚杆设计规范.CECS22:90

5 建筑边坡工程技术规范.GB50330-2002

6 长沙市挡土墙及基坑支护工程设计.施工与验收规程.DB43/009-1999