复杂环境下大面积基坑开挖支护技术研究

2020-03-19 09:05
建筑机械化 2020年1期
关键词:排桩边线降水

(中铁十六局集团第四工程有限公司,北京 101400)

基坑工程涉及土力学中强度、变形、稳定性及岩土与支护的相互作用等问题,是一个综合性的岩土工程难题[1~3]。在当前的城市布局中,城市道路、建筑、管线等分布集中,基坑的开挖伴随着管线保护、周边建筑物保护等问题[4]。而施工现场往往不具备大面积放坡支护,因此,如何在有限的空间内,在保证基坑的稳定性的前提下,尽量减少对周边环境的扰动,成为业内的热点问题之一[5]。

1 工程概况

宜春市东方红小区(C21)建设工程项目位于江西省宜春市,其基坑周长约950m,开挖面积约54 621m2,为不规则多边形,开挖深度4.50~5.30m,基坑内部局部高差0.8m。基坑位置及平面形状见图1。

图1 基坑位置及平面形状示意图

拟建场地根据钻探揭露,按其成因类型及地层时代,地层可分为第四系全新统人工填土层Q4ml、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)、第四系中更新统坡洪积层(Q4dl+pl)、二叠系下统茅口组(P1m)。中等风化灰岩呈无规律随机分布。基坑范围内地下水类型主要为3 种类型,分别是上层滞水、松散岩类孔隙水和岩溶裂隙水。

结合现场踏勘结果,自地下室边线至3 倍基坑开挖深度范围内,场地东侧道路为平安东路,城市次干道,路宽10m,道路两侧分布雨水、污水管网,污水管管径500mm,距地下室边线10.5m,雨水管管径800~1 500mm,距离拟建地下室边线20.5m。管线埋深2.5~3.9m。场地西侧为在建磡上小区。场地北侧道路为袁州大道(宜新路),城市主干道,道路宽42.0m。道路路缘石距离拟建地下室边线10.40m。袁州大道道路两侧路面下埋设雨水、污水管网。污水管管径500mm,距离拟建地下室边线13.8m,雨水管管径1 500mm,距离拟建地下室边线17.0~18.0m,管线埋深3.7~4.5m,沿拟建场地围墙分布电力电缆,距离拟建地下室边线4.0~5.0m,埋深约2.5m。

2 工程难点分析

1)本工程基坑局部开挖深度较大 最大开挖深度达5.3m,属深基坑二级危险源[6],支护结构本身的稳定性及强度要求较高。

2)环境保护要求高 拟建场地东、南、北侧周边管线距离较近。管线较多,支护难度较大。

3)基坑开挖深度 影响深度内主要有孔隙潜水,赋存在卵石层中的第四系孔隙水,距坑底较近,对基坑开挖影响较大[7]。

3 基坑开挖支护方案研究

3.1 方案设计原则

基坑施工,不仅要确保基坑的开挖支护安全以及周边构建筑物、管线的安全,还要考虑施工便利性及经济型及工期,如何在业主规定的工期内,保质保量地完成工程,同时还要提高工程的经济性,是一个完整的系统工程。

因此,在设计时,要根据工程的客观条件,采用合适的支护形式,完成对基坑的开挖与支护。设计原则如下。

1)安全可靠 安全是前提,必须保证。

2)技术可行 安全可靠的技术措施有多种,但在实际工程中,要根据工程的特点,因地制宜、因人制宜、因材制宜,采用成熟的技术措施,保证工程的质量。

3)经济合理、方便施工 基坑开挖不仅需要考虑安全可靠,技术可行,同时也要考虑经济性、便利性,因从整个工程建设的角度出发,综合各方面因素,物尽其用,人尽其才,综合各种因素,择优而定。

3.2 方案比选

通过综合考虑本工程的特点,并根据业主的具体要求,本着“安全可靠,经济合理,技术可行,方便施工”的原则,经过细致分析、计算和方案比较,本基坑分段设计方案确定如下。

1)围护结构 根据基坑开挖深度、工程地质以及周围环境条件,结合地区基坑支护经验,可选择的围护结构有:排桩、SMW 工法桩、土钉墙,比选结果如表1 所示。

表1 维护结构比选表

2)地下水控制系统 本工程基坑开挖深度最大5.3m,地下水位高于基坑底、水位降深约2~3m,如采取密闭止水帷幕,造价太高不经济。由于基坑揭露含水层主要为卵石层,地下水位降低对该土层沉降影响较小。故可以不考虑密闭止水帷幕。但由于地下水为高于基坑底,可采用管径降水降低基坑内地下水位,保证土方开挖时坑底干燥。另外需在坑内、坑顶设置排水沟,组织地表水。

3)支护方案比选结果 经过上述比选,结果如下:①本工程北侧东侧、南侧段支护深度4.50~5.30m,采用“单排悬臂排桩”支护;②本工程南侧西侧段支护深度4.50m,周边环境简单,经技术、经济对比,该段采用“土钉墙”支护;③地下水控制系统:坑内采用管井井点降水,另外坑顶、坑底设置排水沟组织地表明水。

4 基坑支护结构设计

根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)有关规定,本基坑采用理正基坑支护设计软件F-SPW7.0 进行设计计算。

4.1 “单排悬臂排桩”支护结构设计

图2 基坑计算模型示意图(单位:m)

根据已往工程经验,“悬臂排桩支护”参数拟采用前后排桩径0.9m,桩间距1.2m,排桩顶设置冠梁,尺寸1.0m×0.8m。取基坑开挖深度最大处(5.3m)进行设计验算(图2)。土层具体参数如表2 所示。

表2 土层参数表

根据理正基坑支护设计软件计算结果,对基坑支护结构内力位移、地表沉降、整体稳定性等进行分析,结果如图3~图7 所示。

通过计算可得出以下结论。

1)基坑整体稳定安全系数Ks=1.549>1.30,满足规范要求。

2)基坑Kov=1.237>=1.200,满足规范抗倾覆要求。

3)支护底部Ks=2.664 ≥1.600,抗隆起稳定性满足,基坑深度25.320 处Ks=4.333 ≥1.600,抗隆起稳定性满足。

4)基坑突涌稳定安全系数K=1.399>Kh=1.10,基坑底部土抗承压水头稳定。

5)嵌固深度Ld=7.5m,满足构造要求、抗倾覆要求、整体滑动稳定性要求及抗隆起稳定性要求。

图3 内力位移包络图

图4 地表沉降图

图5 整体稳定验算图

图6 抗隆起验算图(单位:m)

4.2 地下水控制系统研究

场地地下水位埋深较浅且水量较小,水位降深较小,不考虑采用密闭式止水帷幕,基坑内以管井降水井,保证作业面满足要求。

图7 突涌稳定性验算图

1)管井降水井 在基坑内部,按照间距35~40m 布置降水井,以降低地下水位,满足土石方施工和主体结构施工要求,降水井孔径500mm,滤管为直径300mm 的PVC 管,井底入基岩面不少于1.0m,要求降水至基坑底以下1m。

2)截、排水系统 在基坑坡顶外侧约1m 处设置截水沟,拦截地表雨水,排入附近排水系统;坡底设置集水井,间距25~30m,用于收集坡脚排水沟内的积水,再利用水泵抽排,排入市政排水系统。

5 结语

本文依托宜春市东方红小区深大基坑工程,通过充分考虑周围环境及地质条件后,采用“单排悬臂排桩”支护与土钉墙支护组合支护技术及管井降水与排水沟组合排水方式,主要结论如下。

1)通过理正基坑支护设计软件F-SPW7.0计算,当采用前后排桩径0.9m,桩间距1.2m,排桩顶设置1.0m×0.8m 冠梁时,基坑桩身位移、地表沉降、整体稳定、抗倾覆、抗隆起均满足设计要求。

2)基坑内采用管井降水井,坑顶、坑底设置排水沟组织地表明水,既可保证施工安全,又可为施工提供足够的作业面。

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