广州某商业城深基坑支护技术.doc

广州 城深基坑支护技术广州 商业城位于广州市中山五路与解放中路交界处。主楼26层，地下室4层，总建筑面积12.6万m2，采用混凝土框剪结构，其基坑开挖深度1618 m，需支护段长达240 m。 1场区地质和水文条件 根据勘探报告，场区工程地质情况自上而下依次为： (1) 杂填土层，厚0.006.75 m； (2) 淤泥质土层，厚2.003.70 m； (3) 冲洪积层，厚2.704.30 m； (4) 残积粉土层，厚1.459.00 m； (5) 基岩埋深一般为相对标高16.30018.200 m，依次为强风化、中风化和微风化。 场地地下水较贫乏，主要为上层滞水，其余为第四纪孔隙水和风化岩裂隙水，地下水位为1.0 5.5 m。 2基坑支护设计条件 基坑支护平面如图1所示。 图1 商业城基坑支护平面图 北侧平行基坑边线距离2 m为中山五路路面，其东面紧贴地铁箱体，西边为地铁盾构，aa1段紧靠地铁公园前站及盾构隧道，边线距地铁盾构最小距离仅9.0 m，a1b段靠近解放路一侧，与盾构距离大于14.0 m。西侧平行基坑边线7 m为解放中路路面。南侧环绕基坑边线约7.5 m有一条电缆沟，电缆沟外25 m为一排学校建筑物。东侧紧贴基坑为百汇广场基坑人工挖孔桩护壁(百汇广场地下室已施工完毕)。基坑西边和南边已施工深层摆喷止水帷幕。 3支护方案选择 由于本工程基坑周边条件较复杂，需采用多种支护方式 东侧利用百汇广场(地下室4层)支护桩作基坑护壁，其底板垫层标高17.000 m，与中旅商业城深度基本一致，支护桩径1.5 m，长2930 m，因百汇广场地下室已施工完毕，故不需做内支撑。 北侧东边利用地铁箱体作支护，西部aa1段地铁盾构要求基坑支护桩顶侧位移2 cm，故采用直径3.1 m(含护壁3.5 m)的空心悬臂桩作支护，桩长30 m。a1b段采用桩锚支护方案，采用桩径1.2 m(含护壁1.5 m)、长25 m密排人工挖孔桩加锚杆(一桩一锚)的支护形式。 西段与南段根据工程地质条件和周边环境情况复杂，又无放坡条件，无内支撑条件，及基坑周边已施工止水帷幕等特点，采用钢管桩、普通锚杆、预应力锚杆及锚喷网和已有的止水帷幕组成综合支护。 4基坑开挖对临近建筑物影响分析 4.1 东侧基坑开挖对百汇广场的影响分析 百汇广场采用逆作法施工，地下室外墙为挖掘式连续墙(即跳挖搭接的人工挖孔桩)已施工，中旅商业城基坑开挖时，其主楼已施工至20层，地下室已大致施工完毕。主要应分析基坑开挖后，百汇广场在其结构自重、风荷载及单侧水、土压力作用下，结构的内力、位移变化。要精确地分析复杂又费时，因此进行了以下简化： (1) 简化空间框架筒体体系为按变形协调的多组平面框架结构； (2) 采用全量(即不考虑施工过程)的模型计算； (3) 分析影响时，地面以上的结构只取3层，3层以上的结构简化为荷载处理； (4) 采用结构、基础、地基共同作用的模型计算，将土结构及土、桩间的共同作用简化为弹簧。 根据以上简化，取百汇广场一条轴线框架为计算对象，考虑结构自重、风荷载及单侧的水、土压力作用，可算出构件的弯矩、轴力和剪力图。根据此内力图可分析出结构受开挖影响的水平位移：百汇广场0.000标高处的水平位移约8.7 mm，楼顶水平位移约9.6 mm。当考虑侧壁摩阻力时(经计算侧摩阻力约4 500 kN)，0.000标高处水平位移约4.5 mm，楼顶水平位移约4.55.5 mm。因此，基坑开挖时百汇广场整体结构安全。 4.2 基坑开挖对地铁车站的影响分析 基坑开挖对地铁车站的影响分析主要包括两个方面。一是地铁南边基坑开挖时，地铁北边支护第一、二排锚杆已切断，为满足车站北侧通道施工需要，部分水、土压力转移作用到地铁结构上，应分析水平不对称荷载达到最大时的车站结构的受力；二是基坑开挖后，车站南边临空时的基础稳定性分析。 4.2.1 车站结构的受力及位移分析将地铁的横向无梁楼盖结构简化为等代框架结构，由于不对称水平力主要是横向的，因此按平面框架结构进行分析，取框架计算宽度为1.3 m，中间立柱的面积与刚度则按宽度比例摊分。 计算得出的结构总受力和各构件的截面承载力设计值显示主构件的内力均不超过其承载力设计值，据此还可算出地铁结构产生的南侧最大水平位移(1.8 cm)发生在顶板处，符合地铁箱体的位移控制要求 4.2.2 车站基础稳定性及位移分析 当基坑开挖至设计标高时，车站南侧基础持力层形成一个高度为0.6 m的边坡，其底板的受力可根据计算求得。 因地基为强风化或中风化，故近似地以朗金滑裂线进行分析，当为强风化时，边坡稳定安全系数V1=1.80，当为中风化时V1=3.70。因此两种情况下边坡均是稳定的，基坑开挖到底时，地铁基础临空面的水平位移最大为1.39 mm。 综上所述，当基坑开挖到底时，结构的受力及位移均能满足设计要求，故地铁结构安全。为进一步确保安全，在箱体南侧边坡垂直面做喷浆处理，以确保地铁车站地基的稳定。 5支护结构设计 5.1 北侧西段 aa1段为空心桩，取支护结构在单位宽度的刚度和荷载进行分析，计算时采用集中力弹簧模型，利用增量法考虑基坑的开挖施工过程，水、土压力分算。考虑地下水位较低，另在考虑自重时，通过在桩顶施加一与重力作用等效的水平集中力来计入支护结构自重作用。计算结果：空心桩单位宽度承受弯矩为3843 kNm，桩顶位移为15.2 mm，桩配筋弯矩为17 486 kNm，实际配筋为72 28。 a1b段采用常规分析方法，取单桩进行受力分析，经计算桩身承受最大弯矩为1 209 kNm，桩顶最大位移约16 mm，实际配筋采用3225沿桩周均匀布置，锚杆设计抗拔力为1350 kN，预张拉力为1 100 kN，采用标准强度为1 860 MPa的7j5高强钢绞线，锚杆全长20 m，锚杆下倾角15，采用150 mm钻孔。 5.2 西侧及南侧采用钢管桩、预应力锚杆和锚喷网支护，钢管桩长2026 m，其上部两排锚杆设计抗拔力为150 kN/根，采用普通锚杆，主筋为128钢筋，锚杆长20 m，中部4排锚杆，设计抗拔力为250300 kN/根，下部4排锚杆，设计抗拔力为350 kN/根，。锚杆均采用3束7j5钢绞线，见图2。 图2 锚杆支护图 (a)锚杆剖面示意图；(b)非预应力锚杆锚头大样图；(c)预应力锚杆锚头大样图 6基坑支护施工 6.1 ab段人工挖孔桩施工 为考虑出土道路及基坑土侧压力，此段挖孔桩分两批施工，跳桩开挖。施工工艺流程为：测量放线定桩位挖土护壁、凿岩、爆破成孔验收封底混凝土绑钢筋笼(孔内成型)浇筑混凝土施工桩压顶梁。 ab段地面18.000 m以下为中风化岩，需进行爆破掘进，a1b段可用常规爆破方式，aa1段紧靠地铁盾构，允许振速不得超过2 cm/s，常规爆破方式明显不适用，静态爆破又严重拖延工期，故采用风钻打眼，少药量爆破掏槽，静态破碎剂破岩掘桩方案。 爆破掏槽共7个炮眼，每孔装药11.3卷，同段药量0.150.225 kg，爆破深度达0.5 m以上；再在周边钻孔装破碎剂进行静态爆破，在破碎剂膨胀、破岩应力增大后再次爆破中间槽腔(药量同前)，从而尽可能扩大膨胀自由面。爆震实测显示，单响药量在0.225 kg时，盾构振速为1.5 cm/s，且每日循环进度可达1.0 m，取得了预期效果。 6.2 西边及南边锚杆施工 施工顺序为：分层分段开挖土层锚索制作，修坡，锚杆施工(成孔)下锚杆注浆及二次高压注浆，挂网喷混凝土槽钢制作安装、焊承压板锚杆张拉锚定。 施工机具采用国产HD70、HD90、C6共3台锚杆机，国产300型油压地质钻机3台，风动锚杆机3台，分段倒班作业。 7基坑施工监测及结果 本工程监测项目较多，共进行了沉降观测、位移观测、土体水平位移量测、锚杆位移量测、地铁盾构倾斜观测和地下水位变化量测。量测后及时对各种监测数据进行整理分析，及时反馈，以指导施工。本工程结构施工至0.000时，各种观测数据与允许值对比如表1所示。 表1 施工监测项目对比表表1 施工监测项目对比表监测项目实测最大值Vn(允许值)地表沉降(mm)27.8830.00桩顶及土体水平位移(mm)19.0030.00地面建筑物沉降(mm)169.90260.2020.00地铁结构位移(沉降、水平位移)(mm)14.0020.00锚杆受力(kN)243(设计 监测项目实测最大值Vn(允许值) 地表沉降(mm)27.8830.00 桩顶及土体水平位移(mm)19.0030.00 地面建筑物沉降(mm)169.90 260.2020.00 地铁结构位移(沉降、水平位移)(mm)14.0020.00 锚杆受力(kN)243(设计抗拔力值的81)设计抗拔力值的90。 注：建筑物沉降最大为4号楼，见表中1、2，其余均在允许值范围内，但该建筑物是相对均匀沉降，地下室施工完后，对该建筑物本身结构无任何损坏。 由于本工程支护方案设计充分考虑了基坑周边情况，因地制宜采取了不同的支护方案，特别是利用了地铁箱体和百汇广场的支护，降低了成本，提高了工效并保证了安全。