多種支護在一個深基坑工程中的運用

1、多種支護在一個深基坑工程中的運用摘 要 :介紹了廣州地鐵三號線林和西站南端基坑支護 設(shè)計 ,探討多種支護在同一個深基坑中工程的運用。關(guān)鍵詞 地鐵 ;林和西站 ;基坑 ;支護近年來隨著 經(jīng)濟 的 發(fā)展 ,我國的城市建設(shè)發(fā)展也異 常迅速。從高層、超高層建筑到城市軌道 交通 建設(shè) ,相關(guān)的 地下工程越來越多 ,涌現(xiàn)出了大量的深基坑工程?；娱_挖的施工工藝一般有兩種 :放坡開挖 （無支護開挖 ） 和在支護體系下開挖 （ 有支護開挖 ）。放坡開挖既簡單又經(jīng)濟 , 一般在條件具備時優(yōu)先選用。但 目前 深基坑工程大多是在 市內(nèi)修建 ,基坑較深而場地往往又比較狹小 ,不具備放坡開挖 條件 ,通常均采用有支護開

2、挖。根據(jù)不同的地質(zhì)情況與現(xiàn)場邊 界條件 ,有支護開挖時基坑工程的支護形式多種多樣, 常用的有:水泥土圍護結(jié)構(gòu)、鋼板樁、鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、地,對下連續(xù)墻及土釘支護等。從施工簡便及結(jié)構(gòu)設(shè)計方面考慮一個基坑一般采用一種基坑支護形式; 但根據(jù)實際情況有時候也會有多種支護同時運用于一個基坑的情況。以廣州地鐵 三號線林和西站南端基坑設(shè)計為例, 探討多種支護型式在同一基坑中的運用。1 工程概況廣州地鐵三號線林和西站位于天河區(qū)天河北路與林和 西路形成的丁字路口處 , 是一個明暗挖結(jié)合的地下兩層車站 車站主要由南北兩個明挖基坑組成。由于車站使用功能的需 要,南端基坑設(shè)計為在平面和立面都很不規(guī)則的形狀。2

3、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)2.1 工程地質(zhì)本站所處地形較平坦 ,地貌單元屬山前沖積平原 ,無斷層 通過 ,構(gòu)造簡單。 自上而下巖土層分布。 根據(jù)詳勘報告 , 建筑場 地類別為類，地震基本烈度為叫度。各土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。 2.2 水文地質(zhì)本區(qū)段的地下水補給來源主要是大氣降水,且除 (7) 、 (8)層為弱透水層外 ,其余地層均可視為相對隔水層。且地下水對 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性。3 基坑支護結(jié)構(gòu)形式3.1 圍護結(jié)構(gòu)方案的選擇該基坑一般段挖深17 m左右,加之站位處于市區(qū)，場地狹小 ,無法實現(xiàn)放坡開挖。 在廣州地區(qū) ,地鐵車站基坑支護最常 用的是圍護結(jié)構(gòu) +內(nèi)支撐型式。對本工程 ,我們考慮基

4、坑支護 型式時也首先從常規(guī)出發(fā) ,看是否適合采用圍護結(jié)構(gòu) +內(nèi)支撐 型式。常用的圍護結(jié)構(gòu)有人工挖孔樁、鉆孔樁及地下連續(xù)墻 等。由于本基坑主要位于可塑 硬塑狀殘積土中 ,基底為強 風(fēng)化 中風(fēng)化巖層 ,地質(zhì)情況較好 ,適合采用人工挖孔樁施工。 而且采用人工挖孔樁能充分體現(xiàn)其造價低廉、占用場地小、 場地利用率高、施工速度快、環(huán)境污染小的優(yōu)點。經(jīng)過認真 比選 ,該工程決定采用人工挖孔樁作圍護結(jié)構(gòu)。廣州地區(qū)常用人工挖孔樁有方樁與圓樁兩種, 經(jīng)過認真研究 ,決定采用開挖方便、護壁受力較好的圓形人工挖孔樁。 為滿足基坑止水要求 ,相鄰樁的樁芯相切布置。3.2 基坑支護設(shè)計3.2.1 邊界條件(1) 該基坑平

5、面形狀極不規(guī)則,基底也很不規(guī)則 :除東側(cè)站廳為地下一層外其余為地下兩層結(jié)構(gòu);而地下兩層段又分成了高低不同的5塊，其中底板局部最大下沉達7.24 mo(2) 基坑北側(cè)緊鄰天河北路 ,按規(guī)劃局及市政府要求:基坑施工時必須保護天河北路的交通順暢、不受干擾,而天河北路地下管線較為密集 , 施工時還應(yīng)保證管線不能產(chǎn)生過大的 位移與變形。(3) 基坑南側(cè)緊鄰天河體育 中心訓(xùn)練場 ,該處雖然無地下管線，但受施工場地限制，無法放坡。(4) 東側(cè)無地面建筑及地下管線,基坑分為上下兩個臺階上臺階基坑深10 m，中間平臺寬11 m，然后再挖深下7m是基坑的下臺階。該側(cè)每個臺階相對較淺,有條件采用放坡開挖(5) 基坑

6、西側(cè)亦無地面建筑及地下管線 ,該側(cè)基坑深約 17m ,由于施工場地所限，施工單位在緊鄰基坑邊處搭建了兩幢 兩層的臨時住宿及辦公樓。3.2.2 支護形式比選(1) 從施工方便及經(jīng)濟出發(fā) ,廣州地鐵車站基坑支護基本 都采用的是圍護結(jié)構(gòu) +鋼管內(nèi)支撐型式。 本基坑設(shè)計時也首先 選用人工挖孔樁 +鋼管內(nèi)支撐型式 ,基坑尺寸較大時添加臨時 立柱。但由于該基坑平面及立面都很不規(guī)則 ,該方案存在以下 缺點: 基坑寬度大造成臨時立柱根數(shù)多 , 基坑立面不規(guī)則造 成立柱難以同時兼顧上下層鋼管支撐 ,從而又增加臨時立柱 根數(shù)。臨時立柱多 ,從而造價高、施工難度大、底板防水處理 困難 ; 添加臨時立柱后上、 下層鋼

7、管內(nèi)支撐仍難以布置在同 一豎平面 ,造成施工困難 ; 南北向與東西向鋼管撐平面交叉多,造價高、施工也困難 ; 角撐的布置也很困難 ; 局部底板下沉段無法布置鋼管支撐。(2) 采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐 ,造價高 , 施工進度慢 ,由于 車站豎向板間距大、基坑立面不規(guī)則,鋼筋混凝土支 撐難以與各層板結(jié)合 ,形成完整的支撐體系。 另外 ,同鋼管內(nèi)支撐一樣 鋼筋混凝土支撐也不能很好地解決結(jié)構(gòu)底板下沉段基坑支護 的 問題 。(3) 采用拉錨結(jié)構(gòu)作為基坑的支護體系。拉錨結(jié)構(gòu)是近20 年來建筑施工領(lǐng)域產(chǎn)生的一項新工藝技術(shù),廣泛 應(yīng)用 于地下結(jié)構(gòu)的施工支護體系和作永久性建筑結(jié)構(gòu)的承拉構(gòu)件。綜上所述 ,鋼管內(nèi)支撐

8、及混凝土內(nèi)支撐均不適合本基坑,而本基坑所處的殘積土地層能提供拉錨結(jié)構(gòu)所需的拉拔力。 除基坑北側(cè)的天河北路有地下管線外 , 其余各方均不存在地 下管線或地下建筑物，但天河北路地下管線最大埋深僅 3 m ,拉 錨結(jié)構(gòu)斜向下布置就可以避開天河北路的地下管線。所以 ,經(jīng) 過多方面的綜合比較 ,本基坑決定采用人工挖孔樁 + 拉錨結(jié)構(gòu) 為主的支護方式。3.2.3 基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合本工程的實際情況 ,最終本基坑的支護結(jié)構(gòu)設(shè)計如 下:(1) 基坑南側(cè)、 北側(cè)及西側(cè)均采用人工挖孔樁 +拉錨結(jié)構(gòu) ;(2) 基坑西側(cè)風(fēng)道處形成一個面積不大的凹角,具備采用鋼管作內(nèi)支撐的條件。同時該處若采用拉錨結(jié)構(gòu),則凹角北側(cè)拉錨

9、與相鄰處長邊拉錨空間上形成疊加,土體受力不利 ;再則 ,車站北端基坑采用的即是鋼管內(nèi)支撐型式,也無需另外備料。故對該凹角采用人工挖孔樁 +鋼管內(nèi)支撐型式。(3) 基坑?xùn)|側(cè) ,基坑連續(xù)挖深相對較淺 ,該側(cè)施工時作為 整個基坑的出土通道。 由于工程開工較晚 ,工期非常緊 ,該側(cè)若 采用人工挖孔樁則施工干擾太大。經(jīng)多方 研究 決定 ,基坑?xùn)| 側(cè)采用土釘墻支護 ,以最大地加快施工進度。(4) 基坑在地下二層處結(jié)構(gòu)底板基本位于硬塑狀殘積土、全風(fēng)化或強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地層。對結(jié)構(gòu)內(nèi)部底板一般下沉段均采用錨噴支護,在靠近圍護樁下沉段,根據(jù) 計算 增加一排拉錨支護。整個基坑的支護平面如圖 1 所示。 3.2.4

10、 有關(guān) 基坑支護設(shè)計的其它說明(1) 結(jié)構(gòu)計算采用彈性支點法,即基坑外側(cè)土體對圍護樁作用主動土壓力 ,基坑內(nèi)側(cè)土體抗力及拉錨均以彈性支點模 擬。(2) 經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算，圍護結(jié)構(gòu)采用直徑1.2 m的人工挖孔樁直徑 , 樁芯相切布置。(3) 鋼管內(nèi)支撐采用 600 mm、壁厚12 mm鋼管,基坑風(fēng) 道處豎向共設(shè)三道，預(yù)加力400700 kN。(4) 拉錨結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力錨索錨索 ,錨索根據(jù)結(jié)構(gòu)計算用4束或5束7 5強度標準值為I860 MPa的鋼絞線。錨索成 孔直徑 150 mm ,采用二次高壓注漿工藝。 一般地下兩層段 (深 16 17m )豎向共設(shè)三道錨索支撐 ,自由段長度 5m ,錨索總長 20

11、 28m ,預(yù)拉張力 100 300 kN。(5) 土釘采用直徑 2532 mm的口級螺紋鋼筋，鉆孔直徑100130 mm。網(wǎng)噴150 mm厚C 20混凝土。(6) 施工過程中的監(jiān)測結(jié)果表明 ,地面位移、樁身位移及 錨桿應(yīng)力等均滿足設(shè)計要求。4 幾點體會(1) 錨索施工簡單快捷、 基坑形成后作業(yè)空間大 ,無干擾 加之施工方在施工時合理地安排各工序。從而使深度較大、 平面較復(fù)雜、支護形式多的車站南端基坑施工進度反而明顯 快于深度較小、平面簡單、支護形式單一的本站北端基坑。(2) 一個基坑同時使用內(nèi)支撐及錨索支護時應(yīng)注意考慮 兩者相鄰時相互間的內(nèi)力 影響 。現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果顯示 ,南端基坑風(fēng)道處支撐內(nèi)力出現(xiàn)異常 明顯大于設(shè)計計算結(jié)果。其中豎向第二道對撐的支撐內(nèi)力監(jiān) 測值為1680 kN ,遠大于結(jié)構(gòu)計算的1100 kN，也大于廣州地區(qū)類似基坑的經(jīng)驗值 12001300 kN。而挖孔樁的施工記 錄表明該處地層與設(shè)計基本一致,同時離該處較遠的錨索內(nèi)力監(jiān)測值也顯示錨索內(nèi)力與設(shè)計值接近(該支撐臨近處錨索事先未布設(shè)監(jiān)測點 )。經(jīng)過認真 分析 ,得出結(jié)論 :為減少樁身 位移 ,錨索施加了預(yù)應(yīng)力 ,該預(yù)應(yīng)力將基坑外側(cè)土體拉向基坑從而造成相鄰的內(nèi)支撐應(yīng)力增大。(3) 基坑采用錨索支護時應(yīng)充分考慮其對周邊環(huán)境及工 程的影響。(4) 基坑采用錨索支護時 ,樁頂位移及地面變形