中關(guān)村藍(lán)星科技大廈基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

【摘 要】本文通過對擬建場地工程地質(zhì)勘察資料的整理、分析，闡明了場地的巖土工程地質(zhì)條件，根據(jù)地質(zhì)條件參數(shù)提出了基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】工程地質(zhì)條件；基坑支護(hù)；土釘墻；基坑降水

1 工程概況

擬建中關(guān)村藍(lán)星科技大廈工程位于北京市海淀區(qū)中關(guān)村，北鄰北四環(huán)，西鄰正在施工的彩和坊路。該工程為一棟地上12層的綜合科技貿(mào)易大廈，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，有3層地下室，埋深為-12.0m。施工場地地面較平坦，地面標(biāo)高在50.0m，周圍場地有限，不能采取放坡開挖。

2 場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

2.1 場地工程地質(zhì)條件

擬建場地地貌上屬永定河沖洪積扇中上部，與基坑降水相關(guān)的深度內(nèi)地層由上而下分述如下：

1）人工堆積層：組成成分復(fù)雜，厚度約1.6～3.8m。

2）粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土：黑灰色，夾砂質(zhì)、粘質(zhì)粉土②1層透鏡體，總厚度為9.4～11.32m。

3）粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土：褐黃色，硬塑，夾砂質(zhì)、粘質(zhì)粉土③1層，總厚度4.9～6.6m。

4）粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土：灰褐色，夾呈交互分布的砂質(zhì)、粘質(zhì)粉土④1層，及粘土④2層，總厚度5.3～7.3m。

5）卵石：雜色，飽和，密實(shí)，卵石堅(jiān)硬，厚度8.0～10.2m。

2.2 場地水文地質(zhì)條件

施工場地地面以下15m深度范圍內(nèi)有二層地下水。第一層地下水為上層滯水，分布在場區(qū)東半部，受地下管道滲漏等補(bǔ)給，靜止水位標(biāo)高為48.16～51.04m（埋深0.5～3.3m）；第二層地下水為臺地潛水，含水層為粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土②層和砂質(zhì)、粘質(zhì)粉土②1層，水位標(biāo)高為46.35～46.63m（埋深4.75～5.10m）。地下水對混凝土無腐蝕性。

3 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

3.1 基坑支護(hù)工程施工方案設(shè)計(jì)原則

基坑支護(hù)工程施工方案設(shè)計(jì)原則：1）保證基坑安全；2）施工安全可行；3）技術(shù)優(yōu)化；4）滿足工期要求；5）維護(hù)鄰近建筑物的安全與穩(wěn)定；6）造價(jià)合理。

根據(jù)設(shè)計(jì)原則，本工程基坑支護(hù)擬采用土釘墻支護(hù)方案。具體設(shè)計(jì)如下：

3.2 土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)

3.2.1 地層參數(shù)選擇

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本工程相關(guān)的土層參數(shù)如下圖表1：

表1

3.2.2 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

1）由土層參數(shù)可計(jì)算γ、c、Φ的加權(quán)平均值

2）確定土釘長度L

已有工程的土釘實(shí)際長度L均不超過土坡的垂直高H。抗拔試驗(yàn)表明，對高度H小于12m的土坡采用相同的施工工藝。在同類土質(zhì)條件下，當(dāng)土釘長度達(dá)到一倍土坡垂直高時(shí)，再增加其長度時(shí)，對承載力無顯著提高。因此，初選土釘長度時(shí)，按下式計(jì)算：

式中：m為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取值0.7～1.0；

H為土坡的垂直高度；

S0為止?jié){器長度，一般取值0.8～1.5m。

本工程取值，m=0.7，S0=1.0

確定土釘孔直徑dh及間距布置

首先根據(jù)成孔機(jī)械選定土釘孔孔徑。以分別表示土釘?shù)牧芯唷⑿芯啵x定列距、行距的原則是以每個(gè)土釘注漿對其周圍土的影響區(qū)與相鄰孔的影響區(qū)相重疊為準(zhǔn)。應(yīng)力分析表明，一次壓力注漿可使孔外4dh的鄰近范圍內(nèi)有應(yīng)力變化。

取值，dh=120mm

3）確定土釘直徑db

為增強(qiáng)土釘中的加筋桿與砂漿（細(xì)石混凝土）的握裹力，用于土釘中的加筋宜選用變形鋼筋，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定采用。

加筋桿直徑按下式估算：

db= K’·10-3·Sx·Sy

K’——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)一般取20～25，這里取25

db≈25×10-3mm

所以，取Φ25的鋼筋

3.2.3 土釘內(nèi)部穩(wěn)定性分析

1）確定土壓力

2）土釘界面摩阻力

3）土釘錨固力及端部強(qiáng)度的驗(yàn)算

3.2.4 外部穩(wěn)定性驗(yàn)算

1）土墻厚度的確定

將土釘加固的土體分三個(gè)部分來確定土墻的厚度。第一部分為墻體的均勻壓縮帶，如圖3-3，它的厚度為2L/3（L為土中平均釘長）；第二部分為鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)的厚度，土釘間土體由噴射混凝土面板穩(wěn)定，通過面層設(shè)計(jì)計(jì)算保證土釘間土體的穩(wěn)定，因此噴射混凝土支護(hù)作用區(qū)厚度為L/6；第三部分為土釘尾部非均勻壓縮帶，厚度為L/6，但是不能全部取值，應(yīng)取1/2為土墻的計(jì)算厚度，即L/12為計(jì)算長度。所以土墻的厚度為三部分之和，即11L/12，當(dāng)土釘傾斜時(shí)，土墻的厚度為cosα×11L/12（α為土釘與水平面之間的夾角）。由此法可以確定土墻的厚度B。

圖2 土釘墻計(jì)算厚度確定簡圖 圖3 土釘墻外部穩(wěn)定簡圖

2）重力式土墻的穩(wěn)定性計(jì)算

參照重力式土墻的方法分別計(jì)算簡化圖強(qiáng)的抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和墻底部土的承載能力。如圖3、圖4，計(jì)算時(shí)縱向取一個(gè)單元，一般取土釘?shù)乃介g距進(jìn)行計(jì)算。

3.2.5 抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

3.2.6 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

3.2.7 墻底部承載力驗(yàn)算

K0>1.5。土墻趨于穩(wěn)定

設(shè)計(jì)土釘墻面傾角為80°。土釘傾角為10°。主筋拉桿為1Φ22～Φ25，外配1Φ16加強(qiáng)筋與所有主筋端頭相連。墻面掛Φ6@200×200的鋼筋網(wǎng)片，并噴80-100mm厚的細(xì)石混凝土，噴射混凝土的強(qiáng)度為C20。

3.3 側(cè)土釘參數(shù)表

3.4 注漿設(shè)計(jì)

孔內(nèi)注水泥漿。水泥漿液是地基治理、基礎(chǔ)加固工程中常用的一種膠結(jié)性好、結(jié)石強(qiáng)度高的灌漿材料。其水灰比為0.45～0.5，注漿全部采用孔底加壓注漿，注漿壓力為0.3-0.5Mpa，根據(jù)情況可增加速凝劑。二次補(bǔ)漿在初凝后開始，現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際情況決定是否進(jìn)行三次補(bǔ)漿。

3.5 坡頂網(wǎng)片外翻

東、南側(cè)坡頂網(wǎng)片外翻0.5～0.8m即可，北、西側(cè)由于要走罐車，需加強(qiáng)墻面的承載能力，外翻可達(dá)6～8m。壓筋后噴射豆石混凝土，抹平，將地面硬化，既可保證罐車安全行駛也可保證墻面安全，同時(shí)保證墻面后不易積水。

4 土釘墻施工工藝

土釘施工是隨土方開挖而進(jìn)行的，采用人工成孔和機(jī)械錨桿鉆機(jī)成孔結(jié)合。孔內(nèi)插筋后采用壓力灌水泥漿，掛網(wǎng)后噴砼，其工藝流程如下：

圖4

噴射砼：掛網(wǎng)后立即進(jìn)行噴砼施工，要求砼強(qiáng)度不低于C20。

上述工作完成后，并且噴射砼和土釘孔內(nèi)漿體強(qiáng)度達(dá)到強(qiáng)度后，方可進(jìn)行下一階段的工作。

5 基坑降水

為保證基礎(chǔ)施工的順利進(jìn)行，降水井的設(shè)置需滿足基坑降水的要求。根據(jù)該地區(qū)特點(diǎn)，滲透系數(shù)較小并為了減小潛水含水層的殘留水量，保證降水效果，經(jīng)基坑降水設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)置降水井?dāng)?shù)量為60～65眼。

1）在基坑四周距基坑邊沿1-2m布置降水井，井間距6～8m，計(jì)降水井約60～65眼。

2）在基坑內(nèi)布置水位觀測孔2眼。

3）基坑側(cè)壁在第一層含水層的位置會(huì)出現(xiàn)殘留滯水，采取在基坑四周邊坡的含水層底部插入引水管，將殘留滯水引入集水井之中抽走。

4）在整個(gè)降水期間，必須保證降水井點(diǎn)和抽水設(shè)備的完好，在抽水期間對抽水設(shè)備進(jìn)行定期檢查和維修，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確保建筑施工安全進(jìn)行。

6 工程監(jiān)測

為確保工程及附近地下管線的安全，及時(shí)根據(jù)觀測信息反饋指導(dǎo)施工，根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行坡頂水平位移觀測，擬采用視準(zhǔn)線法，選用J2型經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測，沿基坑四周布設(shè)觀測點(diǎn)。

1）觀測點(diǎn)布置在變形敏感部位，各測點(diǎn)間距20米左右。觀測點(diǎn)采用埋設(shè)鐵件，工作基點(diǎn)應(yīng)視現(xiàn)場情況布置在變形影響范圍以外的穩(wěn)定地點(diǎn)，以保證觀測值的準(zhǔn)確可靠。

2）位移變形觀測工作從開挖第一次土方時(shí)進(jìn)行，基坑開挖期間，觀測周期為1次/天，當(dāng)發(fā)現(xiàn)相鄰兩次位移量大于5mm或總變形量達(dá)10mm時(shí)，縮短觀測周期到2次/天，同時(shí)及時(shí)分析位移原因，并向施工項(xiàng)目部報(bào)告，以便及時(shí)采取措施，當(dāng)相鄰兩次位移量較小時(shí)，可將觀測時(shí)間延長至1次/3天，當(dāng)遇到雨天或地面荷載有重大變化時(shí)，應(yīng)臨時(shí)增加觀測次數(shù)。

3）在基坑降水施工中的水位、流量按規(guī)范要求進(jìn)行觀測。將每次觀測的水位值和流量記錄在“地下水位長期觀測記錄表”中，并及時(shí)進(jìn)行整理，分析地下水下降的趨勢與流量變化，預(yù)測地下水位下降到設(shè)計(jì)深度的時(shí)間和確定抽水井?dāng)?shù)與時(shí)間。水位、水量發(fā)生突然變化時(shí)，立即查明原因，及時(shí)進(jìn)行處理。

【參考文獻(xiàn)】

[1]夏明耀，曾進(jìn)倫.地下工程設(shè)計(jì)施工手冊[S].中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[2]林宗元.巖土工程治理手冊[S].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

[3]余詩剛（譯）.土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)手冊[S].中國科學(xué)技術(shù)出版社出版，2000.

[4]常士驃.張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊（4版）[S].中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[責(zé)任編輯：陳雙芹]