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宁波国际金融中心二期地下室基坑支护设计及监测分析
关键词:深基坑 支护 优化设计 地下连续墙 椭圆内支撑 监测

摘 要 宁波国际金融中心二期地下室体量巨大,地下室基础部分结构复杂,周边环境及工程地质条件复杂。结合工程实际情况,介绍了地下室基坑支护工程的优化设计方案。通过对基坑自身特点以及周边环境的细致分析,提出了地下连续墙结合椭圆环内支撑的优化支护方案。现场巡视未发现明显结构开裂现象,基坑监测数据显示基坑本体结构及周边环境均安全可控。

1 工程概况

宁波东部新城开发投资有限公司投资兴建的宁波国际金融服务中心二期地下室位于宁波市东部新城中心商务区,北侧为宁波国际金融服务中心北区,东侧为海晏路,西侧为规划中央公园,南侧为惊驾路。本工程由4个地块组成且分属于4家建设单位,但4个地块地下室又是一个连通的整体。地下室为3层,基坑开挖面积45000m2左右,支护结构约860m;自然地坪绝对标高为2.800m,基坑周圈开挖深度为16.219.2m,局部坑中坑开挖深度将达到24.0m。基坑总平面和监测点布置如图1所示。

2 工程特点

2.1基坑特点

宁波国际金融服务中心二期深基坑工程主要有以下几个特点。

1)地下室体量巨大,地下室基础部分结构复杂,存在十余种不同的挖土深度,其中最大的高差达到7.5m

1 基坑总平面和监测点示意

2)周边环境复杂,对变形控制的要求较高。基坑东侧和南侧分别紧邻海晏路和惊驾路,且路面下存在共同沟及众多管线需要保护。

3)工程地质条件复杂。基坑开挖影响范围内的土层有12层,土层之间差异非常大,既有厚度达到13m的流塑状淤泥,也有达到硬可塑状态的粉质黏土。基坑底附近又刚好落在粉砂层,该层土内含承压水,极易引起突涌、流砂等事故。

2.2周边环境特点

1)基坑东侧支护结构距离海晏路最近距离约为1.5m,海晏路下埋设共同沟和管线,共同沟距离地下室约为40m,管线由近到远包括雨水、污水、电力、给水、燃气等管线。

1 场地土层主要力学参数

2)基坑南侧支护结构距离惊驾路最近距离约为1m,惊驾路上正在施工共同沟,距离本基坑最近距离约为16m,共同沟深度约5m。另外,在惊驾路上由近到远分布有雨水、给水、电信、综合管和污水管等管线。

3)基坑西侧规划有中央公园和中央大街,现作为本工程施工场地使用。

4)基坑北侧支护结构已在红线位置,红线外侧20m为即将开放营业的金融中心北区。

5)本基坑红线范围内几乎没有施工场地,但实际施工中可适当考虑东、南、西三侧红线外的场地。

6)东侧海晏路和南侧惊驾路交界处已施工一地下通道,埋深约为9m,距离基坑边约为5m

3 工程地质条件

1)场地内土层分布比较均匀,地质起伏比较平缓,各区之间土质差异不大,但土层之间性质差异大(见表1)

2)对基坑支护影响较大的②c层淤泥和②d层淤泥质粉质黏土物理力学性质较差,且其层厚相加达到13m左右。

3)本基坑坑底基本落在③层含黏性土粉砂或②d层淤泥质粉质黏土中。

4)b层黏土及以下土层土性较好,支护桩桩端进入⑤b层以下土层可有效减少踢脚和基坑底隆起现象的发生。

5)③层含黏性土粉砂为微承压含水层,水头差在13m左右,渗透系数达到3.93×1075px/s,该层土局部缺失。在基坑开挖到一定深度,应对该层地下水采取坑内外降水,以防发生坑底突涌和流砂等不良地质作用。

4 基坑支护方案

根据本基坑的特点、实际施工条件及以往工程经验,以下两种支护结构体系对于本基坑是可行的。

4.1地下连续墙体系

考虑到本基坑地处闹市区,面积较大,深度为16.219.2m,开挖范围土体渗透性较大(尤其是3层含黏性土粉砂),从安全性角度考虑,地下连续墙优势较大,可确保惊驾路和海晏路的安全。

优点:①地下连续墙整体刚度大,抗变形能力强,防渗性能好;②较钻孔灌注桩多发挥12%的截面抗力;③地下预留作业面小,减少基坑开挖面积;④施工质量易控制;⑤条件允许情况下,可以做成两墙合一;⑥泥浆排放少,场地较文明。

缺点:①地下连续墙施工要求较高,单方造价高;②本地企业对此工艺不十分熟悉,需引进杭州、上海等地的专业单位施工;③前期准备工作要求较高、时间较长。

4.2排桩体系

优点:①宁波地区经验成熟,对于本基坑,可以采用单排Φ1000mm钻孔灌注桩外排辅助密排高压旋喷桩止水防漏土,该方案是宁波地区常用经典的支护形式;②所涉及施工手段均为宁波施工企业所熟悉,经济性较好。

缺点:该方案防渗性能较差,由于本基坑②c,②d层为淤泥和淤泥质土层,桩缝处易漏土,③层土体的渗透系数较大,采用高压旋喷桩止水防漏土存在较大风险;同时支护挡墙刚度较小,基坑开挖期间变形量难以控制,可能对惊驾路和海晏路造成较大影响。

另外,《建筑基坑支护技术规程》JGJ1202012建议软土地区基坑深度>12.0m时不宜采用钻孔灌注桩支护,这主要是因为钻孔灌注桩和高压旋喷桩的施工质量可靠性较难保证,尤其是保证钻孔灌注桩的间距均一性较困难。对于本基坑工程,其开挖深度较大,基坑内外土压力差大,一旦出现桩间漏土和渗流就会危及基坑安全。基于以上两种支护结构体系的对比,最终选用地下连续墙结合3道钢筋混凝土水平内支撑的支护结构形式,地下连续墙厚900mm,平面支撑体系采用对撑、角撑结合超大椭圆环内支撑的形式布置。

5 基坑支护设计

5.1竖向支护体系

1)压顶梁设置在自然地坪以下0.5m,第1道腰梁及支撑面标高降到自然地坪以下2.5m处,第2道腰梁及支撑面降到自然地坪以下7.2m处,第3道腰梁及支撑面降到自然地坪以下11.9m;这样做一方面改善了墙身内力分布,减少了墙身变形,同时也为挖土施工作业提供了足够的空间。

2)地下连续墙下端均穿越淤泥或淤泥质土进入土性相对较好的⑤b层或⑤c层,以防止踢脚和基坑底隆起,减少变形。

竖向支护体系如图2所示。

2 基坑支护剖面

5.2平面支护体系

1)支撑体系采用对撑、角撑结合超大椭圆环内支撑,椭圆长轴直径240m,短轴直径180m,尽可能减少支撑覆盖面积,方便挖土施工。

2)椭圆弧顶及拱脚区域采取了多种措施以确保安全,措施包括:①采用高压旋喷桩对弧顶内侧坑底进行加固;②采用高压旋喷桩对弧顶基坑外侧进行主动区加固;③弧顶及拱脚位置坑外设置钢筋混凝土梁板结构以加强该部位整体刚度,该梁板结构同时兼作出土口平台;④弧顶及拱脚位置坑内第2道支撑位置设置钢筋混凝土梁板结构以加强该部位整体刚度,该梁板结构同时兼作停放挖掘机的平台;⑤弧顶及拱脚位置设置混凝土板带以增强相应位置的刚度。

5.3坑中坑处理

坑中坑开挖大部分位于第③层含黏性土粉砂中,该土层透水性好,为方便坑中坑施工,采用高压旋喷桩进行支护,同时也起到止水帷幕的作用。

5.4降水措施本

基坑采用坑内外降()水的措施以防坑底突涌或产生流砂等问题。坑外在挖土前沿基坑边每隔25m左右设置降水管井。坑内在第3道支撑施工结束后设置管井将3层承压水抽出,以确保坑内土体的顺利开挖。

4 混凝土支撑轴力时程曲线

1)止水帷幕

地下连续墙每个墙幅连接处设置2根高压旋喷桩,以防止墙幅连接处发生透水事故。

2)施工栈桥

基坑开挖面积、体量较大,为加快地下室挖土速度和基坑施工速度,结合平面支护结构体系,设计提出车辆下坑的方法,在支撑中间设置下坑斜向施工栈桥(见图3)

3 施工栈桥示意

6 基坑监测

基坑开挖施工期间加强对基坑支护结构、周围建筑物、工程桩、邻近道路及管线的观测,发现异常情况必须及时通知有关单位,以便采取有效措施,消除隐患,确保基坑内外安全。基坑监测点平面布置如图1所示。

监测项目理论计算值和实际监测值的对比如表2所示。施工期内基坑变形及支护体系内力变化情况如图48所示。

2 理论计算值和实际监测值对比

监测数据显示,本基坑施工过程中,虽然存在部分监测数据超警戒值的情况,但现场巡视未发现明显结构开裂现象,基坑本体结构及周边环境均安全可控。

5 典型测孔水平位移-深度曲线

6 路面沉降及水位变化时程曲线

7 墙体位移时程曲线

8 立柱沉降及坑底隆起时程曲线

7 结语

宁波中银大厦基坑工程成功克服了周边复杂环境条件的约束和限制,采用了地下连续墙结合3道钢筋混凝土水平内支撑支护体系,其中椭圆环内支撑长轴直径达到240m,短轴直径达到180m,并且在中间对撑部位充分利用原有支护结构,设置斜向施工栈桥,极大地方便了超深大基坑的施工。通过支护结构优化设计,节约支护结构、土方开挖、运输成本总计40005000万元,经济效益显著,为类似超深大基坑的支护设计提供了一种安全、合理、经济的解决方案,具有较强的工程示范作用。

作者:黄健,潘伯林,吴才德,龚迪快,周益丰

转自:《施工技术》

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