某科技城C 地塊基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

莊文澤

(福建泉州勘測設(shè)計(jì)院有限公司，福建泉州　362000)

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某科技城C 地塊基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

莊文澤

(福建泉州勘測設(shè)計(jì)院有限公司，福建泉州362000)

摘要:以某科技城C地塊基坑工程為例，結(jié)合該工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境條件，制定了基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，計(jì)算了土層側(cè)向土壓力及立柱強(qiáng)度，介紹了基坑止降水設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并提出了具體的基坑監(jiān)測方法，保證了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞:基坑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)，土壓力，監(jiān)測項(xiàng)目，沉降觀測

1　工程概況

擬建某科技城C地塊深基坑位于香山路和江東街交會處東南側(cè)，北側(cè)為四路(隔馬路為A地塊基坑)，東側(cè)為青石路。C地塊±0．00 m相當(dāng)于絕對標(biāo)高+7．40 m?；油谏顬?．1 m～8．0 m。擬建場地屬Ⅱ級復(fù)雜場地。該基坑用地面積約為20 000 m2，包括3幢地上建筑和1層地下室。建筑物采用框架結(jié)構(gòu)，最大單柱荷載標(biāo)準(zhǔn)值為23 000 kN，擬采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

2　工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境條件

基坑四面均為馬路，下設(shè)通訊電纜、煤氣管線等設(shè)施。北側(cè)隔馬路為基坑(A地塊)，擬建場地地形總體較為平坦，地面高程在4．87 m～8．78 m(吳淞高程系)之間。對照場地地形圖看，場內(nèi)原有溝塘已被填埋整平。場地地貌單元屬長江漫灘。在基坑影響深度內(nèi)場地巖土層可分為兩大層，土層各層參數(shù)見表1。1)淺層潛水含水層組由覆蓋層上部的①人工填土層、②-1淤泥、②-2粉質(zhì)粘土、②-3粉質(zhì)粘土，以及②-4粉細(xì)沙構(gòu)成。2)弱承壓含水層組由覆蓋層下部的③-1粉質(zhì)粘土、③-2粉質(zhì)粘土構(gòu)成，隔水底板為下伏基巖，其含水豐富，給水性和透水性好，屬透水地層。地下水位隨季節(jié)不同有升降變化，其年變幅較潛水小，約為0．5 m。根據(jù)該孔水位恢復(fù)試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，該含水層組綜合滲透系數(shù)k=1．27× 10-3cm/s。

表1　基坑設(shè)計(jì)參數(shù)表

3　基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案

本基坑工程的特點(diǎn)開挖深度較深，地質(zhì)情況較差，周邊環(huán)境制約因素較多。本基坑工程開挖必須確保周圍建(構(gòu))筑物安全使用，因此必須滿足圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好、變形量小的要求。

綜合本工程特點(diǎn)，為了減少基坑開挖對周圍建(構(gòu))筑物的影響，經(jīng)過計(jì)算分析以及其他方案的比較，確定了本基坑工程的支護(hù)形式:1)基坑外圍坑采用鉆孔灌注樁作為排樁支護(hù)，并設(shè)置一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐。2)排樁外圍采用雙軸深層攪拌樁作止水帷幕。3)基坑內(nèi)地下水采用集水明排形式。結(jié)合周邊環(huán)境及開挖深度將基坑分為AB，BC，CD，DA四個(gè)計(jì)算區(qū)段。

4　土層側(cè)向土壓力計(jì)算(以AB段為例)

該段為基坑西側(cè)，建筑±0．00相當(dāng)于絕對標(biāo)高+7．40 m，該斷面標(biāo)高為+7．00 m，實(shí)際挖深7．0 m。支撐設(shè)在+5．00 m處。實(shí)際樁頂標(biāo)高為4．65 m，嵌入圈梁5 cm。圈梁頂上部至地面砌磚。結(jié)構(gòu)外側(cè)地面附加荷載q=20 kPa，計(jì)算時(shí)以J58孔為例。

主動土壓力計(jì)算:

pa(1 1)=20×0．589-23．020=-11．24 kPa;pa(1 2)=(20+ 18×3．2)×0．589-23．020=22．69 kPa;pa(2 1)=(20+18× 3．2)×0．668-26．145=25．69 kPa;pa(2 2)=(20+18×3．2+ 17．2×1．3)×0．668-26．145=40．63 kPa;pa(3 1)=(20+18× 3．2+17．2×1．3)×0．520-18．746=33．23 kPa;pa(3 2)=(20+ 18×3．2+17．2×1．3+17．5×2．5)×0．520-18．746= 55．98 kPa;pa(4 1)=pa(4 2)=pa(3 2)=55．98 kPa;pa(5 1)= pa(5 2)=143．71×0．457-17．685=47．99 kPa;pa(6 1)= pa(6 2)=143．71×0．427-14．627=46．74 kPa。

被動土壓力計(jì)算:pp(4 1)=0×1．922+36．062=36．06 kPa; pp(4 2)=(0+17．5×6．6)×1．922+36．062=258．05 kPa; pp(5 1)=(0+17．5×6．6)×2．190+38．776=291．72 kPa; pp(5 2)=(0+17．5×6．6+18×5．7)×2．190+38．776=516．42 kPa; pp(6 1)=(0+17．5×6．6+18×5．7)×2．344+32．294=543．52 kPa; pp(6 2)=(0+17．5×6．6+18×5．7+18×5．4)×2．344+ 32．294=771．36 kPa。

凈土壓力計(jì)算(基坑地面以下):po(4 1)=36．06-55．98= -19．92 kPa;po(4 2)=258．05-55．98=202．07 kPa;po(5 1)= 291．72-47．99=243．73 kPa;po(5 2)=516．42-47．99=468．43 kPa; po(6 1)=543．52-46．74=496．78 kPa;po(6 2)=771．36-46．74= 724．62 kPa。

土壓力強(qiáng)度零點(diǎn)位置計(jì)算:假設(shè)近似零彎點(diǎn)距基坑地面距離為hcl，根據(jù)關(guān)系式列出方程得17．5×hcl×1．922+36．06=55．98解之得hcl=0．59 m，土壓力對彎矩零點(diǎn)的總力矩，基坑開挖深度為7．0 m時(shí)，基坑側(cè)壁受到的土壓力如圖1所示。

圖1　AB段土壓力分布圖

參照圖1壓力計(jì)算示意圖，求得土壓力對彎矩零點(diǎn)的總力矩為: Ma=442．16 kN·m/m。

支撐軸力計(jì)算:主動土壓力對零點(diǎn)彎矩經(jīng)計(jì)算為:∑Ma= 442．16 kN·m/m，由∑MD=0得:R=442．16/(7+0．59-2)= 79．10 kN/m。

樁長計(jì)算:設(shè)樁端進(jìn)入②-3層頂面以下x米處，由∑M=0 得:1．2×［－11．24/2×(6．6+x+6+2/3)+22．69×2．2/2× (6．6+x+3．8+2．2/3)+25．69×1．3×(6．6+x+2．5+1．3/2) +(40．63－25．69)×1．3/2×(6．6+x+2．5+1．3/3)+33．23× 2．5×(6．6+x+2．5/2)+(55．98－33．23)×2．5/2×(6．6+ x+2．5/3)］=79．10×(5+6．6+x)+202．07×6．01/2× (6．01/3+x)+243．73×x×(x/2)+(468．43－243．73)× (x/5．7)×(x/2)×(x/3)－19．92×0．59/2×(0．59×2/3+ 6．01+x)。

整理得:6．571x3+121．87x2+363．86x-1 133．234=0，盛金公式A=b2-3ac=7 680．62;B=bc-9ad=111 351．74;C=c2-3bd=546 715．78。

總判別式:Δ=B2-4AC＜0，X1=(-b-2A(1/2)cos(θ/3))/ (3a)，其中θ=arccosT，T=(2Ab-3aB)/(2A(3/2))=-0．239 68 (A＞0，-1＜T＜1)，解之得:x=1．852 m。

取樁長H=7．0+6．6+1．9=15．5 m，施工后實(shí)際樁長14．45 m(因施工需要上部截去處理)。經(jīng)電算驗(yàn)算，滿足要求。

5　立柱強(qiáng)度計(jì)算

立柱分上下兩段，坑底以下采用鉆孔鋼筋混凝土灌注樁，上段采用φ325×10鋼管。

1)立柱上段所承受的豎向壓力P1=409．7 kN;2)使支撐縱向穩(wěn)定所需的水平壓力產(chǎn)生的豎向荷載P2=91．2 kN;3)φ325×10鋼管特征系數(shù)及強(qiáng)度驗(yàn)算:A=6 010 mm2;W=1．48×106 mm3; i=112．8;L0=8 m，λ=L0/i=70．9。

查表得φ=0．745，N/A=(409．7+91．2)103/(0．745×6 010)= 112＜［f］，下段鋼筋混凝土立柱強(qiáng)度驗(yàn)算:取立柱樁徑800，基坑面下樁長L m，取qs=26 kPa，P=409．7+91．2+3．14×0．402L× 25×1．2=500．9+15．1L kN，Quk=πdqsL=3．14×0．8×26L= 65．31L由Quk=1．2P得L=12．74;實(shí)取L=13 m，配筋:主筋為12Φ18，螺旋筋Φ8@200，上部加密，加強(qiáng)筋Φ14@2 000。

AB段支護(hù)剖面圖見圖2。

圖2　AB段支護(hù)剖面圖

6　基坑止降水設(shè)計(jì)

止水樁長確定坑外水位取地面下1．0 m，坑內(nèi)水位取地面下7．50 m。

D=5．4 m，止水樁長為:h=7．5+5．4-1．0=11．9 m，取12 m。基坑止水帷幕設(shè)計(jì):基坑開挖范圍內(nèi)暗塘分布，結(jié)合本基坑的巖土工程地質(zhì)等情況，確定雙軸深層攪拌樁有效樁長為12 m?；又顾∧徊捎靡慌?φ700@900的雙軸深攪樁，樁體搭接250 mm。降水設(shè)計(jì):本基坑周圍采用單排雙軸深攪樁做止水帷幕，基坑內(nèi)設(shè)集水坑排水。

7　圈梁設(shè)計(jì)計(jì)算

本設(shè)計(jì)共分為4個(gè)段面，混凝土支撐直接作用于圈梁上，4個(gè)段面的作用力分別為79．01 kN，91．18 kN，55．44 kN，74．04 kN。設(shè)計(jì)圈梁均為800×1 100，C30混凝土，取最不利地段計(jì)算(取作用力為91．2 kN):

正截面強(qiáng)度計(jì)算=91．2×92×1．25=769．5 kN·m。

аs=0．059;γs=0．970;As=2 483 mm2。

實(shí)配:上下均為8Φ22(HRB335)有:As=3 041 mm2＞ρmin= 2 640 mm2。

斜截面強(qiáng)度計(jì)算:V=3 045．9 kN＞V0．7=852．9 kN＞V按構(gòu)造配筋:取Φ8@200四肢箍。

8　基坑監(jiān)測方案

本基坑工程監(jiān)測等級為一級，在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工與使用過程中，應(yīng)對支護(hù)結(jié)構(gòu)和已有建筑物(含道路、管線)進(jìn)行信息化監(jiān)測。應(yīng)由建設(shè)方委托具備相應(yīng)資質(zhì)的第三方對基坑工程實(shí)施現(xiàn)場監(jiān)測。監(jiān)測項(xiàng)目如下:

1)坡頂水平及沉降位移監(jiān)測:沿坡頂每隔15 m～20 m布置一個(gè)觀測點(diǎn)，共布置24個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。

2)深層水平位移監(jiān)測:在支護(hù)樁外側(cè)共設(shè)置16個(gè)深層水平位移觀測點(diǎn)?？咨畈恍∮谥ёo(hù)樁樁長。

3)基坑周邊道路沉降觀測:沿周邊道路每15 m～20 m設(shè)一沉降觀測點(diǎn)，約38個(gè)。

4)基坑周邊建筑物沉降觀測:每幢建筑物上布置不少于4個(gè)～6個(gè)沉降觀測點(diǎn)。

5)內(nèi)支撐軸力應(yīng)力:共布設(shè)12組應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)。

監(jiān)測與測試的控制要求:根據(jù)GB 50497—2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范要求，當(dāng)監(jiān)測項(xiàng)目的變化速率達(dá)到表中規(guī)定值或連續(xù)3 d超過該值的70%，應(yīng)報(bào)警;建筑整體傾斜度累計(jì)值達(dá)到2/1 000或傾斜速率連續(xù)3 d大于0．000 1H/d(H為建筑物承重結(jié)構(gòu)高度)時(shí)應(yīng)報(bào)警。

9　結(jié)語

1)本地塊長約147 m，寬約129 m，降水方案為采用單排雙軸深攪樁做止水帷幕，基坑內(nèi)設(shè)集水坑排水，計(jì)算得出鉆孔灌注樁的入土深度與內(nèi)部配筋、基坑內(nèi)支撐的布置形式與配筋，通過實(shí)際驗(yàn)證該方案經(jīng)濟(jì)、可行，對類似的工程有一定的借鑒作用。

2)本基坑工程開挖必須確保周圍建(構(gòu))筑物安全使用，因此必須滿足圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好、變形量小。基坑土方必須分層、分段均衡開挖，邊開挖邊支護(hù)的原則;在開挖過程中，應(yīng)采取措施防止碰撞或損傷支護(hù)結(jié)構(gòu)、工程樁或擾動基底原狀土，嚴(yán)禁超挖。

參考文獻(xiàn):

［1］劉建航，侯學(xué)淵．基坑工程手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997．

［2］高大釗．軟土深基坑支護(hù)技術(shù)中的若干土力學(xué)問題［J］．巖土力學(xué)，1995(3):32-41．

［3］余志成，施文華．深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997．

［4］陳忠漢．深基坑工程［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999．

［5］熊智彪．建筑基坑支護(hù)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008．

［6］朱合華．地下建筑結(jié)構(gòu)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005．

The foundation pit retaining design of a science and technology city C block

Zhuang Wenze
(Fujian Quanzhou Survey Design Institute Limited Company，Quanzhou 362000，China)

Abstract:Taking the foundation pit engineering of a science and technology city C block as an example，combining with the engineering geological conditions and surrounding environment conditions，formulated the foundation pit support design scheme，calculated the soil lateral earth pressure and pillar strength，introduced the foundation pit precipitation design key points，and put forward the specific foundation pit monitoring method，ensured the security and stability of foundation pit retaining structure．

Key words:foundation pit，retaining structure，soil pressure，monitoring project，settlement observation

作者簡介:莊文澤(1968-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-21

文章編號:1009-6825(2016)01-0072-03

中圖分類號:TU463

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A