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某科技城C 地块基坑围护设计

2016-04-07庄文泽

山西建筑 2016年1期
关键词:沉降观测围护结构基坑

庄文泽

(福建泉州勘测设计院有限公司,福建泉州 362000)



某科技城C 地块基坑围护设计

庄文泽

(福建泉州勘测设计院有限公司,福建泉州362000)

摘要:以某科技城C地块基坑工程为例,结合该工程地质条件及周边环境条件,制定了基坑围护设计方案,计算了土层侧向土压力及立柱强度,介绍了基坑止降水设计要点,并提出了具体的基坑监测方法,保证了基坑围护结构的安全性与稳定性。

关键词:基坑,围护结构,土压力,监测项目,沉降观测

1 工程概况

拟建某科技城C地块深基坑位于香山路和江东街交会处东南侧,北侧为四路(隔马路为A地块基坑),东侧为青石路。C地块±0.00 m相当于绝对标高+7.40 m。基坑挖深为6.1 m~8.0 m。拟建场地属Ⅱ级复杂场地。该基坑用地面积约为20 000 m2,包括3幢地上建筑和1层地下室。建筑物采用框架结构,最大单柱荷载标准值为23 000 kN,拟采用钻孔灌注桩基础设计方案。

2 工程地质条件及周边环境条件

基坑四面均为马路,下设通讯电缆、煤气管线等设施。北侧隔马路为基坑(A地块),拟建场地地形总体较为平坦,地面高程在4.87 m~8.78 m(吴淞高程系)之间。对照场地地形图看,场内原有沟塘已被填埋整平。场地地貌单元属长江漫滩。在基坑影响深度内场地岩土层可分为两大层,土层各层参数见表1。1)浅层潜水含水层组由覆盖层上部的①人工填土层、②-1淤泥、②-2粉质粘土、②-3粉质粘土,以及②-4粉细沙构成。2)弱承压含水层组由覆盖层下部的③-1粉质粘土、③-2粉质粘土构成,隔水底板为下伏基岩,其含水丰富,给水性和透水性好,属透水地层。地下水位随季节不同有升降变化,其年变幅较潜水小,约为0.5 m。根据该孔水位恢复试验计算结果,该含水层组综合渗透系数k=1.27× 10-3cm/s。

表1 基坑设计参数表

3 基坑围护设计方案

本基坑工程的特点开挖深度较深,地质情况较差,周边环境制约因素较多。本基坑工程开挖必须确保周围建(构)筑物安全使用,因此必须满足围护结构的稳定性好、变形量小的要求。

综合本工程特点,为了减少基坑开挖对周围建(构)筑物的影响,经过计算分析以及其他方案的比较,确定了本基坑工程的支护形式:1)基坑外围坑采用钻孔灌注桩作为排桩支护,并设置一道钢筋混凝土内支撑。2)排桩外围采用双轴深层搅拌桩作止水帷幕。3)基坑内地下水采用集水明排形式。结合周边环境及开挖深度将基坑分为AB,BC,CD,DA四个计算区段。

4 土层侧向土压力计算(以AB段为例)

该段为基坑西侧,建筑±0.00相当于绝对标高+7.40 m,该断面标高为+7.00 m,实际挖深7.0 m。支撑设在+5.00 m处。实际桩顶标高为4.65 m,嵌入圈梁5 cm。圈梁顶上部至地面砌砖。结构外侧地面附加荷载q=20 kPa,计算时以J58孔为例。

主动土压力计算:

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。

被动土压力计算: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。

净土压力计算(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。

土压力强度零点位置计算:假设近似零弯点距基坑地面距离为hcl,根据关系式列出方程得17.5×hcl×1.922+36.06=55.98解之得hcl=0.59 m,土压力对弯矩零点的总力矩,基坑开挖深度为7.0 m时,基坑侧壁受到的土压力如图1所示。

图1 AB段土压力分布图

参照图1压力计算示意图,求得土压力对弯矩零点的总力矩为: Ma=442.16 kN·m/m。

支撑轴力计算:主动土压力对零点弯矩经计算为:∑Ma= 442.16 kN·m/m,由∑MD=0得:R=442.16/(7+0.59-2)= 79.10 kN/m。

桩长计算:设桩端进入②-3层顶面以下x米处,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。

总判别式: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。

取桩长H=7.0+6.6+1.9=15.5 m,施工后实际桩长14.45 m(因施工需要上部截去处理)。经电算验算,满足要求。

5 立柱强度计算

立柱分上下两段,坑底以下采用钻孔钢筋混凝土灌注桩,上段采用φ325×10钢管。

1)立柱上段所承受的竖向压力P1=409.7 kN;2)使支撑纵向稳定所需的水平压力产生的竖向荷载P2=91.2 kN;3)φ325×10钢管特征系数及强度验算: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],下段钢筋混凝土立柱强度验算:取立柱桩径800,基坑面下桩长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;实取L=13 m,配筋:主筋为12Φ18,螺旋筋Φ8@200,上部加密,加强筋Φ14@2 000。

AB段支护剖面图见图2。

图2 AB段支护剖面图

6 基坑止降水设计

止水桩长确定坑外水位取地面下1.0 m,坑内水位取地面下7.50 m。

D=5.4 m,止水桩长为:h=7.5+5.4-1.0=11.9 m,取12 m。基坑止水帷幕设计:基坑开挖范围内暗塘分布,结合本基坑的岩土工程地质等情况,确定双轴深层搅拌桩有效桩长为12 m。基坑止水帷幕采用一排2φ700@900的双轴深搅桩,桩体搭接250 mm。降水设计:本基坑周围采用单排双轴深搅桩做止水帷幕,基坑内设集水坑排水。

7 圈梁设计计算

本设计共分为4个段面,混凝土支撑直接作用于圈梁上,4个段面的作用力分别为79.01 kN,91.18 kN,55.44 kN,74.04 kN。设计圈梁均为800×1 100,C30混凝土,取最不利地段计算(取作用力为91.2 kN):

正截面强度计算=91.2×92×1.25=769.5 kN·m。

аs=0.059;γs=0.970;As=2 483 mm2。

实配:上下均为8Φ22(HRB335)有:As=3 041 mm2>ρmin= 2 640 mm2。

斜截面强度计算:V=3 045.9 kN>V0.7=852.9 kN>V按构造配筋:取Φ8@200四肢箍。

8 基坑监测方案

本基坑工程监测等级为一级,在基坑支护结构的施工与使用过程中,应对支护结构和已有建筑物(含道路、管线)进行信息化监测。应由建设方委托具备相应资质的第三方对基坑工程实施现场监测。监测项目如下:

1)坡顶水平及沉降位移监测:沿坡顶每隔15 m~20 m布置一个观测点,共布置24个监测点。

2)深层水平位移监测:在支护桩外侧共设置16个深层水平位移观测点。孔深不小于支护桩桩长。

3)基坑周边道路沉降观测:沿周边道路每15 m~20 m设一沉降观测点,约38个。

4)基坑周边建筑物沉降观测:每幢建筑物上布置不少于4个~6个沉降观测点。

5)内支撑轴力应力:共布设12组应力监测点。

监测与测试的控制要求:根据GB 50497—2009建筑基坑工程监测技术规范要求,当监测项目的变化速率达到表中规定值或连续3 d超过该值的70%,应报警;建筑整体倾斜度累计值达到2/1 000或倾斜速率连续3 d大于0.000 1H/d(H为建筑物承重结构高度)时应报警。

9 结语

1)本地块长约147 m,宽约129 m,降水方案为采用单排双轴深搅桩做止水帷幕,基坑内设集水坑排水,计算得出钻孔灌注桩的入土深度与内部配筋、基坑内支撑的布置形式与配筋,通过实际验证该方案经济、可行,对类似的工程有一定的借鉴作用。

2)本基坑工程开挖必须确保周围建(构)筑物安全使用,因此必须满足围护结构的稳定性好、变形量小。基坑土方必须分层、分段均衡开挖,边开挖边支护的原则;在开挖过程中,应采取措施防止碰撞或损伤支护结构、工程桩或扰动基底原状土,严禁超挖。

参考文献:

[1]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[2]高大钊.软土深基坑支护技术中的若干土力学问题[J].岩土力学,1995(3):32-41.

[3]余志成,施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[4]陈忠汉.深基坑工程[M].北京:机械工业出版社,1999.

[5]熊智彪.建筑基坑支护[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[6]朱合华.地下建筑结构[M].北京:中国建筑工业出版社,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

作者简介:庄文泽(1968-),男,工程师

收稿日期:2015-10-21

文章编号:1009-6825(2016)01-0072-03

中图分类号:TU463

文献标识码:A

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