大型基坑群基坑工程施工方案优化设计.docx

大型基坑群基坑工程施工方案优化设计朱 桂 新(西宁市城市交通投资建设有限公司 , 青海 西宁 810001)摘 要 : 以西宁火车站综合改造工程总体项目大型基坑群为例 ,综合考虑安全 、工期 、造价等因素 ,对该基坑支护设计和施工组织方案进行了多次比选和合理优化 ;将原方案一桩到底和框架格构梁 + 预应力 锚索方案优化为上部土钉墙 + 下部排桩锚杆联合支护体系 ,有效地控制了基坑开挖过程中产生的变形 , 简化了施工工序 ,有效节约了大量建设资金 。关键词 : 大型基坑群 ;施工组织 ;基坑支护 ;施工顺序中图分类号 : TU47文献标识码 : A文章编号 : 1672 1144 (2012) 04 0151 05Optimization Design f or Construction Scheme of LargeFoundation Pit Group EngineeringZHU Gui2xin( Urban Transportation Investment and Construction Co. , Ltd . of Xining City , Xining , Qinghai 810001 , China)Abstract : Taking the large foundation pit group in Xining Railway Stations comprehensive renovation project for exam2ple , the supporting design and construction organization scheme of the foundition pit are selected for many times and opti2 mized rationally by comprehensively considering the factors as safety , time , cost and so on. The original scheme , with the framework on a pile of prestressed anchor lattice beam , is optimized to a new scheme , which is a combination sup2 porting system with the upper soil2nail wall and bottom row2pile . Through the new scheme , the excavation distortion of the foundition pit is controlled effectively , the construction process is simplified , and a lot of construction funds are saved effectively.Key words : large pit group ; construction organization ; f oundation pit supporting ; construction sequence随着国家经济的发展和城市化建设步伐的加快 ,在用地日益紧张的西宁 ,开发地下空间已成为一 种必然趋势 。西宁火车站综合改造工程总体项目是 建国以来西宁市规模和投资最大的综合性项目 ,包 含 4 个同步建设的子项目 ,每个项目的施工均需进 行深基坑支护 ,因此该项目地下空间开发形成了一 个同步进行的特大型基坑群 。西北地区类似深基坑 支护结构设计和施工方案研究匮乏 ,如何合理地设 计基坑支护和施工方案 ,做到既经济合理又安全可巷 ,西至共和路以西 360 m ,南起七一路 , 北至兰西高速公路南辅道 。东西长约 1 . 4 km ,南北宽约 1 . 2 km ,总面积约 2 km2 ,如图 1 所示 。涉及深基坑支护 的改造工程除湟水河暗涵工程外还有 :(1) 地下空间工程 :位于西宁火车站南侧 ,东侧 为火车站商业大楼 ,西侧为浙江商厦 ,南邻祁连路和互助路 。地下空间工程为全埋式两层地下室 ,局部 为三层 ,且与地铁出入口相连 。平面呈“一”形 ,分为2 个标段 , 开挖深度为设计地面标高下 11 . 00 m16 . 00 m 。基坑开挖面积约为 72 000 m2 。(2) 隧道交通工程 : 现状祁连路 - 互助路在火 车站南通过 ,经综合改建后 ,祁连路 - 互助路改由火 车站前以下穿隧道形式通过 ,隧道紧邻地下空间布 置 ,位于地下空间南侧 。该隧道与轨道交通平面呈靠 ,成为此基坑工程的重要研究课题之一1 - 41 工程概况1 . 1基坑群概况西宁火车站综合改造工程总体项目东起勤奋。收稿日期 :2012203229修稿日期 :2012204223作者简介 :朱桂新(1978 ) ,女( 汉族) ,陕西礼泉人 ,工程师 ,主要从事项目建设管理工作。标段 ,面积为 9 522 . 7 m2 。开挖深度为设计地面标高下 9 . 00 m11 . 00 m 。(3) 地铁西宁站 : 火车站地铁站为西宁市轨道 交通一号线的中间站 ,地铁车站位于下穿隧道下方 ,连路隧道 , 地下二 、三层分别为地铁站厅 、站台层 。基坑开挖深度为设计地面标高下 16 . 00 m26 . 00 m 。图 1 西宁火车站基坑平面示意图1 . 2工程特点(1) 本工程地处西宁较为繁华的城区 ,场地周 边环境条件复杂 :周围分布的建 (构) 筑物较多 、道路 纵横交错 、管线密集 ; 湟水河从场区西南部流过 ,特 别是管线改迁后 , 距离隧道东西两侧 、地铁南侧较 近 。(2) 本工程为特别巨大的基坑工程 : 基坑开挖 深度较深 ,一般深度为 11 . 0 m16 . 0 m ,最深达 26 . 0 m ;基坑开挖面积约 16 万 m2 ,土石方量约为 350 万 m3 。因此 ,本基坑工程的支护工作量 、地下水治理工 作量 、土石方挖运工作量相当巨大 。(3) 场地岩土工程地质条件与水文地质条件复 杂 ;基坑开挖深度范围内岩土层力学性质较好 ,对基 坑整体稳定性有利 ,但场区岩土条件较为特殊 ,第 层卵石不利于支护桩 、锚杆的施工 ,且为主要地下水 含水层 ,渗透性大 ,与湟水河河水有较密切的联系 , 基坑围护须对该层进行防渗处理 ; 基坑侧壁及基底 的岩层 ,夹块状或薄层状石膏 ,局部夹砂岩 ,软塑 - 可塑 - 坚硬 ,节理裂隙发育 ,岩石破碎 ,遇水极易软 化 ,长时间暴露在空气中易崩解 ,为典型的强盐胀性 岩土 ,对基坑的围护及稳定不利1 ,5 。杂填土 (Q4me) : 灰褐色 、灰黄色 ,稍密 ,稍湿 。上部主要为建筑垃圾 。夹少量粉土及煤渣 、砾石 、砖 块等 。下部以粉质土为主 。厚 1 . 3 m5 . 7 m 。粉土 (Q41al + pl) :褐黄色 ,湿 饱和 ,稍密 ,以粉土为主 ,内含石膏颗粒 ,切面无光泽反应 ,干强度 低 ,韧性低 。该层层顶埋深 1 . 4 m2 . 7 m ,厚度 1 . 1m4 . 1 m 。卵石 (Q4al ) : 青灰色 、灰白色 ,稍密 - 中密 ,湿饱水 。砾卵石成份多为石英岩 、石英砂岩 、花岗岩 及变质岩等 。最大粒径大于 146 mm ,一般 5 mm50mm ,其中粒径大于 20 mm 的卵石约占 55 %75 % ,2mm20 mm 的砾石约占 15 %25 % ,粉粘粒含量小 于 5 % ,其余多为中粗砂 。埋深 1 . 3 m5 . 7 m ,层厚0 . 9 m3 . 1 m 。- 1 强风化层 ( E) :以青灰色 、砖红色 、褐红色 泥岩为主 ,夹块状或薄层状石膏及石膏岩 ,局部夹砂岩 。软塑 可塑 坚硬 。节理裂隙发育 ,岩石破碎 ,岩芯多呈碎石状及短柱状 ,遇水极易软化 ,长时间暴 露在空气中易崩解 。岩体基本质量等级 级 ,定性分类属极软岩 ,岩体完整程度属较完整 。埋深 4 . 6 m9 . 0 m ,层厚 4 . 8 m8 . 6 m 。中风化层 ( E) : 以青灰色 、灰白色石膏岩为 主 ,夹褐红色 、青灰色泥岩薄层 ,石膏岩泥岩呈互层状 ,软硬相互 ,泥岩较软石膏岩较硬 。埋深 8 . 2 m13 . 5 m ,层厚 10 . 6 m16 . 6 m 。依据岩性特征分为- 1 中风化石膏岩和 - 2 中风化泥岩 。岩体基 本质量等级 级 ,定性分类属软岩 ,岩体完整程度属 较完整 。- 1 中风化石膏岩 ( E) : 以青灰色 、灰白色石膏岩为主 ,夹青灰色泥岩薄层 。节理裂隙较发育 ,岩 石破碎 ,岩芯多呈碎石状及短柱状 ,吸水率较大 ,遇 水极易膨胀 。- 2 中风化泥岩 ( E) : 以褐红色 、青灰色泥岩 为主 ,夹大量块状或薄层状石膏及石膏岩 。节理裂工程地质条件根据西宁市祁连路下穿隧道工程地质勘察报 告(青海九 六工程勘察设计院 2010 年 6 月) ,该 场地地质条件为 :2 . 1地基土岩性特征拟建场地位于湟水河北岸 级阶地及高漫滩 ,地形起伏较大 , 总的趋势是西高东低 。海拔高程2 209 . 31 m2 216 . 11 m ,相对高差 6 . 8 m ,场地无不 良地质现象 。地基土在勘探控制深度内自上而下依次为第四 系杂填土 、粉土 、卵石及第三系石膏岩夹泥岩 ,其岩 性特征如下 :2碎石状及短柱状 ,长时间暴露在空气中易崩解 。微风化层 ( E) : 褐红色 、青灰色 、灰白色 ,石膏 岩泥岩呈互层状 ,软硬相互 ,泥岩较软石膏岩较硬 。 节理裂隙不太发育 ,沿裂隙面发育有针状石膏岩体 。程度属较完整 。埋深 21 . 0 m28 . 6 m ,最大揭露厚度 22 . 6 m (未揭穿) 。依据岩性特征分为 , - 1 微 风化泥岩和 - 2 微风化石膏岩 。岩体基本质量等 级 级 ,定性分类属软岩 ,岩体完整程度属较完整 。图 2 典型地质剖面图- 1 微风化泥岩 ( E) : 以红褐色 、青灰色泥岩为主 ,夹石膏岩薄层 , 内含纤维状石膏或石膏岩晶 体 。节理裂隙不太发育 ,岩石较致密坚硬 ,岩芯呈长柱状 ,岩体完整 ,岩质较新鲜 ,长时间暴露在空气中 易崩解 。- 2 微风化石膏岩 : 以青灰色 、灰白色石膏岩 为主 ,夹青灰色泥岩薄层 ,节理裂隙不太发育 ,岩芯 多呈短柱状柱状 ,吸水率较大 ,遇水极易膨胀 。2 . 2 水文地质条件场地赋存第四系松散岩类孔隙潜水 ,初见水位 埋深 2 . 0 m4 . 6 m ,稳定水位埋深 1 . 8 m4 . 3 m ,地 下水位标高为 2 205 . 31 m2 213 . 11 m ,含水层主要 为全新统冲积卵石层 ,厚 0 . 9 m3 . 1 m ,隔水底板为第三系泥岩 ,地下水由西南流向东北 ,以地下径流形 式排泄于下游地区 ,最终排泄于湟水河 ,动态变化季 节性明显 ,年水位变幅 0 . 5 m1 . 0 m 左右 ,水量比 较丰富 ,该层水位受地面排水影响较大 ,导致地下水 位起伏较大 。需要解决的首要问题 。由于地铁站工程基坑 、祁连路 互助路下穿通 道基坑均紧临湟水河 ,若不先期实施湟水河改造工 程 ,河水一旦灌入或渗入基坑 ,则对基坑的施工与安 全造成极大的危害 。因此 ,经过多次论证5 - 7 ,决定 在湟水河两岸修建暗涵 ,在各基坑施工时河水改移 至两侧的暗涵中流排 ,将现状湟水河疏干 ,工程竣工 后亦可改作景观 。另外 ,第 层卵石层为场区主要 地下水含水层 ,且渗透性大 ,基坑围护须慎重对待 。 结合当地经验 ,初拟沿基坑四周设置厚 600 mm 的素 混凝土 C15 地下连续墙止水帷幕 ,且地连墙止水帷 幕须进入 - 1 层 1 . 5 m ,对基坑内的地下水采用明 排与疏干降水井相结合进行处理 。随着地下空间 2 标基坑的开挖 ,降水方案改为 :地下水上游处即基坑 西北侧做地连墙 ,其余部分沿基坑周边采用间距 18 m25 m 不等 、井径为 600 mm 的管井降水方案4 。 为防止地表水流入基坑或雨水冲刷坡面 ,影响基坑 土体稳定性 ,在基坑顶部距坑边 1 . 00 m 处设置 300 mm 300 mm 排水明沟 ; 在坑底为排净基坑内的地 下裂隙水 ,周边设置 300 mm 300 mm 排水明沟 ,每 隔 30 m 设置一个深度不小于 1 . 0 m 的集水井4 。基坑群体量巨大 ,不同的支护方案在工期 、造价3 基坑支护方案的选择与施工3 . 1基坑支护方案的分析与优化由前述可知地表水及地下水的治理是支护方案全的前提下降低工程造价 、提高经济性以及施工的方便性成为基坑支护方案选型的重要问题 。 原某设计院基坑支护结构方案选择为 : 开挖较浅且环境条件允许的部位 ,采用二级放坡 + 土钉 挂网喷射混凝土 150 mm 厚面层护坡 ,坡面设置泄水孔 ; 对开挖较深的坑中坑部位 ,采用三 、四级放坡+ 格构式锚索 ( 杆) 支护体系 。从安全稳定方面看 , 此支护方案有一定的优越性 ,但从经济效益 、施工工 艺等方面看 ,此方案不尽合理 。根据经验 ,在充分了解该工程周边环境 、地质资料基础上 ,考虑到施工工 期和工程造价 ,将基坑支护结构总体设计方案优化 为 : 开挖较浅且环境条件允许的部位 ,采用二级 放坡 + 土钉挂网喷射混凝土 80 mm 厚面层护坡 ,局 部坡面设置泄水孔 ; 对开挖较深的坑中坑部位 ,放坡 ; 对于无放坡空间 ,环境条件较为紧张的部位 ,如主站房与站前广场地下室之间的基坑采用桩 锚支护 ,垂直开挖8 - 10 。土钉支护结构 :采用不同坡率放坡 ,中间设 2 m宽的平台 ,土钉长度 L = 6 . 0 m9 . 0 m ,呈梅花形布 置 ,间距 1 . 50 m 1 . 50 m 。支护桩采用钻 ( 冲) 孔灌 注桩 :桩径 d = 800 mm ,桩中心距 s = 2 000 mm ,只在 轨道交通基坑和局部变形要求较高的基坑周边布 置 ,桩长有 10 m 、11 . 5 m 、16 m 三种 ,混凝土强度为C35 ,桩身配筋采用弯矩最大处加密的优化方案配 筋 。预应力锚杆排数和长度根据实际情况设置 ,水 平间距同支护桩间距 。基坑围护典型剖面如图 3 所 示 。图 3基坑围护典型剖面图3 . 2施工顺序在包含多个同步 、交叉 、先后施工的基坑群中 , 如何加快每个子项目的施工进度 ,满足工期目标 ,降 低工程造价 ,并妥善解决相邻地块之间相互影响问 题是施工组织应解决的关键问题 。西宁火车站综合改造涉及到地下空间工程 、隧 道交通工程 、地铁西宁站和湟水河暗涵工程 ,其平面 交错 、立面分层 。根据本工程所在地区的交通状况 、 水文地质与工程地质条件 、开挖深度 、平面关系 ,拟 定本工程的施工顺序为 : 先治水 ,后施工围护结构 ; 先核心区域 、后两边 ; 先施工深的部位 ,再施工浅的 部分 ; 同时应根据场地的交通状况 , 调整施工顺结语4随着西宁城市化建设的加速 ,城市用地越来越拥挤 ,建筑场地周边环境越来越复杂 ,根据场地环境 的不同 ,结合当地经验采用不同的支护型式 ,将原方案进行合理优化 。将原方案一桩到底和框架格构梁+ 预应力锚索方案优化为上部土钉墙 + 下部排桩锚 杆联合支护体系 ,上部通过采用坡度尽可能缓的土 钉墙 ,卸除土体荷载 ,有效减小了主动土压力 ; 下部 采用在桩身最大弯矩处局部加密配筋优化的桩锚支 护结构 ,有效地控制了基坑开挖过程中产生的变形 , 简化了施工工序 ,降低了工程造价 。另外在基坑降 水和基坑土钉墙支护 、施工顺序等方案的优化也在序1 ,11。陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程 S . 北京 :中国建筑工业出版社 ,2009. 建设部综合勘察研究设计院. J GJ / T 111 98. 建筑与市 政降水工程技术规范S. 北京 :中国建筑工业出版社 ,1998.黄雪峰 ,李 佳 ,崔 红 ,等. 非饱和原状黄土垂直高边 坡潜在土压力原位测试试验研究 J . 岩土工程学报 ,2010 ,32 (4) :5002506.程良奎. 岩土锚固研究与新进展 J . 岩石力学与工程 学报 ,2005 ,24 (21) :380323811.朱彦鹏 ,罗晓辉 ,周 勇. 支挡结构设计M . 北京 : 高 等教育出版社 ,2008.卢明涛 ,邢心魁 ,宋战平. 武汉某深基坑工程监测分析J . 水利与建筑工程学报 ,2011 ,9 (4) :1092111.了大量资金 ,可为类似特大型基坑群支护方案选型分析提供参考和借鉴 。7参考文献 :刘建航 ,侯学渊. 基坑工程手册 ( 第二版) M .国建筑工业出版社 ,2009.北京 : 中18陈忠汉 ,黄书秩 ,程丽萍. 深基坑工程 M .工业出版社 ,1999.北京 : 机械2孔令伟 , 陈正汉. 特殊土与边坡研究进展综述报告C / / 第十一届全国土力学及岩土工程学术论文集 ,2011 :1225.3910赵志缙 ,赵帆. 深基坑工程技术的进步与展望J . 建4筑技术 ,2003 ,34 (2) :88293.中国建筑科学研究院. J GJ 120 99. 建筑基坑支护技术 规程S. 北京 :中国建筑工业出版社 ,1999.115(上接第 147 页)不同烈度下隔震层的位移时程分析不同烈度下隔震层的位移时程见图 11 。(2) 隔震结构层间