（土木工程专业论文）平喷锚网支护技术在河北艺术中心基坑工程中的应用研究.pdf

中文摘要 随着地下空间的开发和利用变得目益重要，深基坑工程的数量急 剧增加，在许多各种场地和环境条件的限制下，深基坑支护设计与施 工还存在着安全性和经济性两方面的技术热点和难点问题。本文针对 深基坑开挖工程中的平喷锚网支护技术问题进行了应用研究。本文结 合对河北艺术中心深基坑工程施工过程的详细介绍，对该工程深基坑 平喷锚网支护工程方案的选择、设计及计算的条件、原理、方法和结 果进行了深入分析。在此基础上，通过搜集、分析大量工程技术资料 和总结工程实践经验，针对河北艺术中心深基坑支护工程的特点，研 究了深基坑平喷锚网支护的施工工艺、质量及安全保证措施，评析了 各种设计参数对“平喷锚网深基坑支护”工作性能的影响以及注意 事项，同时提出了各种复杂施工条件下基坑安全和施工质量的保证措 施，从而重点解决了河北艺术中心深基坑开挖工程遇到的垂直支护关 键技术难题。最后，对该工程深基坑平喷锚网支护方案进行了经济技 术分析。本文对平喷锚网支护的研究，为确保河北艺术中心深基坑工 程旌工达到技术先进、经济合理、施工迅速的目标做出了积极的贡献， 并为平喷锚网支护技术在同类工程中的应用提供了可靠的工程实践 经验和技术保证。 关键词：深基坑、支护、锚杆、平喷锚网支护法 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gd e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no f u n d e r g r o u n ds p a c e ， t h e r ei sa r a p i d r i s ei n d e e p f o u n d a t i o n p i tp r o j e c t s t h ed e s i g n a n d c o n s t r u c t i o no f d e e pf o u n d a t i o np i ts u p p o r tr e m a i nh o ti s s u e sa n dt e c h n i c a l k n o t si nr e s p e c t so f s a f e t ya n de c o n o m yd u et om a n yl i m i t a t i o n so fv a r i o u s g r o u n d a n dc i r c u m s t a n c ec o n d i t i o n s t h ep r e s e n tt h e s i sr e s e a r c h e si n t ot h ea p p l i c a t i o no fh o r i z o n t a ls p r a y e d a n c h o rn e ts u p p o r tt e c h n o l o g yi nd e e pf o u n d a t i o np i tp r o j e c t f i r s t ，w i t ht h e d e t a i l e di n t r o d u c t i o no ft h ec o n s t r u c t i o no ft h ef o u n d a t i o ni nh e b e ia r t c e n t r e p r o j e c t ，t h e t h e s i s a n a l y s e s i t sf o u n d a t i o n p i t h o r i z o n t a l s p r a y e d a n c h o rn e ts u p p o r tp l a n ，i n c l u d i n gp l a n s e l e c t i o n ，p l a nd e s i g n ，c a l c u l a t i o n c o n d i t i o n ，c a l c u l a t i o np r i n c i p l e ，c a l c u l a t i o nm e t h o da n dt h er e s u l t b a s e do n t h ea b o v e ，t h r o u g ht h ec o l l e c t i o na n d a n a l y s i so fm a n y t e c h n i c a ld a t aa n dt h e s u m m a r yo fp r a c t i c a le x p e r i e n c e ，t a k i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fh e b e ia r t c e n t r ep r o j e c ti n t oa c c o u n t ，t h et h e s i ss t u d i e st h ew p r k i n gp r o c e s s ，q u a l i t y a n d s a f e t yg u a r a n t e em e a s u r e so fh o r i z o n t a ls p r a y e da n c h o rn e ts u p p o r t ； a n a l y s e s a n de v a l u a t e st h ee f f e c to fd i f f e r e n t d e s i g np a r a m e t e r s o nt h e w o r k i n gp e r f o r m a n c ea n d a l s ot h ep o i n t sf o ra t t e n t i o nw h e n s e l e c t i n gd e s i g n p a r a m e t e r s ；m e a n w h i l e ，p r o p o s e sg u a r a n t e em e a s u r e sf o rc o n s t r u c t i o ns a f e t y a n dq u a l i t yu n d e rd i f f e r e n tc o m p l e xc o n d i t i o n s ；t h u s ，t h ev e r t i c a l s u p p o r t t e c h n i c a lp r o b l e mi ss o l v e di nt h e d e e pf o u n d a t i o ne x c a v a t i o nw o r k s f i n a l l y e c o n o m i ca n dt e c h n i c a l a n a l y s i s i sm a d eo nt h e d e e p f o u n d a t i o n p i t h o r i z o n t a ls p r a y e da n c h o rn e t s u p p o rp l a no f h e b e i a r tc e n t r e p r o j e c t t h ep r e s e n tr e s e a r c hw o r kh a sm a d ec o n t r i b u t i o nt oe n s u r et h a tt h e c o n s t r u c t i o no ff o u n d a t i o nw g i r k si nh e b e ia r tc e n t r ec a na c h i e v et h eo b i e c t o fa d v a n c e d t e c h n o l o g y , r e a s o n a b l ec o s t sa n ds h o r t a r kp e r i o d ，a n da l s ot o p r o v i d e r e l i a b l e p r a c t i c a le x p e r i e n c e a n dt e c h n i c a l g u a r a n t e e f o rt h e a p p l i c a t i o no fh o r i z o n t a ls p r a y e da n c h o rn e ts u p p o r tt e c h n o l o g yi ns i m i l a r p r o j e c t s k e yw o r d s ：d e e pf o u n d a t i o np i t ，s u p p o r t ，a n c h o rr o d ，h o r i z o n t a ls p r a y e d a n c h o rn e ts u p p o r t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文足本人在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼 太坐或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 学位论文作者签名菇乞够签字日期鳓月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼太堂有关保留、使用学位论文 的规定。特授权云洼太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名彳参鸺铷签名 签字日期卫“哆年月日 签字日期：土蟛年罗月彭日 第一章概述 第一章概述 1 1 河北艺术中, b - r 程项目概述 河北艺术中心工程是河北省“九五”期间精神文化建设的重点工程，省委 省政府对这项工程十分关注，将其列为向国庆5 0 周年和澳门回归的献礼工程。 该工程实际总投资2 9 8 亿元，是河北省历史上最大、最现代化的文化艺术建筑， 也是世界三大杂技赛场之一，作为重要表演场馆成功承办了2 0 0 0 年“中国吴桥 国际杂技艺术节”。 该工程位于河北省石家庄市，裕华西路北侧，东邻石家庄火车站，交通非 常便利，西距河北省政府1 5 0 0 m 。建设场地为东西宽1 5 9 9m ，南北深1 4 9 9 m ， 东西两侧为规划道路，红线宽度1 5m ，北侧规划道路红线宽度1 8m 。工程占地 2 4 0 0 0 m 2 ，折合3 6 亩。场地周围均为民房。 工程由主馆( 杂技馆) 、音乐厅、地下车库和室外广场四部分组成，总建筑 面积3 2 0 5 9i l l 2 ，其中主馆建筑面积2 2 0 6 7i l l 2 ，音乐厅5 3 9 8m 2 ，地下车库4 5 9 4i n ：。 主馆有2 7 8 0 个座位，音乐厅9 8 0 个座位，车库可以容纳1 3 2 个车位。建成后的 河北艺术中心具备能演杂技、马戏、曲艺、大型交响乐、小型体育比赛、综合 文艺节目、时装表演、大型歌舞、电影等各项功能，同时本工程配备了先进的舞 台机械、音响、灯光设备，舞台机械是从英国t t 公司逆口的，包括主升降台、活 动车台、旋转台、气垫台及升降乐池。其中4 0 x1 6 o m 的车台、8 0 4 o m 的 主升降台、3 0 m 商径的旋转升降台和1 2 0m 2 的升降乐台均为国内一流。 河北艺术中心工程为大型公共一类建筑，耐火等级为一级，抗震设计按7 度设防。本工程结构复杂，基础形式多样，有桩基、筏基、条基、独立基础等。 结构为框架剪力墙结构。1 9 9 7 年7 月1 日经河北省委5 届5 2 次常委会审定方案。 1 9 9 7 年8 月15 同河北建工集团以总承包方式中标承担工程的建设任务。】9 9 7 年9 月2 8 日正式破土动工，1 9 9 9 年l o 月5 日投入使用。本工程施工质量总体状 况优良，单位工程被评为优良，并获得了省级文明工地荣誉称号。目前建成后的 河北艺术中心已成为石家庄市重要景点和举办各种活动的重要场馆。 第一章概述 1 2 深基坑支护技术国内外现状及发展趋势 1 2 1 深基坑支护技术国内外现状 深基坑工程是一个涉及面广的新兴学科，是随着土力学、计算技术、施工 技术和测试技术的进步而不断完善的。也是随着工程实践的不断扩大而逐步提 高的。 早在2 0 世纪4 0 年代p e c k 和 e r z a g h i 等人就对土方开挖的稳定和支撑的 内力等进行了研究并提出了计算方法。5 0 年代e i d e 和b j e r r u m 等人又分析了基 坑坑底的隆起问题，从此引起了科学家和工程技术人员对基坑工程的重视，开 始进行科学分析和计算方法的研究。此后随着世界各地深基坑工程的增多，在 建筑实践中开始逐步采用仪器进行监测，并制定了有关指导基坑土方开挖的规 定。 在我国2 0 世纪8 0 年代以前深基坑工程较少，除去北京在修建地下铁道时 有些较深的开挖之外，多不属于深基坑。在上海当时修建的多层和高层建筑的 地下室多为一层，深度一般不超过5 m ，采用常规的方法进行降水和开挖困难不 大。至8 0 年代末期我国开始出现一些较深的基坑，在北方地区由于土质较好、 地下水位低，已有l o m 以上的基坑；而在上海一带的软土地区，亦开始出现少量 的两层地下室，开挖深度8 m 左右，开始多应用钢板桩支护。但此时的计算方法 比较简单，多采用“等值梁法”、“弹性曲线法”等简易方法对支护结构进行计 算，对基坑的稳定研究较少。 进入2 0 世纪9 0 年代，我国的高层和超高层建筑进入一个迅速发展阶段。以 _ 匕海为例，1 9 9 1 年只有8 6 2 幢高层建筑，1 9 9 4 年发展至1 3 0 4 幢，1 9 9 6 年为1 9 5 3 幢，至今己超过2 0 0 0 幢。高层建筑在北京、上海、天津、广州、深圳、武汉、 重庆、大连、青岛等其他火中城市都发展迅速。随着高层建筑的发展，为了充 分利用地下空间，多层地下室逐渐增多，因而基坑的开挖深度也逐渐增大。工 程实践的增多，促进了基坑工程学科的发展，支护结构的形式逐渐多样化，水 泥土围护结构、钢板桩、钻孔灌注桩、挖孑l 桩、地下连续墙等有广泛应用。支 撑形式亦得到发展，钢支撑和各种形式的钢筋混凝土支撑都有应用。在设计计 算理论和计算技术方面提高更快，有限元方法和计算机的应用r 趋普及，大大 提高了计算精度。 与此同时，中国土木工程学会和中国建筑学会也多次召开了深基坑工程方 面的会议，交流研究成果和工程经验。近几年来，为了总结深基坑工程的设计、 施工经验，为了更好地指导工程实践，上海市、天津市、深圳市、广东省和武 第一章概述 汉市等陆续制订了一些基坑工程方面的地方技术标准，国家亦制订了国家行业 标准建筑基坑支护技术规程( j o j1 2 0 9 9 ) ”1 。这些深基坑工程方面的法规 的出现，对于进一步提高我国基坑工程的设计和施工水平有重要理论与实践意 义，也带来了巨大的经济效益和社会效益。 深基坑围护方法繁多，可谓五花八门，干差万别。粗略地给予分类可使问 题简化，便于研究和应用。分类可有各种不同的分法。可从结构形式上进行分 类，例如人工挖孔桩、钢板桩等是一种悬臂式结构，钢撑则是一种顶撑结构。 也可从受力特点不同进行分类，例如桩、板、墙、管、撑具有被动受力特点 喷锚网支护法则具有主动受力特点。基于此种原因，从各种方法的演变发展过 程作大致归类则更为简便、合理。在上述众多的方法中，人工挖孔桩资历最长， 己有1 0 0 余年历史了。经过逐步发展演化才出现了机械钻孔桩、钢板桩、预制 钢筋混凝土桩、地下连续墙以及深层搅拌桩各种支撑等。2 0 世纪7 0 年代以来， 世界各国在上述传统方法中大量引入锚固技术，出现了桩锚、板锚、墙锚、管 锚、撑锚等联合围护结构形式，获得了广泛的应用。如图际上著名的美国西雅 图c o lu m o i a 大厦基坑( 1 9 8 4 ) ；在国内，北京地铁西直门车站基坑( 1 9 7 6 ) ，都 是采用工字钢板加锚杆成功建造的。这种联合围护方法，是对传统桩、板、墙、 管、撑法的改良，称为改良传统方法或改良法。2 0 世纪9 0 年代初期，岩土深基 坑喷锚网支护法打入建筑市场，在建筑工程界引起极大震动和关注。此外，尚 有人们十分关注、在国外享誉很高，特别值得一提的锚钉墙方法等。由于注浆 法、拉锚等往往都不能单独使用，且为喷锚网支护法及锚钉墙法所包容，故不 单独分类。3 。 第一章概述 总之，从岩土深基坑围护方法的发展演变过程，并适当考虑其结构受力特 点、工作原理等情况，可将目前基坑围护方法( 除自然放坡外) 大致地分为以 下四类： f桩1 磊掣蓑筋混凝士桩 ( 1 ) 传统方法 善：鬻墙 l厂钢支撑 1 5 m ) ，土层自稳时间过短( 如 半小时或为零) ，则地下连续墙难以施作，或不经济：此时采用钢板桩，预制桩 或其它桩，施工都不可能，或极其困难；各类支撑则更是施作困难，开挖不便， 拆除费事。特别是出于传统方法，其受力性能欠佳，开挖过程中坑壁易产生较 大变形，甚至失稳破坏，危及施工人员安全及邻近建筑物稳定。事实上，许多 失稳破坏的基坑，大都是采用传统方法施作的。分析工程事故原因。在勘察、设 计、施工、监理、质检以及技术方案选择这几方面，尤其是施工质量问题引起人 们高度重视，但传统方法本身存在的悬臂式被动受力支挡结构的不合理性，及 其与2 0 世纪9 0 年代深基坑特别是不良工程地质条件下深基坑显著的不相适应 性也是重要因素。 1 2 1 2 改良方法的特点 改良方法( 桩锚、板锚、墙锚、管锚、撑锚) 是当今国内外较流行的方法， 在基坑围护工程中占有主导地位。改良方法的最大优点是安全度较高，且其设 计方法已基本形成，旌工工艺亦趋完善，近年来发展较快。即以深圳、广州为 例，目前较重要一点的工程。大都是采用桩锚、墙锚或板锚法建造的。为了减 少工程事故，有的城建管理部门还硬性规定，在某个深度以下，如采用人工挖 孔桩护壁，则必须加设锚杆，即采用桩锚法。这一作法客观上促进了该方法的 推广应用。 工程实践表明，采用改良法围护基坑，失效的概率的确很低。同传统法相 比，这正是改良法的先进之处，实质上这是在引入先进的锚固技术后，传统的 桩、板、墙、管、撑法，变成了桩锚、板锚、墙锚、管锚、撑锚法，受力性能大 为改善的结果。就挡土而言，在悬臂结构上端附近加一排或一排以上锚杆或拉 锚，即可简化为简支( 外伸) 梁或超静定( 外伸) 梁，挡土效果显然不同，e 体变 形将得到有效限制。 由上述可见，改良方法是对传统方法部分否定的结果，业已形成为一类在 受到广泛应用且行之有效的基坑围护方法，这无疑是一种了不起的技术进步。 然而，令人遗憾的是，采用改良方法建造的工程造价太高，工期过长，噪音大， 综合经济效益甚差。例如深圳某广场大厦基坑围护工程公开向社会招标，采用 撑法报价约1 0 0 0 万元人民币，采用桩锚法报价约1 3 0 0 万元，采用喷锚网支护 法报价仅7 9 0 万元。三种方案报价比约为1 ：1 3 ：0 7 9 ，最大相差4 0 。究其原 因，盖出于采用传统方法的护壁费原本就不低，加设钳杆后，安全度是提高了， 但同时又增加了锚固工程费，从而大大提高了工程总造价”1 。由此可见，改良方 法难以做到既安全又经济，两全其美。 第一章概述 总之，改良方法的历史和现实的作用与地位不容低估，它在生产活动中， 已经或正在并将继续在主导地位上发挥巨大作用。但是，除了较好的安全性之 外，它几乎原封不动地保留了传统方法的全部特点，因而其局限性明显。 1 2 1 3 深基坑喷锚网支护法特点 喷锚网支护是喷射混凝土、各类锚杆( 管、索、栓) 和钢筋网联合支护的简 称。经过各国科研人员长期艰苦探索和实践，使得该技术在国内外岩土高边坡、 大坝和山体、桥墩和塔座、地下电站厂房、机库和油库、铁路、公路隧道及矿 山巷道，人防工程中已获得广泛而成功的应用。 喷锚网技术不是岩土深基坑喷锚网支护法。岩士深基坑喷锚网支护法，是针 对不同工程地质条件尤其是特殊不良地质体如淤泥、流砂、软土及强膨胀土和 建筑设计要求所提出的一整套喷锚网支护参数设计计算方法和建造方法的总 称。它是总参工程兵科研三所获得国家人防委( 1 9 9 2 7 号文件) 科技进步一等奖 的科研项目“土中喷锚网支护设计方法的研究”成果的核心部分，并于1 9 9 2 年 首次在深圳文锦广场大厦基坑中应用成功。j 9 9 3 年，总参工程兵科研三所又以 “岩土深基坑喷锚网支护法”开题，对该方法作进一步完善，并组织在全国推广 应用，对日本、香港、澳门、台湾建筑工程界产生良好影响。1 9 9 5 年8 月，第 十届亚洲土力学与基础工程会议在北京召开，其问国内外2 0 0 多名专家对北京 两客站南广场地铁区间隧道工程的i 6 m 深回填砂夹石和砂黏土边坡支护表示出 极大兴趣。该工程即是采用喷锚网支护法施作的( 该工程由北京城建集团总承 包) ”1 。 采用喷锚网支护法围护岩土深基坑，完全摒弃了传统法及其被动支挡概念。 它具有技术先进性，显著的综合性社会、经济效益和广阔的应用前景。 深基坑喷锚网支护法，以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑边 壁土体固有力学强度、变土体荷载为支护结构体系的一部分为其基本原理。喷 射混凝土在高压空气作用下高速喷向土层表面，先期骨料嵌入表土层内，并为后 继料流所充填包裹，在喷层与土层间产生“嵌固层效应”，并髓开挖逐步形成全 封闭支护系统：喷层与嵌固层具有保护和加固表土层，使之避免风化和雨水冲 刷、浅层坍塌、局部剥落，以及隔水防渗等作用。锚杆( 索、管等) 内锚固段深深 锚固于滑移砸之外的主体内部，其外锚固端同喷网联为一体，可把边壁不稳定体 “危机”转移到内锚固段及其附近并消除于无形。钢筋网可使喷层具有更好的整 体性和柔性，能有效地调整喷层与锚杆内应力分布。喷锚网主动支护土体，并与 土体共同工作，具有施工简便，快速，及时，机动，灵活，辽用性强，随挖随支，挖完 支完，安全经济等特点。其工期一般比传统法短3 0 6 0 d 以上( 即省下全部打桩、 第一章概述 筑墙等的时间) ，工程造价低1 0 3 0 。支护最大垂直坑深，目前已达1 8 m ，建成 淤泥( 局部少量杂填土) 基坑深达l o m 。显而易见，喷锚网支护法不仅能有效地用 于一般岩土深基坑工程支护，而且能有效地用于支护饱和松砂、淤泥、厚杂填土、 饱和土、软土等不良地质条件下的深基坑。此外，它还能快速、可靠、经济地对 采用传统法或改良法旆作的将要或已经失稳的基坑工程进行抢险加固或滑塌处 理。 1 2 1 4 锚钉墙法特点 锚钉墙又称为土钉墙( s o i ln a jle dw a l l s ) 。锚钉墙足以短而密的锚钉安设 或打入基坑边壁土体内，将土体加固成为能自稳的重力式挡土墙结构。作为围护 基坑及边坡的一类方法，锚钉墙法形成于7 0 年代，发展于8 0 年代。美、法、德 国都曾对锚钉墙法作过较多的试验研究、理论分析计算和工程应用。其中比较 活跃的研究者和倡导者d a b r u c e ，r a j e w e l l ，i j u r a n ，g b a u d a n d ，k 1 7 a r r a g ， v e l i a s ，f s t o c k e r g r ie d i n g e r ，s r t h o m p s o n ，i tr m i l l e t ，c p l u m e l le ， f s c h l o s s e f ，p d e l a g e ，g k n o c h e n m u s ，j h 1 0 n g ，w i s i e c z k o w s k i ，j i ：c h o w 和e j c o r d i n g 等人。总的来说，该方法在国外享誉很高。近十余年来，我国 也有不少工程专家和学者如王步云等在关注和研究这一方法。该方法在我国还 需深入研究，尚未形成公认可靠的适合我国特定工程地质条件的设计计算方法， 工程应用例子不多”。 1 2 2 深基坑支护技术的发展趋势 纵观深基坑支护现状，各种支护方法的发展将会出现以下趋势。 随着国家经济建设发展，基坑围护工程也将随之发展、普及。与此同时，基 坑围护 ：程所暴露出的问题也将更复杂，各种围护方法并存局面将继续维持较 长时期。 传统方法的应用范围和工程应用概率将急剧减少，特别在深、差基坑中会十 分少见。改良方法在喷锚网支护法业已推广开来的地区将出现应用范围及工程 应用概率缩小的趋势，但在未推广喷锚网支护法的地区会继续发展，尤其在这些 地区的深、大、差基坑中将具有压倒优势。 深基坑喷锚网支护法，将在更大范围内得到推广应用，出现逐步取代传统方 法和改良方法的趋势。该方法本身从设计计算理论到施工工艺及专用设备机具 尚有若干需探讨、改进和完善之处，理论落后于实践的情况十分突出，尚需编制 相应的可资遵循的设计、施工规范和规定，亟需培训专业设计、建造及管理工程 技术人员，和专业旌工队伍，致使其推广应用的速度和范围受到一定影响。但随 第一章概述 着采用该方法所建造的工程越来越多，随着各级政府机关、建管部门和许多建筑 工程界著名专家、学者大力支持和倡导，该方法一定能够经受市场经济优胜劣汰 的选择和考验。 锚钉墙法将进一步受到研究、设计人员重视。但目前在我国仍处于在试验、 研究、积累经验阶段，距大规模推广应用尚有一定距离”5 。 1 3 本文的主要研究内容与主要目标以及本人所作工作 本文针对河北艺术中心工程实例，系统地研究了深基坑平喷锚网支护技术 在石家庄市地质条件下地应用。 本文的主要任务内容为： ( 1 ) 按照平喷锚网支护法的基本原理，分析了本工程基坑边坡的受力和稳 定情况，完成了基坑平喷锚网支护设计。 ( 2 ) 研究了深基坑平喷锚网支护的施工工艺、质量及安全保证措施。 ( 3 ) 评析了各种设计参数对“平喷锚网深基坑支护”工作性能的影响以及 泣意事项。 本文的主要目标为： ( 1 ) 完成了基坑平喷锚网支护设计。 ( 2 ) 提出了各种复杂越工条件下基坑安全和麓工质量的保证措旌。运用信 息法施工理论进行了施工，精心设计施工方案。 ( 3 ) 重点解决河北艺术中心深基坑开挖工程遇到的垂直支护的关键技术难 题。 ( 4 ) 为平喷锚网支护技术在同类工程中的应用提供可靠的工程实践经验和 技术保证。 本人所作的工作为： ( 1 ) 本人作为技术员、质检员参与了本支护工程的设计和施工的全过程。 ( 2 ) 本人与洛阳军龙岩土加固工程公司的技术人员一起，按照平喷锚网支 护法的基本原理，分析了本工程基坑边坡的受力和稳，二情况，完成了基坑平喷 锚网支护设计。 ( 3 ) 研究了深基坑平喷锚网支护的施工工艺、质量及安全保证措施。 ( 4 ) 评析了各种设计参数对“平喷锚网深基坑支护”工作性能的影响以及 注意事项。为确保河北艺术中心深基坑工程施工达到技术先进、经济合理、施 工迅速的目标做出了积极的贡献，并为平喷锚网支护技术在同类工程中的应用 提供了可靠的工程实践经验和技术保证。 第二章河北艺术中心深基坑支护方案分析 第二章河北艺术中心深基坑支护方案分析 2 1 河北艺术中心建筑工程特性以及深基坑支护问题分析 河北艺术中心工程为大型公其一类建筑，该工程实际总投资2 9 8 亿元，是 河北省历史上最大、最现代化的文化艺术建筑，也是世界三大杂技赛场之一。 本工程气势庞大、外形独特，类似悉尼海滨歌剧院的造型( 见图22 ) 。本工程为 框架剪力墙结构，平面复杂，东西长1 3 6 4 m ，南北宽9 5 6 m 。由于其功能独特造 成功能结构复杂。本工程施工场地狭小，工程基础深，土方工程量大。基础形 式多样，基础标高多。基坑工程施工周围环境不利。因此河北艺术中心工程能 否顺利完工，实现各项目标，基坑工程的施工能否顺和l 进行起着重要作用。 深基坑支护工程是一个涉及地质、建筑结构、土力学、管理学等多学科的 综合性的新兴边缘学科。目前，深基坑支护结构作为临时性措施来处理，设计 原则及规范条款很不完善，导致近几年基坑工程事故的时有发生，不少事故导 致重大的经济损失，建设工期延误，人员伤亡及社会不良影响。如何保证基坑 工程达到设计月的，特别是在周围环境的影响下，如何采用新型边坡支护技术， 应用信息化设计与施工技术，是基坑工程施工中的关键技术问题。 基坑支护工程作为一种较新类型的岩土工程发展至今已经成为城市岩土工 程的主要内容之一。典型基坑工程是由地面向下开挖的一个地下空间，基坑周 围一般为垂直的挡土结构。基坑开挖是工程施工中一个综合性的岩土工程难题， 既涉及土力学中典型强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与 支护结构的共同作用。大量深基坑工程的出现，促进了3 鼍计计算理论的提高和施 工工艺的发展，通过大量的工程实践和科学研究，逐步形成了基坑工程学这新 的学科。支护结构的计算理论和计算手段，近年来有了很大提高，多利用有限元 法使用计算机计算。但由于影响支护结构的因素众多，土质的物理力学性能、计 算假定、土方开挖方式、降水情况、气候因素等都对其产生影响，因此其内力和 变形的计算值和实测值往往存在一定差距。在土木工程领域中，目前基坑工程学 是发展最迅速的学科之一，也是工程实践要求最迫切的学科之一。基坑工程正 确、科学的设计和施工，能带来巨大的经济效益和社会效益，对加快施工进度、 保护环境发挥重要的作用。反之，如设计、施工错误和不当，亦会带来严重的后 果，大量工程实践已经证明了这一点。 第二章河北艺术中心深基坑支护方案分析 河北艺术中心工程场地内地势平坦，地面高程为7 2 9 2 7 3 8 9 m ，相对地面 高差0 9 7 m ，原为居民平房。根据钻孔揭露。场地表层为人工填土，以下为第四 系冲洪积相土层，地层连续稳定。场地地下分布呈不规则状的防空洞。无其它 不良地质现象，适宜作为建筑场地。河北艺术中心工程场地水文地质条件通过 勘测，场地地下水埋藏较深，其稳定水位埋深约为4 0 m ，水位年变化幅度在2 0 4 o m 。 河北艺术中心工程位于石家庄城市主干道裕华西路( 原南马路) ，场地狭小， 工程基础深，土方工程量大。土方开挖采用机械大开挖总量约计1 5 0 0 0 0 m 。，现 场场地狭小，土方全部外运1 5 k m 以外。基础标高多，有1 1 种不同标高。基础 形式多，有桩基，片筏基础，条形基础，独立基础等。工程基坑东侧( 1 8 ) 轴 垂直丌挖深度8 1n l ，距居民住宅仅4 m ，且中间为木利街，有污水、雨水、供水 三条市政管道。因此对边坡的稳定和水平位移提出了极高要求。 居民区 jj 图2 1基坑位置及周围环境的平面图 区 第二章河北艺术中心深基坑支护方案分析 ( a )艺术中心施工期闫周围环境的照片 ( b )艺术中心建成后的外貌 图2 - 2 艺术中心施工期闻周围环境及建成后的外貌 第二章 河北艺术中心深基坑支护方案分析 2 2 河北艺术中心深基坑支护方案的选择 2 2 1 河北艺术中心地质勘探情况 本工程勘察设计及施工依据，是按岩土工程勘蒡规范( g b 5 0 0 2 卜9 4 ) 及 甲方提供的任务要求进行的。 2 2 1 1 ；可：l l t 艺术中心工程场地概况 场地内地势平坦，地面高程为7 2 9 2 7 3 8 9 m ，相对地面高差0 9 7 m ，原为 居民平房。根据钻孔揭露，场地表层为人工填土，以下为第四系冲洪积相土层， 地层连续稳定。场地地下分布呈不规则状的防空洞。此外，未发现其它不良地 质现象。本场地适宜作为建筑场地。 2 2 1 2 河北艺术中心工程场地地层分布及岩性特征 根据场地岩性、地层时代、成因类型及物理力学性质，将勘探控制深度内 的土层划分为9 个工程地质层，自上而下分述如下表： 表2 1河北艺术中心工程场地地层分布表 序土层 土层性质 土层厚度埋深底标高 号名称 ( 1 1 1 ) ( m )( m ) 灰一灰黄色稍湿， 松散。其成分主要为 l 杂填土砖块，碎石、灰渣及o 3 0 33 0 黏性土。混杂，分布 不均一。 褐黄色，湿，可塑。 2 粉质黏十具虫孔，大空隙。局 0 0 0 30 02 7 0 40 0 6 9 0 4 7 07 6 部分布粉土薄层。 黄褐浅黄色，湿， 可塑。具虫孔，火空 3 粉质黏士 1 5 0 3 5 05 4 0 66 06 7 2 9 6 81 8 隙。局部分布粉土薄 层。 浅黄灰白色，稍 湿中密。成分以石 英、长石为主云母 次之。分选性较好， 4 中、细砂 3 5 0 6 0 09 5 0 1 1 5 6 1 8 6 3 9 0 具层理。沉积较有韵 律上细下粗顶部 多分布细砂，中部为 中砂，底部为粗砂。 黄褐色湿。可塑 5 粉质黏土局部硬塑。顶部含多 3 5 0 5 2 01 4 4 1 6 05 7 6 7 5 9 0 量姜石及钙质胶结团 第二章河北艺术中心深基坑支护方案分析 块。局部地段分布粉 土透镜体。 褐黄色湿中密 密实。土质较均匀 6 粉土含多最砂及小姜石。2 0 0 4 2 01 7 6 1 9 05 4 3 9 5 5 7 8 局部地段分布细砂或 粉质黏土透镜体。 浅黄灰白色，稍 湿，中密。成分以石 英、长彳j 为主。分选 7 中砂3 0 0 4 0 02 1 ：3 2 2 65 1 2 9 5 2 1 0 性较好。局部地段分 部细砂，多分布于顶 部。 褐黄、灰白色，湿， 密实。成分以石英、 长石为主。砾卵石成 分多以石英岩为主。 8含砾卵石粗砂6 4 0 9 7 00 9 0 3 1 o4 2 4 4 48 9 一般直径2 5 c m 砾 卵石含量1 0 3 0 左右，磨圆较好分 选差。 黄褐色湿，硬塑。 卵石成分为石英岩 等。卵石直径3 - - 6 c m该层末被 砾卵石含量2 0 4 0揭穿，最大 9混卵石粉质黏土 左右，磨圆较好，揭露厚度 分选差。局部卵石含6 o o m 。 量较少，粉质黏土璺 透镜体分布。 2 2 1 3 土层物理力学性质评价 土层物理力学性质评价见下表 序号土层名称土层性质 属中等压缩性土，具非自重湿陷性，其湿陷系数平均为 2 粉质黏土 0 0 4 8 2 ，起始压力为l l o k p a 。该层工作性质相对较差。 属中等压缩性土，处于正常固结状态。根据士：试验， 3粉质黏士具非自重湿陷性，湿陷系数0 0 2 3 湿陷起始压力为1 4 0k p a 。 其t 程性质较好。 属中密十，标准贯入击数一般在1 4 - - 2 0 击，平均值1 8 1 4中、细砂击，锥尖阻力1 3 4 9 m 1 ，a 。其工程性质良好。是该建筑物的 主要持力层。 属中等压缩性士，处于超固结正常圃结状态，工程性 5粉质黏士 质较好。 6粉土属中等压缩性土。处于超固省正常同结状态工程性 第二章河北艺术中心深基坑支护方案分析 质较好。 属中密密实性土层，标准负入击数一般在2 0 3 5 击， 7中砂 平均值2 9 0 击。其工程性质良好。 8含砾卵石粗砂圆锥重型动力触探太于3 0 击。工程性质良好。 9 混卵石粉质黏土圆锥重型动力触探大于3 0 击。工程性质良好。 2 2 1 4 河北艺术中心工程场地水文地质条件 通过勘测，场地地下水埋藏较深其稳定水位埋深约为4 0 m ，水位年变化幅度 在2 0 4 o m 。近年来，由于干旱及工农业大量用水，市区水位大幅度下降，根 据有关资料显示，平均每年以1 o m 的速度下降。 场地地下水，根据附近水井资料，属重碳酸钙纳型水，p l l 值为7 o 7 6 ， 矿化度为5 5 0 0 6 4 0 o g l 。经判定对混凝土和钢筋无腐蚀性。 2 2 1 5 河北艺术中心工程岩土工程评价 场地稳定性评价： 场地地貌单，地形平坦，地基土成因类型主要为山麓前缘冲洪积相沉积 物，沉积厚度达数百米。沉积环境较稳定，沉积韵律较明显，未发现其它不良 的地质现象及软弱土层。根据钻探，场地内地层主要为可硬塑状的粉质黏土、 粉土，中密密实的中细砂、粗砂及密实的含砾乱石粗砂、混卵石粉质黏土层， 适宜作为建筑场地。 从区域稳定性分析，石家庄一带比较稳定，构造活动不明显。区内断裂属 张性正断层，不易积累应变能，因此，地震活动较弱。根据历史记载，石家庄 未发生过6 级的地震灾害，是相对比较稳定的地带。 地基土均匀性评价： 场地地基土在垂向上呈多层结构，地表下3 5 m 范围内划分为9 个工程地质 层，其中黏性土4 层，砂及砾卵石土4 层，人工填土l 层。总体看，浅部地层 多以黏性土为主，深部地层多以砂及含砾卵石砂土为主，反映了该区沉积环境 的差异。各层言行不同，厚度不一，呈现垂向上的不均匀性。但各层水平向分 布稳定、连续、厚度变化较小，其层面坡度一般均小于1 0 ，可视为均匀地基。 从标贯试验、静力触探数据及压缩模量指标综合分析，各层地基土力学指 标相差较大，但同一层土在水平向力学指标差值较小，各项物理力学指标变异 系数一般为0 1 9 8 0 2 4 3 ，锥尖阻力变异系数一般为0 1 6 8 0 3 4 ，压缩模量 变异系数一般为0 2 2 o 3 0 ，各项物理力学指标变异系数一般为0 0 2 o 1 8 。 从参数的变异性分析，属中等变异性地基土。总体看，场地地基土为较均匀地 基。 第二章河北艺术中心深基坑支护方案分折 湿陷性评价： 根据室内试验结果r 层粉质黏土湿陷系数为0 0 4 8 2 ，湿陷起始压力为 ll o k l a ，具非自重湿陷性。层粉质黏土湿陷系数0 0 2 2 ，湿陷起始压力1 4 0 k p a 。 其湿陷性里不均匀分句。经计算，该场地为i 级非自重湿陷性场地。 地基土承载力标准值： 根据场地地基土岩性、成因类型、物理力学性质指标及原位测试结果，综 合分析后给出场地地基土承载力标准值( 矗) 。 表2 - 3 场地地基土承载力标准值 层 岩土名称 承载力标准值( ) ( k p a ) 序荷载试验静力触探 标贯试验土工试验推荐值 杂填土 粉质黏土 1 5 01 4 01 】o1 2 0 粉质黏士 1 4 0j 3 51 4 01 4 01 4 0 中、细砂1 6 02 2 02 0 01 8 0 粉质黏土2 l o1 8 01 8 01 8 0 粉士 2 d 51 8 01 8 0j 8 0 中砂 2 6 02 5 02 4 0 含砾卵石粗砂 3 0 0 3 0 0 混卵石粉质黏土 2 9 02 8 02 8 0 表中所给的承载力标准值，系指基础宽度为3 o o m ，基础埋深为0 5 0 m 时的 标准值。当基础宽度大于3 0 0m ，或基础埋深大于0 5 0 m 时，应予以修正。 地基土压缩性评价： 为了对场地各层地基土压缩性进行评价，将各层土的压缩模量( 附统计如 下。对于黏性土层按土工试验值给出，对砂类土或含砾卵石粗砂层按原位测试 资料及经验给出。 表2 - 4 地基土压缩性 压缩模量( e s ) ( m p a ) 层号岩土名称压缩性评价 b i2e s ：1 杂填土 粉质黏土 6 2 中等压缩性 粉质黏土 7 3 中等压缩性 中、细砂 2 0 o2 0 o 中密 粉质黏土 8 81 1 6 中等压缩性 粉t i o 71 3 6 中等压缩性 中砂2 5 02 5 o中密密实 含砾卵石粗砂 3 53 5 o 密实 混卵石粉质黏土 2 52 5 0 密实 第二章河北艺术中心深基坑支护方案分析 深基坑开挖边坡稳定性评价： 基坑在开挖过程中，应考虑坑壁边坡的稳定性，防止塌方和滑移，确保周 围建筑物及施工安全。 表2 - 5 岩土参数 i层号岩土名称 y ( k n l m 。)c ( k p a ) 妒( 。) l粉质黏士 1 7 63 52 7 粉质黏土 1 8 12 53 l 中、细砂 1 9 o03 6 按公式五，：竺t a n f4 5 。+ e 妒- 1 计算黏性土侧壁允许自立高度。再考虑地面堆 r l, 载因素，则宜采用放坡或护壁措施。 对于场地内附近没有其它已有建筑物或堆载影响均地段，根据已有开挖经 验，基坑边坡按8 0 。考虑。局部开挖到层中细砂时，由于该层稳定性差，应进行 必要的支护。 对于场地边缘狭窄，有临近建筑物或施工堆载影响的地段宜采用支护。 基坑开挖的余土应远离坑壁，防止过量堆载加大荷重，从而影响边坡稳定 性。基坑边坡要防止雨淋，水冲和积水浸泡。 2 2 1 6 勘察结论 ( 1 ) 本场地地势平坦，地貌条件单一。根据区域地质构造和市区建筑经验认 为，本场地是稳定的。据历史记载未发生过大于6 级的地震灾害，场地处于抗震 有利地段。 ( 2 ) 场地地层稳定，除局部分布被掩埋的土坑，洼地及人防工程外，未发现有 其他的不良地质现象，适宜作为建筑场地。 ( 3 ) 场地土为中硬场地土，场地覆盖层厚度小于8 0 m ，大于3 5 m m ，建筑场地 属于i i 类。 ( 4 ) 场地内层杂填土不能作天然地基，应清除：、层粉质土工程性质 相对较差较好，可以作为一般多层建筑物基础持力层。层及层以下土层工 程性质良好，可以作为本建筑物的基础持力层和下卧层。 ( 5 ) 本工程地基持力层，建议采用层中、细砂。设计部门可以根据建筑物 特点，埋深，选择不同的基础类型。 ( 6 ) 基坑6 m 以上的天然地基土层，在周围环境允许的地段基坑可按8 0 。放 坡，在场地狭窄及对周围环境有影响的地段可适当采用护坡桩等支护措施。 第二章河北艺术中心深基坑支护方案分析 ( 7 ) 场地地下水埋藏较深，可不考虑地下水对混凝土及钢筋的蚀性 ( 8 ) 本场地地震基本烈度为7 度 ( 9 ) 场地内冬季最大冻结深度为6 0 c m ( 1 0 ) 基坑开挖后应进行验槽，如发现不良地质现象应及时通知，以便针对 问题共同研究处理。 ( 11 ) 建议对本建筑物施工期间及使用期3a 内进行建筑物沉降观测，以便 掌握建筑物沉降速率以指导施工正常