深大基坑电视塔孤岛支护技术和变形特研究.doc

深大基坑电视塔孤岛支护技术和变形特性研究 摘要：以常州市*基坑工程为例,综合利用分级降水、土层锚杆、钢管抛撑，桩间旋喷桩、单项受压支撑等多项技术，通过对各施工阶段的支护体系和电视塔的强度、稳定性、变形等关键技术进行计算和分析，并通过变形实测研究和动态信息化施工，完成了在电视塔孤岛四周开挖超大、超深基坑的支护任务，确保了电视塔和基坑的安全。关键词：电视塔孤岛 分级降水 负摩阻力1、工程背景1.1概况本工程基坑挖土深度约14米，下设三层地下室，基坑支护段总长约980米，基坑的中央为电视塔构筑物（塔高228m，基础直径60 m，基础形式为400 mm400mm预制方桩，桩长14m(超过基坑底 3.9 m)，基坑南为新天地公园湖，东侧为空旷地，北靠广电中路、西为花园街。1.2 工程特点本工程的特点为：为保留构筑物，拟建新天地不夜城是以电视塔为中心的向四周扩展广场、办公和商业建筑群体。原电视塔基础埋深与本次基坑底标高高差约9.0m。1.3工程地质条件基坑相关岩土层分布为：杂填土：杂色，松散，上部主要成份为耕土，底部主要成份为软塑状粉质粘土，平均层底标高2.24m。粘土：褐黄灰黄色，硬塑，平均层厚3.83m。-1粉质粘土：黄灰色，可塑，平均层厚2.69m。-2粉质粘土夹粉土：黄灰色，软塑，平均层厚2.24m。粉土夹粉质粘土：灰色，很湿，中密，平均层厚4.56m。粉土：灰色，湿，稍-中密，平均层厚5.5m，平均层底标高-16.69-13.53m。-1粉质粘土：灰色，软塑，全场地大部分分布，平均层厚6.42m，平均层底标高-21.42m。2、电视塔孤岛支护的总体构想和支护关键技术问题2.1总体支护方案电视塔高度达238m，距坑边净距不足4m,塔基进入坑底仅3.9m,为有效控制在开挖过程中支护结构的位移和沉降，保证电视塔基坑的安全，采用钻孔灌注桩+钢管抛撑支护，桩间旋喷桩止水的综合方案（图1）。实施步骤为：a、施工支护桩和止水桩。b、放坡开挖至-14.0m。c、待大基坑地下室底板完成后，架设钢管抛撑。d、开挖钢管抛撑下土体和进行塔基周边地下室的施工。 图1：基坑支护剖面图2.2需重点解决以下关键技术问题a.在基坑开挖过程中，大基坑采用降低地下水位后，须保证电视塔不因地下水位过快下降导致不均匀沉降。b.抛撑完成前，必须确保预留土坡的稳定，并有效控制支护体的变形。c.在基坑开挖过程中，支护结构的位移不可避免，需采取措施有效控制电视塔的位移。d.塔基为短桩基础，基坑开挖中，必须保证塔基的整体稳定性。3、电视塔支护关键技术问题解决方案3.1地下水位变化及产生的相关沉降问题根据建筑桩基技术规范,由于降低地下水位，使桩周土中有效应力增加，并产生显著压缩沉降时，应计入桩侧负摩阻力，负摩阻力的值主要决定周土的沉降量，外侧基坑地下水降至基底后，电视塔孤岛地下水无补给来源，为防止塔基产生过大沉降和不均匀沉降，设计采用二种方案确保安全。 方案一：均匀对称降水、分级降水，每一级降水深度不超过0.3-0.5m,使得土体分层固结，塔基不因土层固结产生过大负摩阻力，从而保证塔基不产生过大沉降和不均匀沉降。 方案二：如按以上预降水时，塔基沉降异常，则启动观测回灌井进行回灌，以维持地下水位稳定。 在基坑开挖前，通过预降水试验，塔基沉降速度和不均匀沉降量处于安全可控状态，后即采用方案一，成功地解决了降水产生的不均匀沉降危害。3.2、抛撑完成前预留土坡的稳定性和支护体的变形问题 为约束支护结构在放坡开挖阶段的变形，在-2.60m处增设一道预应力锚杆控制桩顶位移，锚杆长度为15.0m,水平间距为2.0m。 为保证预留土坡的稳定性，第一次土方分层、分段开挖至-7.90m，紧靠塔基区段1:2二级放坡土钉墙支护，坡面挂网喷浆处理；其余区段1:2二级自然放坡，坡面喷素砼处理。第二次土方分层、分段开挖至-13.2m板底，紧靠塔基区段，土台采用600800钻孔灌注桩1:2放坡土钉墙支护。（图2）图2:塔基区段支护剖面图3.3电视塔基础的水平位移控制在基坑开挖过程中，为避免塔基产生过大水平位移，采取如下措施： 1）、沿电视塔周边严格分层、分段、均匀对称开挖，使得塔基变形相对均匀，减少各塔基的沉降差。2）在支护桩和塔基之间设置钢管支撑，采用活络接头技术，使得塔基只承受压力，而不承担拉力，并根据支护结构的变形逐级施加预应力，严格控制电视塔的水平位移。（图3）图3:活络接头详图3.4电视塔整体稳定性分析由于电视塔为短桩基础，开挖后桩基仅进入坑底以下3.9m,将塔基和基础间土体作为一个整体进行验算，由于坑内土方开挖，因深度修正量的减少，实体基础以下地基土承载力不能满足要求，这就要求通过增加支护桩的长度，使之满足要求。a、在竖向荷载作用下承载力验算计算面取在支护桩底，验算支护桩底下土层的地基承载力。（图4） 图4：实体基础地基承载力计算简图 通过加大支护桩端进坑底长度至16.5m时，安全系数达1.5,可满足要求。b、 在水平荷载作用下塔基整体稳定验算 计算模型：在水平荷载作用下的电视塔土台看作重力式挡土墙计算,其抗滑移和抗倾覆稳定性均满足要求。图5：电视塔抗水平力计算简图4、电视塔及支护结构的变形监测点布设和要求4.1 深层土体位移监测（测斜）在基坑四周布置6个测斜观测点，测斜孔底深度应超过支护桩深度2.0m。 测斜仪采用CX03E型自动存储测读仪测斜仪。 4.2 水平位移监测在基坑四周布置8个水平位移观测点，水平位移采用索佳（SOKKIA）电子全站仪用坐标法进行监测。4.3 垂直位移(沉降)监测在基坑四周布置8沉降观测点，在电视塔6个塔基上各布1个沉降观测点。垂直位移（沉降）测量用DS2水准仪加上1平板测微器加上2m沉降测量专用铟钢尺进行监测。精度要求等级：二等。5、基坑开挖全过程支护结构及电视塔的变形实测研究5.1 基坑深层土体位移：深层土体位移在基坑施工开挖过程中总变形量较小，在基坑开挖阶段位移速率比较大，开挖完后逐渐稳定。最大位移为CX04在监测孔口向下1.0米处，为8.45mm。5.2基坑支护结构水平位移（表2）：表2：各点累计位移表点号X（mm)Y (mm)S (mm)WY117.65.318.4WY211.48.614.3WY310.56.612.4WY4-17.56.218.6WY514.16.915.7WY6-15.76.917.1WY7-17.36.818.6WY810.19.113.6通过日报表发现，大部分位移量是在电视塔周边基坑土方开挖前累计，开挖后水平位移量增加并不明显， 同时通过对塔基分级施加应力，成功地将塔基的水平位移控制在5mm以内。5.3基坑边坡沉降：共完成12个点的监测，CJ01-CJ08为坑边地面沉降，CJ09-CJ14为电视塔沉降点，各点累计沉降情况如下（表3）： 表3：坑边沉降量表点号累计沉降量（mm)备注CJ01-28.1从开始监测到结束(以下均同)CJ02-28.2CJ03-28.1CJ05-28.0CJ07-28.0CJ08-28.1CJ09-54.1CJ10-62.6CJ11-68.7CJ12-72.4CJ13-59.1CJ14-47.8监测结果显示： a、各点沉降值正常，未产生过大差异沉降。b、由于实行分级降水措施，电视塔在开挖过程中未出现沉降加速现象，而是呈现逐步收敛和稳定的方向发展，沉降和沉降差一直处于安全可控状态。周边不夜城基坑的降水和开挖对其影响较大，支护桩和支撑完成后沉降速率放慢，后期基本稳定。 图6：电视塔围护及塔基沉降曲线图6、结束语1、通过分层开挖，分级降水的方法很好地降低了降水产生的负摩阻力，有效保证减少了降水桩基