金融中心紧邻地铁变电站深基坑支护设计与施工

1、金融中心紧邻地铁变电站深基坑支护设计与施工【 摘 要】金融中心时某市较高的建筑。其地下四层，基底埋深将近23m，北侧紧邻某市地铁 2 号线的地铁变电站，深基坑设计与施工难度大，要求 高。该工程针对工程的具体情况，不同部位采用了不同的支护方案，收到 了极好的效果。此工程实例可为类似工程提供借鉴。【关键词 】深基坑 支护 紧邻 方案随着国家建设的发展，深基坑工程的设计施工技术与计算理论的研究 已随之有了长足的进步。但是，由于各种复杂的原因，我国深基坑工程的 事故发生率还是较高的。特别是紧邻既有建筑物的深基坑支护工程的事故， 造成的经济损失和社会影响更是难以祢补。金融中心北侧紧邻某市地铁 2 号线的

2、地铁变电站。该变电站担负着整个某市地铁 2 号线 40 余公里的供电 任务，其安全性十分重要，决不允许出现丝毫差错。针对具体情况，金融 中心工程深基坑支护在与地铁变电站相邻部位，采用了与其他部位不同的 支护方案，收到极好的效果，确保了地铁变电站的安全。1 工程概况1.1 金融中心大厦工程概况金融中心工程位于某市 CBD金融中心区东区，其北侧紧临金融大街， 东临东三环路。由 A、B、 C 三幢塔楼及裙房组成。其基坑呈长方形，长宽 为219.4 m和100.4 m。裙房基坑底标高为-20.65m，三座塔楼基坑底标高 为-22.95m,（局部电梯井最深处-27.15m）。士 0.00 = 39.0m

3、。基坑的北侧临 近地铁变电站。变电站长度为31.7m，其中临近A塔楼-22.95m基坑的范围 有26.8m,临近裙房-20.65m基坑的范围有4.9m。其结构外墙至金融中心大 厦地下结构外墙的距离仅1.95m 2.13m。1.2某市地铁变电站概况某市地铁变电站是地上二层的现浇钢筋混凝土框架结构，局部有地下 设备用房和地铁通风道，其基础型式复杂。南侧紧邻基坑的的部分（宽度 范围8.25m）座落在天然地基上，为筏板式基础，埋置较浅，标高为1.38m （金融中心大厦标高体系），筏板挑出外墙0.65m,板厚300mm变电站的 北侧（结构两侧）、东侧基础为地下连续墙，埋置很深，标高为-21.08m （金

4、 融中心大厦标高体系），两部分连接部位较为薄弱。1.3平面图及剖面图 见图1、图2a、图2b。8100变电所结构士 0.00 (40.22)±0.(30(39.00)38.50(-0.5)®22风道风道-22.3(17.92：已有连续墙600旋喷桩图2a地铁变电站基坑支护剖面图(A型)地下一层-5.00地下三层-13.50夹层地下一层地下二层° 42诃注浆花管42«C45°2地下二层-20.65 (18.35)图2b地铁变电站基坑支护剖面图B2 )2工程地质及水文地质概况 2.1工程地质概况表1工程地质概况表成因类别地层序号岩性土层厚(m)状态

5、压缩性人工堆积层素土、碎石填土、房渣土2.1 4.1第四纪沉积层砂质粉土、粉质粘土、粘质粉土、 粘土、重粉质粘土2.8 4.4可塑硬塑中中低压缩性，局部中高压缩性砂质粉土、粘质粉土，局部 粉砂、细砂2.7 4.4可塑硬塑中中低低压缩 性圆砾、卵石中砂、细砂5.5 6.3低压缩性粘质粉土、粉质粘土、粘土、砂质粉土6左右可塑硬塑中低低压缩性卵石、圆砾、中砂、细砂低压缩性粘土、重粉质粘土、粘质粉土、粉 质粘土、砂质粉土可塑硬塑低压缩性卵石、细砂、中砂低压缩性2.2水文地质概况场地标高-40m范围有四层地下水，为台地潜水、层间潜水和两层承压 水，赋存于层以上的粉土砂土层、层圆砾卵石层和砂卵砾石层。详见

6、表2表2地下水情况一览表地下水水层序号地下水 类型地下水静止水位（承压水的测压水头）量测时间：2003年2月中旬3月中旬埋深（m）标高（m）1台地潜水7.20 9.3029.77 30.582层间潜水14.90 16.5022.11 23.183承压水15.40 17.0521.33 22.774承压水18.00 18.7019.12 19.873 般部位基坑支护体系在一般部位，因场地条件相对较好，基坑标高 -10m以上均采用土钉墙 +护坡桩+锚杆支护体系。土钉水平间距1.5 （1.6m）,自然地面标高-0.6 -1.8m，土钉层数56层，长度6.5m 11m,为某市地区常见做法，不作过 多描

7、述。标高-10.0m以下基本采用护坡桩+两道预应力锚杆支护体系（简称 桩锚体系）。护坡桩直径800mm桩长15.6m（基坑标高20.65m处）和19.5m（基坑标高22.95m处），嵌固深为4.95m、5.55m和6.55m。桩间距为1.4m 和1.5m。按计算配置钢筋。锚杆直径 150mm配置3© 15.2和5© 15.2钢 绞线。采用一桩一锚方案（局部位第一层锚杆为两桩一锚）。腰梁采用2128a 或2I32a。桩间土采用 巾6.5200 x 200mm钢筋网，喷100mm厚C20混 凝土，每间隔35m设一泄水管（根据具体情况制定）。桩顶冠梁为900 x 500mm。见图

8、 3。中0038.50地上三层38.50地上二层地上一层北一写字楼基础04110C°J50钢杆一雳-10.307m-16.06-20.65©800150护坡桩-26.2013CP°,150钢杆一桩一锚” 钢绞线为5 + 1 "4紧邻地铁变电站部位基坑支护体系 4.1工程难点(1) 由于地铁变电站的北侧、东侧基础为地下连续墙，埋置深度标高为-21.70 m，所以支护结构的锚杆受到了限制，在-13.5m以下锚杆倾角需 为40°45°的方可避开连续墙结构，造成支护体系很不合理。由于倾角 加大，锚杆进入第一层承压水砂卵石地层，施工难度较大。(

9、2) 变电站基底-11.7m以下存在厚12m的粉细砂1层和56m的圆砾层，该层为层间潜水含水层。虽然其北、东面已采取了截水措施， 但该承压水层对边坡土体的稳定和变电站基底安全的影响不容忽视。(3) 地铁变电站距离基坑太近，护坡桩需在破除变电站外挑底板后方可施工，护坡桩外皮与变电站墙体外皮最近仅 27cm距离，除施工时场地受到很大的限制外，严格控制支护体系的变形、控制地下水对基坑的影响是支护工程成败的关键。4.2支护体系方案紧邻地铁变电站部位支护体系，经过多方案的比选，确定上部不能进行锚杆施工部位采用土钉墙拉锚+护坡桩的复合支护体系。下部可施做锚 杆部位采用护坡桩+预应力锚杆支护体系，桩间采用旋

10、喷桩止水，同时变电 站基底采用注浆棚护形式。具体方案为：A型支护见图2a、B型支护见图2b、支护体系效果见图4,（1）标高-12.0m以上采用土钉墙计算模式。考虑地面8.0m范围的变电站结构自重形成的超载，此范围取超载值为20kN/nL（2）标高-12.0m以下采用锚杆，考虑地面为局部土体自重和变电站结构自重形成的超载，此范围取超载值为220kN/m。两道预应力锚杆标高为-13.5m 和-18.0m。图4变电站部位支护效果立面图（3）考虑适当控制坡顶变形，在标高11m 对土钉施加预应力 6070kN。使桩与土钉相拉 结，保证土钉与桩有可靠连接。（4）支护桩间自-11.2m向下施做旋喷桩（隔 断

11、含水层），共同组成止水帷幕。避免因地下水 问题导致变电站不均匀沉降等问题。（5）对于东侧B形剖面考虑连续墙底标高低于基坑底标高，故只考虑 护坡桩及旋喷止水作用，不需进行锚杆施工。4.3设计参数见表3、表4、表5。表3地铁变电站边坡支护桩设计参数表支护 类型项目桩径(mm)桩间 距(m)桩顶标高/底标高(m)桩长(m)主筋备 注A型支护桩8001.4-1.1/ 35.834.78 22 (-1.1m -30 m) +4 25(-17m -23m)旋喷桩700x21.4-11.2/-35.824.6B型支护桩8001.6-1.1/ 35.834.78 22 (-1.1m -23 m)旋喷桩800x

12、21.6-23.8/-35.812表4地铁变电站边坡支护土钉参数表(A型)土钉编号标高(m)直径(mm)间 距 (m)长度(m)jj(°)配筋备注第一道注浆管棚-1.91080.59.0101 © 108钢花管第二道土钉-3.41301.49.0101 © 22第三道土钉-4.91301.49.0101 © 42钢花管第四道土钉-6.4130P 1.49.0101 © 22第五道土钉-7.91301.49.0101 © 42钢花管第六道土钉-9.41301.49.4101 © 25第七道土钉-10.91301.412101

13、© 25预加力6070kN表5地铁变电站边坡支护锚杆设计参数表(A型)锚杆 层号标高m直径mm间距m长度m自由 段长 度倾角 (°)设计拉 力 kN配筋预张拉 力锁定力第一 层-13.51501.425.06.045720钢绞线5 ©15.21.1Nt0.7 Nt第二 层-18.01501.423.05.0407951.0 Nt0.65Nt4.4其他构造及保证措施(1) 土钉面板纵横拉结采用 16钢筋，横向与桩主筋相焊。(2) 支护桩顶冠梁截面 500mrH 900mrp主筋522,箍筋© 6.5 200。(3) 锚杆处腰梁采用2 1 32a工字钢，每根

14、锚杆处加2 : 18槽钢加强，在第一层锚杆腰梁下焊牛腿，辅加 100实心钢柱加强，详见图5。(4) 土方开挖时考虑时空效应，科学地、充分地利用土体自身与管棚支护 注浆加固及桩锚联合体的控制稳定的能力和潜力。(5) 支护施工及土方开挖全过程实行信息化施工，加强施工监测。5施工在清理场地至各工序施工条件后，此部位支护施工主要有八个施工步 序，护坡桩施工-旋喷桩施工-桩顶冠梁施工-注浆管棚施工-土钉施工 -锚杆及腰梁施工-桩间护壁施工-布设变电站及基坑支护结构监测点并 进行监测。桩间护壁施工穿插于土钉施工及锚杆腰梁施工过程中，变电站 的监测点在开挖之前布设完成，基坑支护结构监测点的布设与上述其他工

15、序相结合按期布设完成，并及时完成初始值的采集及开挖过程中的数据收 集整理分析。5.1支护桩施工在标高-1.1m处施工护坡桩。采用旋挖钻机成孔、泥浆护壁、水下混凝 土灌注施工工艺，同时为避免串孔，桩施工时采用隔桩跳打工艺。因施工图6变电站筏板切割效果图初期场地条件狭小，护坡桩外皮与变电站墙体外皮最 近仅27cm距离，且变电站筏板挑出外墙0.65m,不具 备桩施工条件，因变电站内多为电器仪表设备，为避 免施工振动对其造成影响，首先将外挑底板用小型钢 筋混凝土切割钻(金刚石钻孔技术)切除，然后组织 护坡桩的施工，切割后效果见图6。(1) 桩施工流程：测量定位T钻机就位T成孔T泥浆护壁T清孔T钢筋笼制

16、作与吊装入孔-浇注混凝土。(2) 质量控制要求：桩定位偏差w 20mm通过经纬仪观测辅助人工铅 锤观测和操作显示器双向控制垂直度；垂直度偏差w 1%,施工过程中实时 纠正。(3) 钻孔时注意控制泥浆质量，勤测勤量，提钻速度与回浆或抽浆速度相匹配。5.2旋喷桩施工图7三重管旋喷钻机施工旋喷桩在临近两桩完成后的第三天开始施工。旋喷机采用三重管旋喷，为加快施 工进度，部分孔位采用地质钻机引孔后另成 旋喷，见图7。(1)施工工艺:图8旋喷施工工艺流程图(2) 质量控制要求：孔位偏差w 1cm孔斜率w 1.0%;孔深设计深 度。(3) 高压旋喷注浆参数：清水水压3540Mpa水量75L/min ;普通4

17、25#硅酸盐水泥浆(外加 剂)水灰比不大于0.75，压力12Mpa浆量6080L/min ;喷管提升速度 1015cm/min,转速1020r.m.p ;高压水喷嘴直径2X1.802.40mm 浆嘴直径2X3.04.5mm(4) 钻孔取芯：为检测旋喷效果，对旋喷桩进行了开挖前垂直取芯工作，取芯部位为 理论桩中心和理论旋喷桩边缘。以检测桩体的旋喷直径和垂直度以及旋喷 效果；另外在开挖后水平取芯，检查旋喷效果和旋喷直径。取芯效果见图9 图10。图9旋喷桩垂直取芯（上部粘土层）图10旋喷桩垂直取芯（下部砂卵石）（5）主要问题分析在垂直取芯过程中，出现两种截然不同的情况，分析原因如下：1）在护坡桩成孔

18、时塌孔，灌注出现扩径现象，旋喷成孔无法按设计要 求成孔至设计深度或成孔过程中发生偏斜；2）旋喷过程中出现提钻速度过快，旋喷时高压水未能充分冲切土体， 导致浆液冲填部位出现断层或直径不足；3）在卵石层中卵石粒径较大或卵石含量高的部位，旋喷时高压水不能 充分冲切卵石，直径无法达到设计要求，且因卵石自重大无法随高压水冲 切掉的土层从孔口排出，旋喷出现断层现象。结论：当支护采用旋喷桩与护坡桩施工相结合时，要控制好护坡桩泥 浆质量及成孔垂直度，避免扩径或旋喷施工时无法按设计孔位成孔；旋喷 时要控制好引孔垂直度及孔位偏差，同时控制好旋喷提钻速度；另外因设 备自身精度问题，成孔垂直度控制在 1 %左右，旋喷

19、深度不宜超过20m如 需旋喷深度较大，易采用多排旋喷纠正垂直度偏差的问题，以达到止水效 果；旋喷设备运转情况要良好；正式旋喷前，需在非使用桩位进行旋喷试 验，并取芯检查，以确定具体旋喷控制参数。对于场地条件小要求精度高第10页共14页的工程，旋喷施工一定要精心组织，否则极易导致旋喷失败（达不到设计 效果）。5.3 冠梁施工支护桩钢筋锚固在冠梁内的长度不小于设计要求，同时确保凿出桩头 露出新鲜混凝土面及粗骨料，确保桩体与冠梁的混凝土连接强度，避免形 成薄弱节点现象，同时注意预埋件的留设与保护，工序合理穿插。5.4 注浆管棚与土钉施工（含桩间护壁）按常规操作工艺进行施工，每步土方开挖标高为土钉下0

20、.3m0.5m处（粉细砂层取 0.3m）。（1）施工工艺：开挖工作面 -成孔-插筋-堵孔注浆-绑扎、固定钢 筋网-焊接加强筋-喷射混凝土面层-土钉浆体及混凝土面层养护。（ 2 ）控制要求：1）第一道土钉施做108钢花管（钢管每间距200300mm每花状布设 © 8mm溢浆孔，后端1.0m不设），管口尾部设止浆塞。注浆压力 0.1Mpa 0.2Mpa。该土钉在变电所基础底形成管棚，起到支托的作用。2）土钉主筋间距2m设星型定位器以保证主筋的保护层厚度。3）注浆至孔口溢浆，在浆体初凝前补浆 12次。4）钢筋土钉端部与面层加强筋焊接牢固。5）第一、三、五、七道土钉处设置 18槽钢腰梁。6） 桩间土人工清理，每步土方开挖标高为对应土钉下0.3m0.5m 处 （粉细砂层取0.3m）,对于桩间局部渗水处需插入不低于 50cm塑料管引流， 塑料管末端要用密目网包裹，只流水不流砂。7） 土钉面板钢筋网片为6.5200< 200,