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1、北北京京财财富富嘉嘉园园基基坑坑支支护护工工程程实实例例分分析析杨栋(利华房地产开发公司)摘摘 要要北京财富嘉园基坑支护工程是一个土钉墙结合预应力土钉支护非常成功的例子 。结合此工程介绍预应力土钉施工过程和 3 个重要地段支护设计 ,并将基坑理论变形值和实测变形值作了对比 分析 ,验证了土钉墙结合预应力土钉支护能有效控制基坑变形和保持基坑稳定的优越性 ,并指明变形与破坏分析计算和变形观测的必要性 。土钉墙 土钉支护关关键词键词定) ,基础 埋 深 9 m , 地 上 9 层 , 距 拟 建 筑 物 底 板 约11 m 。南侧有一加油站 ,距拟建筑物底板约 5 m , 变 形要求非常高 。东侧紧
2、临马路 ,且距基坑上口开挖线约 3 m 处有一变电站 。西侧距基坑开挖线 4 m 有 一 9 层老居民楼 ,基础埋深 4 m ,基坑与此建筑物之 间有一化粪池和相连的污水管道 ,变形要求也非常 高 (图 1) 。概概述述本工程位于北京市朝阳区小营 ,拟建建筑物为 地上 12 16 层住宅楼 ,框架剪力墙结构 ,3 层地下 室 ,箱形基础 , 建筑基底埋深 - 13 . 75 m , 建筑面积38148 m2 ,其 中 地 上 面 积 27909 m2 , 地 下 建 筑 面 积12576 m2 。拟建物北侧为现建办公楼 ( 沉降还未稳1图 1基坑开挖平面图如此复杂条件对基坑支护也是一种考验 ,
3、这里采用土钉墙结合预应力锚杆进行支护取得了成功 , 在支护前进行了有限元模拟分析 ,在支护过程中进 行了全程的位移监测 。第四系冲洪积成因的粉土层 ,粘性土层即砂土层构成 。各岩土层物理性质较均一 ,场地岩土层主要物 理力学参数见表 1 。表 1岩土层主要物理力学参数表土层 土层 编号 名称土层厚 度/ m土体容重 / kNcm - 3孔隙 比 e摩擦角 / ()粘聚力 变形模量2场场地地岩岩土土条条件件(1) 工程地质条件 : 根据北京建中工程设计顾c/ k PaE0/ M Pa 杂填土1 . 11 . 8 粉土 2 . 33 . 520 . 10 . 6519 . 530 . 930问公司
4、提供的勘查报告 ( 1996 年) 和北京航天勘察 设计研究院提供的补充勘查报告 ,拟建场地除表层 为 1 . 101 . 70 m 厚的人工填土外 ,场地岩土主要由粉质粘土 2 . 86 . 820 . 00 . 582030 . 345 中砂 1819 . 5330120究院提 供 的 北 京 小 营 住 宅 楼 补 充 勘 查 报 告 ( 2002 年) ,钻探期间钻探深度范围内各孔均见地下水 ,第 一层地下水为上层滞水 ,稳定水位为 8 . 710 . 70 m , 标高为 31 . 3033 . 07 m ,第二层地下水为潜水 ,地下 水位为 20 . 20 23 . 90 m ,
5、标高为 18 . 41 21 . 70 m 。开挖过程中发现在距地表大约 6 m 左右有一层滞水层 。基坑的变形和稳定起着关键的作用 。往往这些参数在支护中不容易确定 ,要根据理论和经验相结合 ,这 些在秦四清教授编写的 土钉墙支护之星 、土钉墙 有限元变形与破坏分析系统中能充分体现 ,在这里 就不列出 。本基坑就是按此软件设计的 。4变变形形观观测测4 . 1观测仪器及观测点布置 由于本工程基坑开挖深度较深 ,且地下水水位 较高 ,为保证邻近建筑物的安全 ,本工程自基坑开始 开挖至基础施工完成 ,对本工程的支护结构和邻近 建筑物进行必要的位移和沉降观测 ,以及时了解支 护结构的工作情况及邻近
6、建筑物的使用情况 。其观 测点的布置如下 :(1) 在基坑的四角布置 4 个基准点 ,作为基准 观测点 ;(2) 支护结构的位移观测 : 在地表设置位移观 测点 ,每 20 m 设置一个点 ;(3) 邻近建筑物沉降观测 : 在临近建筑物或构筑物上设置沉降观测点 , 每栋建筑物设置 3 4 个 点 ,定期对其进行沉降观测 。观测仪器使用 DS3 水准仪和 TDJ 2 E 经纬仪或 全站仪 。 4 . 2观测结果及分析 从图 2 、3 可以看出 ,预应力土钉基本控制住了 基坑的位移 ,最大位移为 10 mm 。对周围的建筑物 的影响也很小 ,建筑物最大沉降值为 4 mm 。( 基坑 稳定后继续观测
7、了 2 个月 ,位移基本保持不变 。) 本 工程基坑位移值不大 ,变形也没有突发性 ,但有些工 程基坑突然出现大变形 ,致使地面出现裂缝 ,危及基 坑稳定性 。比如北京海润国际公寓基坑西侧边坡 , 突然出现 10 mm 位移 , 对于这种突发性变形 , 采取 必要的措施 ,最终基坑变形基本稳定 。所以在基坑 支护过程中必须进行变形观测 , 发现问题 , 及时解 决 。另外 ,基坑变形实测值超过理论计算值时 ,要采 取必要的措施进行加固处理 。因此 ,变形观测不仅 能反映基坑的变形情况 ,而且还能指导下一步的工 作 ,是基坑工程中不可缺少的一部分 。3预预应应力力土土钉钉施施工工步步骤骤及及特特
8、点点3 . 1 预应力土钉施工工序 (1) 钻孔定位 : 钻孔水平间距 1 . 5 m ,垂直间距1 . 5 m 。钻孔角度 10 度 。钻孔采用洛阳铲成孔 , 部 分难成孔的地方用锚杆钻机成孔 。(2) 预应力土钉的制作与安装 : 预应力土钉采 用 1 根 7 5 钢绞线 ,定位架 ,槽钢 、 锚板 ,和 OV M 锚具 。钢绞线每隔 1 . 5 m 放一个定位架 ,并用铁丝帮 扎好 。定 位 架 外 环 直 径 比 单 股 7Q5 钢 绞 线 大 20 mm 以上 ,以确保锚杆体的保护层厚度和增加锚杆与砂浆体的握裹力 。钢绞线安放前 ,把注浆管顺着定位架中心孔穿入至锚杆底部 ,然后用人工扛
9、起缓 缓放至孔底 。孔口外预留约 1 m 长钢纹线备张拉锁 定用 。(3) 孔内注浆 : 用压力注浆 ,压力 0 . 45M Pa ,浆 液从孔底开始置换出孔内的水和沉渣 ,直至浆液返出孔口时 ,边拔出注浆管边补浆至全孔灌满浆液为 止 ,浆液水灰比为 0 . 5 1 。过大约 2 个小时再注一次 ,直至补满为止 。(4) 张拉锁定 :注完浆大约 4 天后 ,用槽钢联起 后 ,隔上锚板就可以进行张拉 ,并用锚具锁定 ,张拉 力为 15t 、12t 。一般分 3 级张拉 ,分别为 6t 、9t 、15t 。 3 . 2 面层布置土钉 墙 面 层 铺 设 网 格 尺 寸 为 200 mm 200 m
10、m 的钢筋网 , 其钢筋直径为 6 . 5 mm 。在钉头 处纵横各加 1 根 2 级直径为 20 mm 、 长为 500 mm 的 加强筋与土钉端部焊接 ; 或用一根直径为 16 mm 的 钢筋将各个土钉头焊接起来 。钢筋网左右宽度以5 . 0 m为宜 , 上下长度应和基坑每步开挖深度相匹 配 。钢筋网土层面壁间距为 50 mm ,同时用钉子将 面壁 钉 牢 , 固 定 钉 的 间 距 为 600 mm , 然 后 喷 射100 mm 厚的砼 ,以保护基坑面层 。 3 . 3 技术参数及特点除了预应力土钉的合理长度 , 预应力土钉布置 的合理高度和预应力的大小是比较关键的参数 ,对支支护护方
11、方案案及及对对比比分分析析基坑支护施工正逢北京雨季 ,给施工和基坑稳 定带来很大影响 。为保证基坑和临近建筑物的安 全 ,考虑各种影响因素 ,结合不同的情况对基坑不同5加油站的安全 (图 5) 。从变形与破坏 ( 图 6) 可以看 出基坑是稳定的 。图 5 基坑变形曲线图 2 临近建筑物沉降变形曲线图 6 变形破坏图图 3 基坑位移曲线5 . 2GH 段 由于该地段距红线较近 ,长大约 20 m ,且有一 9 层楼距开挖线仅 5 m ,边坡土方垂直开挖 ,为保证该 楼的安全使用 ,第三 、 五道支护采用预应力土钉 ,第 三道张 拉 力 15t , 第 五 道 张 拉 力 15t , 土 钉 倾
12、 角 10 度 ,孔径 130 mm 。支护方案如图 7 。 基坑变形稳定后实测最大位移值 9 mm ,理论计 算值 11 . 02 mm 。的分段作了不同的设计方案 ,并都做了有限元变形与破坏分析 ,这里介绍了三个重要分段并进行了对 比分析 。 5 . 1A I 段A I 段位于基坑南侧靠东大约长 30 m ,油罐距离 基坑大约 5 m 。第四 、 五道支护采用预应力土钉 ,第 四道张拉力 15t , 第五道张拉力 12t 。土钉倾角 10 度 ,孔径 130 mm 。边坡上部 3 . 5 米按 10. 7 进行放 坡开挖 ,以下部分垂直开挖 。具体见图 4 。图 7 GH 段支护剖面图5
13、. 3 ED 段 由于该 地 段 有 一 办 公 楼 , 其 基 础 底 板 埋 深 为9 . 5 m ,距基坑开挖线较近 , 同时距拟建筑物外墙 7 m 处有一埋深 5 m 的污水水泥管道 。该段上部 5 米 边坡按 11 进行放坡开挖 ,对已揭露出的污水竖井在(下转第 63 页)图 4 A I 段支护剖面图基坑变形稳定后实测最大位移值 10 mm ,理论计算值 10 . 44 mm 。通过变形与破坏有限元分析 ,基 坑开挖至坑底后水平位移和沉降都不大 ,不会影响强度 。同一批浆液样本会进行两个测试 ,若浆液测试的流出时间少于 15 秒 ,浆液不能用于灌浆 。 浆液泌水测试 : 浆液泌水测试
14、是测定一定容量的浆液的泌水量随时间变化的情况 。此实验主要是 测试水泥浆搅拌的均匀程度 ,确保水泥浆的低收缩 性 。一般来说 , 785 ml 浆液会被倒进 3 个量杯 内 。 量杯内的表面水分以针筒抽出并量度其体积 。每次量度后应把水分注回量杯内 ,以体积计算流出的水 量记录 ,并绘制成一张特定图表 。须记录首一小时 内每 15 min 及于其后的 3 小时 ,每小时记录一次沁 出水分的份量 。浆溢泌水测试的准则为 : 1) 于 3 小 时后的浆液水分流失量少于 0 . 5 % ; 2) 最高浆液水 分流失量少于 1 % ;3) 水分须在 24 小时内重新被浆液吸收 。 水泥浆试块 :每次灌
15、浆工序进行时 ,须制作水泥 浆液立方体试块 ,并测定其第 3 天 、 第 7 天 、 第 28 天 的抗压强度 。本工程要求水泥浆试块 28 天抗压强 度不小于 30M Pa 。验 ,试验结果表明 :在试验荷载达到设计荷载的 1 . 2倍时 , 所 有 土 钉 的 位 移 均 稳 定 , 最 大 位 移 不 超 过15 mm ,平均 10 mm 。根据我司以往在深圳地区设计 的土钉工程实测位移统计 ,平均约 2030 mm ,表明 采用此次的设计方法及施工工艺较之以前位移有了 明显的下降 ,土钉质量提高明显 ,工程效果好 。特别 是本文介绍的水泥浆质量控制及测试方法值得在以后的工程中借鉴及推广
16、 。 参参 考考 文文 献献曾宪明 ,黄久松. 土钉支护设计与施工手册. 北京 : 中国建筑工业出版社 ,2001 .重庆市设计院. 建筑边坡工程技术规范 ( GB50330 - 2002) . 北 京 :中国计划出版社 ,2002 .国家冶金工业局. 锚杆喷射混凝土支护技术规范 ( GB50086 -2001) . 北京 :中国计划出版社 ,2002 .深 圳 市 勘 察 测 绘 院. 深 圳 地 区 建 筑 深 基 坑 支 护 技 术 规 范( SJ G05 - 96) . 深圳 :深圳市勘察测绘院出版 ,1996 .1234作作者通者通讯讯地址地址 :广东省深圳市燕南路 98 号深圳地质局岩土工程处 邮编邮编 :518028 工工程程效效果果 对已完工的 8 个电塔的土钉进行了验收抗拔试4(上接第 60 页)边坡支护时进行加固处理 。为保证上述构筑物的安
