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1、郑州市郑东新区会展宾馆基坑支护工程设计 张 领前 言基坑支护设计与施工既是我国各大城市基本建设工程中的重要关键问题，又是岩土力学学科中比较复杂和困难的问题。其所以重要，是由于现代大城市高层建筑 的地下部分和城市地下交通均需要充分利用地下空间。基坑开挖深度已从十几米发展到二、三十米。我国已经有不少基建工程由于深基坑支护失误，导致重大经济损失并延误建设工期。近些年我国大量兴建的高层建筑基坑成功施工实例各地区通过工程实践与科研，都有了一些行之有效的技术方法，使深基坑支护工程技术水平得到了迅速提高，取得了可喜成绩。全套图纸，加153893706郑州市郑东新区会展宾馆基坑支护工程设计1 工程概况1.1
2、工程简介郑州绿地广场（郑州会展宾馆）座落在河南省郑州市郑东新区CBD内环，北临如意湖，东临会展中心，西临艺术中心，是河南省的地标性建筑。本工程为郑州绿地广场（郑州会展宾馆）基坑支护工程。基坑包括主体塔楼基坑、水上娱乐裙房基坑和大型商业裙房基坑三部分。主塔楼地下3层（局部地下4层），基础埋深18.1m（以临如意湖堤坝顶标高+87.200m为基准，算至基础底面）。裙房地下3层，基础埋深16.3m（以场地平均自然地坪标高+89.200m为基准，算至基础底面）。1.2 场地环境情况拟建场地位于郑州市东部，郑东新区CBD的中心，场地西北侧与正在建设中的河南省艺术中心相临，拟建大型商业裙房距离艺术中心冷却
3、水池距离约7.0m，该水池埋深约6.0m，为混凝土结构地下构筑物，艺术中心其它建筑与拟建建筑距离大于60 m；建筑场地东侧与郑州会展中心会议中心，拟建建筑距离会议中心树形柱距离最近处约29 m；场地西南侧紧邻金水路立交桥引道和郑东新区CBD内环路；北侧紧邻如意湖，拟建水上娱乐裙房地下室外墙紧邻如意湖挡土墙，挡土墙顶面标高87.00 m，埋深6.1 m，伸入本场地红线2.5-5.5 m，勘察期间如意湖水面标高为85.7 m，建筑边沿水深约1.3-3.7 m，钢筋混凝土结构，湖底铺设有0.2 m的碎石，0.3 m的覆土和膨润土防渗毯防水层。场地周围建筑和设施均为郑州市的重点工程项目，拟建建筑位置重
4、要。1.3 场地工程地质条件1.3.1 地形地貌拟建郑东新区会展宾馆场地所处地貌单元为黄河冲积平原；地形因人工修建场地北侧的如意湖堆、填土而稍有起伏，绝对高程87.1190.40 m，高差3.3 m左右；勘察期间场地内地面下有厚度不等的杂填土及原有机场跑道。1.3.2 地层特征描述根据初步勘察报告，基坑深度范围内从上到下分层描述如下：第1层 杂填土，（Q4-3ml），杂色，稍密中密，成分差别很大，主要成分为粉土，含灰土、砼块和建筑垃圾，主要是人工开挖如意湖时回填的土层，回填时间约2年，大型商业裙房地段有郑州老机场遗留的水泥跑道、旧基础和跑道下的碎石、灰土基层，厚度差别较大,厚度在水上娱乐裙房地
5、段厚度较大，大型商业裙房地段厚度较小；层底深度0.405.70 m，平均层底深度2.41 m，厚度0.405.70 m，平均厚度2.41 m。第2层 新近沉积粉土（Q4-3al），褐黄色，湿，稍密中密，干强度低，摇振反应中等，无光泽反应，韧性低，压力小时具有塑性，随压力增大将出现脆性变形。含碎砖屑、植物根、夹粉质粘土块，主要分布在大型商业裙房场地内, 层底深度0.903.00 m，平均层底深度1.80 m，厚度2.204.00 m，平均厚度3.16 m。第3层 新近沉积粉质粘土（Q4-3al），褐黄色黄灰色，饱和，可塑，干强度中等，无摇振反应，韧性中等，土质不均匀，局部为粉土，土中含铁质，云母
6、片，主要分布在大型商业裙房场地内, 层底深度2.905.50 m，平均层底深度4.29 m，厚度0.703.50 m，平均厚度1.55 m。第4层 新近沉积粉土（Q4-3al），褐黄色褐灰色，湿，中密，干强度低，摇振反应迅速，无光泽反应，韧性低。土质不均匀，土中含碎砖屑、铁质氧化物，夹粉质粘土团块, 层底深度5.008.00 m，平均层底深度6.26 m，厚度1.003.00 m，平均厚度2.08 m。第5层 新近沉积粉质粘土（Q4-3al），褐黄色褐灰色，饱和，可塑，干强度中等，无摇振反应，稍有光滑，韧性中等。土质不均匀，夹有粉土薄层，含铁质氧化物，少量小姜石, 该层在场地部分地段缺失，层底
7、深度4.408.60 m，平均层底深度6.69 m，厚度0.302.00 m，平均厚度0.97 m。第6层 新近沉积粉土（Q4-3al），褐黄灰黄色，湿，中密，干强度低，摇振反应迅速，无光泽反应，韧性低，土中含有锈黄色斑点；有水纹层理，下部夹有厚度不大的以小卵石、粗砂和粘土块组成的混合土，混合土层渗透性较大, 该层厚度较大，层底深度6.9011.50 m，平均层底深度9.53m，厚度1.204.60 m，平均厚度3.03 m。第7层 粉质粘土（Q4-2l），灰色深灰色，饱和，可塑，干强度中等，无摇振反应，切面光滑，韧性中等。土质均匀，中间夹有粉土薄层，土中含蜗牛壳碎片,较多的有机质, 厚度差别
8、较大，层底深度10.0014.50 m，平均层底深度12.74 m，厚度0.605.00 m，平均厚度3.20 m。第8层 粉土（Q4-2l），灰色，湿，中密，干强度低，摇振反应迅速，无光泽反应，韧性低，土质分布不均匀，中间夹粉砂薄层，土中含黄色斑点、蜗牛壳碎片，具有水纹层理，层底深度11.0015.00 m，平均层底深度13.41 m，厚度0.502.50 m，平均厚度0.93 m。第9层 粉质粘土（Q4-2l），灰灰黑色，饱和，可塑，干强度中等，无摇振反应，韧性中等，稍有光滑，土中含蜗牛壳碎片，局部含较多有机质, 层底深度12.5017.50 m，平均层底深度15.00 m，厚度0.603
9、.00 m，平均厚度1.54 m。第10层 粉土（Q4-2l），浅灰色灰色，湿，密实，干强度低，摇振反应中等，韧性低，无光泽反应，土质分布不均匀，土中含蜗牛壳碎片，小姜石，下部近粉砂, 层底深度13.9018.50 m，平均层底深度16.55 m，厚度0.502.30 m，平均厚度1.55 m。第11层 粉砂（Q4-1al+pl），褐黄色灰色，饱和，中密密实，颗粒级配一般，主要成分为云母、石英、长石，粉粒含量高，土质分布不均匀，土中含蜗牛壳、小姜石，上部夹有薄层粉土, 层底深度17.4021.50 m，平均层底深度19.49 m，厚度1.504.90 m，平均厚度2.95 m。第12层 细砂（
10、Q4-1al+ pl），褐黄色，饱和，密实，颗粒级配一般，主要成分为长石、石英、云母，局部为中砂,比较纯净， 层底深度25.2030.00 m，平均层底深度27.75 m，厚度5.5010.50 m，平均厚度8.25 m。第13层 粉质粘土（Q4-1al+ pl），褐黄色，饱和，可塑硬塑，稍有光滑，干强度高，韧性中等，无摇振反应，土中含有姜石、铁锰质结核，局部为粉土, 层底深度26.5031.50 m，平均层底深度29.26 m，厚度0.803.20 m，平均厚度1.72 m。1.4 场地工程水文地质条件根据含水层的埋藏条件和水理特征,场地内及附近地下水在勘探深度范围内,可分为两个含水层,即上
11、层潜水和下部的承压水。（1）潜水潜水含水层埋藏在16.0 m以上，主要岩性由埋藏在6.014.0 m范围内的Q4-3 Q4-2 的粉土、粉质粘土层组成，该土层为弱透水层。（2）承压水承压水含水层埋藏在地面下17.635.8 m之间，主要岩性由埋藏在17.6 m34.5 m范围内全新统下段Q4-1的粉砂层和细砂层组成，该土层富水性好，透水性强，属强透水层，具有承压性。承压水与潜水被第、层粉质粘土两个相对隔水层分开。2 基坑支护方案的初步论证2.1 基坑支护方案的初步确定2.1.1.土钉墙： 是采用土钉加固的基坑侧壁土体与钢筋混凝土面层共同组成的支护结构。土钉墙是一种柔性的支护结构，在粉土、粘性土
12、地层广泛采用。土钉墙的优点是：投资少、工效快、随开挖随支护、不占用独立的工期，一般适用于较浅的基坑或水位较低、基坑侧壁安全等级要求不高的基坑。其缺点是：必须在无水的条件下施工，对水位埋深较深的基坑需采取大面积降水或截水措施；最主要的是土钉墙支护对抵抗边坡变形的能力较差，一般都伴随放坡开挖。土钉墙近年来在本地不少工程大于11米深的基坑多次被成功采用，土钉墙支护可以考虑应用于本工程，但本基坑开挖较深，单一的使用土钉墙支护不足以满足基坑侧壁稳定性的要求，所以使用时应和其他支护方式联合使用。2.1. 2（重力式排桩挡墙）悬臂桩：是一种被动的支挡结构，靠排桩与桩顶冠梁共同组成支挡体系，一般可与斜撑、角撑
13、共同使用。此种支护方式适合于无法放坡或土钉无法成孔且安全等级要求不高的基坑边坡。它的优点是：能解决场地狭小，土钉墙无法施工的条件下的基坑支护问题，基坑开挖过程中，可减少分层开挖的次数，便于土方施工。但是本工程建筑物地上部分高283m，地下有三层地下室，基坑深18.1m，是河南省的重点工程和建设项目，基坑支护安全等级较高；虽然施工场地狭小，但是有足够的施工空间。所以，从设计的角度看重力式挡墙不宜在本工程使用。2.1.3 内支撑：是由钢结构或钢筋混凝土构件组成的用以支撑基坑侧壁的结构体系。内支撑适用于比较规矩的基坑，如矩形、方形、圆形基坑。支撑体系同样要有桩或地连墙做挡墙，由钢或钢筋砼构件代替了锚
14、杆，支撑构件与锚杆在作用机理上不同：支撑构件是在挡墙产生破坏变形后，才有支反力产生，靠支撑构件的刚性抑制变形的继续发展；而予应力锚杆是人为的予先施加给土体或挡墙一个支反力，不让其产生破坏变形。由于本工程基坑平面尺寸较大，并且基坑形状极其不规则，从施工角度来说施工难度较大，且对设计的准确性、精度以及施工质量要求较高，另外、支撑体系要在基坑内部布设纵横交错的构件，影响基坑土方开挖及后期主体施工。而且经济投资也相当大，所以从施工角度来说不宜在本工程采用。2.1.4地下连续墙地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底
15、面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。在基坑深（一般h10m）、周围环境保护要求高的工程中，经技术经济比较后多采用此技术。但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽会有较大困难，尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具，施工费用较高。在施工中泥浆污染施工现场，造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，即施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。逆作法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此在基坑施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力（即利用地下结构自身的桩、柱、梁、板作为支撑，同时可省去内部支撑体系），减少支护结构变形，降低造价并缩短工期，是推广应用的新技术之一。除现场浇筑的地下连续墙外，我国还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用。预制装配式地下连续墙墙面光滑，由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度。而预应力地下连续墙则可提高围护墙的刚度达30%以上，可减薄墙厚，减少内支撑数量，由于曲线布筋张拉后产生反拱作用，可减少
