郑州东区某深基坑桩锚支护结构的优化设计及监测反分析

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　　 摘要：桩锚支护方案是郑州东区深基坑中常见到的支护方案，本文通过工程实例，探讨在特定条件下对桩锚支护方案进行优化，从而做到在保证基坑安全的前提下符合经济的原则，通过对基坑的变形监测结果表明，支护效果较好。对邻近地区类似基坑工程有一定的借鉴作用。
　　关键词 郑州东区 深基坑 桩锚支护 优化设计 监测反分析
　　中图分类号：U455.7+1文献标识码： A 文章编号：
　　引言
　　拟建工程位于郑州东区，总建筑面积约为175万m2。一期工程主楼11栋，各建筑物为23～30层，裙楼2～8层，地下车库均为2层且相互连通，基底深度为自然地坪向下约11.00～11.50m。基坑开挖边线南侧距路边线9.00m，西侧距路边线约9.00m，东侧距大道绿化带边线约25.00m，北侧为拟建二期场地，其中尤以西侧和南侧环境条件较复杂。拟建基坑周边环境条件见表1。具体情况详见图1。
　　 基坑场地周边临建距基坑边线距离一览表表1
　　
　　
　　
　　图1郑州东区某深基坑环境及支护平面布置图
　　
　　1.场地工程地质条件及水文地质条件
　　场区位于冲积、冲洪积平原，地层岩性主要为粉土、粉质粘土，按其成因类型、岩性及工程地质特性现将在基坑支护影响范围内的工程地质单元层描述如下：
　　第⑴1层 (Q4ml)：杂填土，以建筑垃圾为主，大部分已经挖除。层底深度0.40～3.00m，平均厚度1.40m。
　　第⑴层 (Q4al)：新近沉积粉土，浅黄色，稍湿，稍密，层底深度1.10～4.20m，层厚0.30～2.60m，平均厚度1.9m。
　　第⑵层 (Q4al)：新近沉积粉土，浅黄色，湿，稍密，层底深度3.50～6.70m，层厚1.70～4.00m，平均厚度2.5m。
　　第⑶层(Q4al)：新近沉积粉土，褐黄色，湿，稍密，层底深度5.10～9.80m，层厚1.00～4.50m，平均厚度2.89m。
　　第⑷层 (Q4al)：粉土，褐黄色，湿，中密，层底深度7.40～11.80m，层厚0.70～4.50m，平均厚度2.2m。
　　第⑸层(Q4al)：粉质粘土，灰褐色，软塑～可塑，层底深度9.00～13.00m，层厚0.70～3.40m，平均厚度1.6m。
　　第⑹层(Q4al)：粉土，灰黄色，湿，中密，层底深度11.50～15.60m，层厚1.20～3.70m，平均厚度2.4m。
　　第⑺层(Q3al+pi)：粉质粘土，灰色～灰黑色，软塑～可塑，层底深度14.60～21.60m，层厚1.00～7.20m，平均厚度4.3m。
　　第⑻层(Q3al+pi)：粉砂，灰色，饱和，中密～密实，主要矿物成分为长石、石英、云母等。层底标高66.30～73.06m，层底深度17.00～23.90m，层厚0.30～5.30m，平均厚度1.66m。
　　第⑼层(Q3al+pi)：细砂，灰色～灰黄色，饱和，密实，层底深度31.00～35.00m，层厚7.50～14.60m，平均厚度10.20m。
　　第⑽层(Q3al)：粉土，褐黄色，湿，中密，层底深度34.30～36.80m，层厚1.50～8.00m，平均厚度4.8m。
　　各土层物理力学性质指标见表2。
　　表2各土层主要物理力学性质指标表
　　
　　
　　场地勘探深度范围内，可分为二层水，对基础施工均有影响。18m以上为潜水，含水层岩性以粉土为主，地层属弱透水、弱富水层，主要接受大气降雨的补给，潜水位为6.50～7.00m，建议粉土渗透系数为K=0.5m/d；18～30m为微承压水，含水层岩性为粉砂、细砂，主要接受大量降雨及侧向径流补给，主要消耗于人工开采。测得微承压水位位8.10～9.40m，建议粉细砂渗透系数为K=5m/d。潜水与微承压水之间的水力联系密切。该场地历史最高水位约为1.50m。
　　2. 基坑支护方案选型及支护方案确定
　　2.1基坑支护方案选型
　　以下仅对基坑西侧及南侧选型支护方案选型及确定进行分析，限于篇幅，基坑的降、止水方案及挖土要求等不在涉及。
　　2.1.1本基坑工程的特点
　　根据本基坑开挖深度、工程地质及周边环境条件，按照文献[1]的规定，确定本基坑工程侧壁支护等级为一级。本基坑工程具有以下特点：①基坑较深，达12.5m；周围环境条件较复杂，身处闹市，基坑侧壁等级为一级；②基坑地下水位为6.50～7.00m，场地历史最高水位约为1.50m，需进行降水。基坑开挖深度内及坑底部为⑤层软塑粉质粘土，降水难度较大；③以往经验表明，因基坑底部为⑤层软塑粉质粘土，该地层渗透性差、地质条件差，极易在桩间形成流泥、涌砂现象。若处理不及时，将可能导致地面发生沉降；④应对基坑及周边建筑进行变形监测，并做好巡视工作。
　　2.1.2基坑支护方案的分析与确定
　　本工程设计方案中，边坡计算时考虑最大超载为20kPa，坑边超载应在基坑边缘2.0m以外。
　　根据本基坑较深及位于软土地区的特点并结合国家及行业有关规范及有关文献 [1] [2] [3]，首选采用桩锚支护方案。到考虑到场地上有一定的放坡空间，故采用二级放坡，即上部6m采用土钉墙支护方案，以下采用桩锚支护方案的联合支护方案，尽量做到即安全又经济。采用双排水泥土搅拌桩截水，土钉墙+桩锚联合支护，详细参数见表3表4和表5及图2。
　　对其中的支护方案做了如下优化设计：（1）锚索采用大直径，直径250mm，端部3.0m为扩大头，直径400mm，第一排施加预应力200KN；第二排施加预应力180KN。与普通的预应力锚索相比单根抗拨承载力特征值是后者的3-4倍；（2）护坡桩采用CFG后插筋工艺，采用不均匀配筋，即内侧8根Φ22，外侧4根Φ22，与普通的均匀配筋相比，钢筋减少约30%；（3）桩间土处理：护坡桩中心间距为1.5倍桩径，因此桩间土必须采用挂网锚喷支护。桩间土面层设计：挂Φ10钢筋网@300X300mm，加强筋为Φ16，间距2m，然后喷射细石砼C20厚100 mm护面。(4)其他;锚桩施工时普通42.5#纯水泥浆，水灰比1～0.75:1，泵压力值为1.2-2.4Mpa，注浆总量不少于100kg/m。锚桩连梁为2×22#槽钢，楔型垫板为250×250钢板厚25mm。锚具、夹片采用OVM15系列。
　　表3 土钉墙坡度信息
　　
　　
　　表5 锚桩设计参数
　　
　　
　　
　　支护结构安全系数见下表6。
　　表6 支护结构安全系数
　　
　　
　　
　　图2 西侧南侧支护结构剖面图
　　2.2变形监测方案概述
　　2.2.1、基坑监测内容
　　监测内容主要包括： ①坡顶支护体水平位移监测：坡顶支护体水平位移每边4个点，共8个点；②地面道路沉降观测：地面道路每侧4个点，共8个点；③地下水位监测。
　　2.2.2、监测标准确定
　　监测标准确定主要参照一下几方面。（1）对支护体：按照“GB50202—2002” [4]第7章规定，对一级基坑，其围护结构墙顶位移监测值为3.0cm，围护结构墙顶最大位移监测值为5.0cm。按照文献5第9章有关规定确定每天位移速率不大于2mm/d[5]；（2）对地面道路沉降观测：每天沉降最大不大于2mm，累计沉降量不大于30mm。监测标准详见表7。
　　表7 监测标准一览表
　　序号 监测内容 累计量 速率
　　1 围护结构墙顶
　　位移监控值( ≤30mm ≤2mm/d
　　2 地面最大沉降监控值 ≤30.0mm ≤2.0mm/d
　　3 施工情况及监测结果
　　项目施工开始于2007年5月6日，至2007年10月底挖至坑底，施工和挖土按照设计要求施工。墙顶位移及东侧临近建筑物沉降均在设计要求之内。近6个月的监测表明，支护体墙顶西侧、南侧三个点水平位移在5~13mm;地面道路沉降量在4~9mm。远远小于设计要求。
　　4.0结论
　　该项目取得成功主要取决于以下因素：
　　（1）、根据本基坑工程的特点对桩锚支护方案做了三项优化设计。结果表明，与传统的桩锚设计方案相比，为业主节约约30%的建设资金。据测算，仅施工费一项就节约了100余万元，小于普通桩锚支护体系的费用。由于该桩锚体系具有较大的抗拨力，所以桩顶位移很小。
　　（2）、严格按设计要求和土方开挖要求施工，较好的贯彻了设计意图。对注浆体的注浆质量控制较好；
　　（3）、对桩间土处理较好：本基坑约8m以下，为灰色地层，该层具有粘性大，渗透性差的特点，局部降水效果差。施工至该层时，桩间土发生涌砂和流泥现象，因措施到位，处理及时，较好的控制了该处桩顶可能出现的过大位移。
　　（4）、监测到位：期间开展了对支护体、临近建筑物及道路的变形监测，并及时预报，实现了信息化施工。
　　参考文献：
　　[1] JGJ120-99,《建筑基坑支护技术规程》[S]
　　[2] 王荣彦. 郑州东区基坑支护型式探讨[J]. 探矿工程, 2006 ,12
　　[3] YB9258-97,《建筑基坑工程技术规范》[S].
　　[4] GB50202-2002,《建筑地基基础工程施工质量验收规范》[S]
　　[5] 高大钊等.《深基坑工程》(第二版)[M]北京：机械工业出版社,2003.3
　　
　　作者简介：
　　张志敏,1972年11月生，山西河津人，1996年毕业于西安地质学院，工学学士。河南省水利勘测有限公司高级工程师，注册土木工程师、注册一级建造师。长期从事岩土工程（含基坑工程）的勘察、设计与治理工作。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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