1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)
1.基坑支护结构类型
1.1钢板桩支护
钢板桩应用于建筑深基坑的支护,是一种施工简单,投资经济的支护方法。钢板桩适用于开挖深度为 3 m ~ 7 m 的基坑,但由于钢板桩本身柔性大,如支撑或锚拉系统设置不当, 其变形会很大。因此对基坑支护深度在 7 m 以上软土地层, 基坑支护不宜采用钢板桩支护, 除非设置多层支撑或锚拉杆, 这样给坑内施工带来一定困难。 但也要考虑到地下室施工结束后钢板桩拔出时对周围地基和地表变形的影响。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
一.工程概况
拟建风迅科技研发中心项目位于南京市江宁经济技术开发区内,该地块东邻双龙大道(宁溧路),南靠紫金二路。拟建建筑物主要由2幢办公塔楼、2栋裙房、1栋商业综合体组成。项目总建筑面积约117996.0平方米,其中地上建筑面积约67817.0平方米,地下建筑面积约50179.0平方米。其中办公塔楼一高22层,建筑高度为96.6米,采用框架剪力墙结构,单柱最大轴力为25000kN;办公塔楼二高22层,建筑高度为82.2米,采用框架剪力墙结构,单柱最大轴力为32000kN;裙房一高4层,建筑高度21.0米,采用框架结构,单柱最大轴力为13000kN;裙房二高4层,建筑高度21.0米,采用框架结构,单柱最大轴力为13000kN;商业用房高3层,建筑高度16.0米,采用框架结构,单柱最大轴力为13000kN;拟建场地内设满堂3层地下室,基坑挖深约15.0米,地下室底板标高为-2.20米,框架结构。满堂地下室与主楼之间基础脱开,由后浇带相连。拟建场地整平标高为11.85米,建筑物地坪0.000绝对标高为12.00米。
场地东侧紧邻南京地铁三号线秣周路站及站后折返线轨隧区间隧道(建筑红线与地铁相距约200.00米)及双龙大道(宁溧路),北侧紧邻南京(紫金)砂之船项目、南京紫金(江宁)假日酒店、紫金(江宁)商业停车楼综合体,基坑与紫金(江宁)商业停车楼地下室外墙之间净距离为3.00米,基坑施工应采取严格的支护措施,尤其基坑东侧南京地铁三号线秣周路站、地铁隧道折返线路、双龙大道(宁溧路)及紫金(江宁)商业停车楼须重点保护。
二.工程水文地质条件
(一)自然地理及气象条件
南京市平面位置南北长、东西窄,成正南北向;南北直线距离150公里,中部东西宽50~70公里,南北两端东西宽约30公里。南面是低山、岗地、河谷平原、滨湖平原和沿江河地等地形单元构成的地貌综合体。
地貌区域为宁、镇、扬山地的一部分,低山山陵占全市总面积的64.52%。长江南京段长度约95km;江南有秦淮河,江北有滁河,为南京市境内两条主要的长江支流,其河谷平原为重要农业区。水面占全市总面积11.4%,平原、洼地占24.08%。
南京江宁区位于长江三角洲江南佳丽地的南京市南部,从东西南三面环抱南京,介于北纬3038′~3213′,东经11831′~11904′之间,总面积1577.75平方公里。东与句容市接壤,东南与溧水县毗连,南与安徽省当涂县衔接,西南与安徽省马鞍山市相邻,西与安徽省和县及南京市浦口区隔江相望。
拟建场区行政区划属南京市江宁区,南京属北亚热带次湿润季风气候区。冬夏长而春秋短,为省区夏季高温中心。因地域狭长,南北气候差异较大。平均气温:全年15.1℃,一月1.9℃,七月27.6℃。极端气温:最高45.6℃,最低-16.9℃。年日照时数2090小时,无霜期230天,降水量1026毫米。
江宁地区极端最高气温45.6℃,极端最低气温-6.2℃,出现在1月。年总降水量1037.6毫米,全年大于0.1毫米降水日119天,梅雨期为6月21日~7月12日,梅期22天,属正常范围。梅雨期间降水相对偏多。年日照时数2099.8小时,无霜期225天。
(二)地表地下水分布情况
地表水:拟建场区内水系均属长江水系,水系较为发达,区内河流纵横交错,本次勘察所涉及的主要河流分别为U湖、阳山河、云台山河,U湖位于场地北侧,距离场地约800米,阳山河位于场地北侧,距离场地约1.50公里,云台山河位于场地南侧,距离场地约2.0公里,上述河流最终由外秦淮河汇入长江,主要功能是农田灌溉和排涝。河水变化主要受大气降水、人类生活用水、周边河水的径流补给影响。
地下水:拟建场地浅部地下水类型为孔隙潜水,其中孔隙潜水主要赋存于表层①层填土中。场地人工填土局部厚度较大,由于密实度差,其间的大孔隙往往成为地下水的赋存空间,且连通性较好,富水性及透水性较好,属中透水层,雨季水量较丰富。新近沉积的②1、②2粉质粘土与一般沉积的②3粉质粘土,属饱水地层,但给水性较差、透水性弱,属微~弱透水地层,③1粉质粘土,透水性差,可视为相对隔水层,③2粉质粘土,给水性较差、透水性弱,属微~弱透水地层。勘察期间实测地下水初见水位埋深0.40~1.00米,稳定水位埋深0.80~1.46米(因地形起伏略有差异),地下潜水水位标高为8.25~9.32米(吴淞高程),年水位变幅0.50~1.00米,水位变化主要受大气降水和地表水迳流补给影响。场地近3年最高地下水位埋深与初见水位大致持平,约9.80米(吴淞高程)。其余各岩土层含水微弱为相对隔水层。
场地底部基岩为白垩纪晚期赤山组(K1c)强风化泥质粉砂岩,裂隙发育,且多呈紧密闭合状,裂隙连通性普遍差,含水微弱。局部可能存在少量风化裂隙水,水量较小。
(三)岩土层分布
根据钻探、原位测试及室内试验综合分析,拟建场地表层为人工填土,其下为第四系全新统(Q4)新近沉积的粘性土与一般沉积的粘性土,下部为上更新统(Q3)沉积的可~硬塑粉质粘土、粉质粘土混砂砾石,底部基岩为白垩纪下统赤山组(K1c)风化基岩。根据场地岩土层揭示由上而下可分为五大工程地质层,9个亚层。现自上而下分述如下:
①1素填土(Q4ml):灰黄色、灰褐色、灰色,很湿~饱和,结构松散,主要由软~可塑状粉质粘土局部夹少量小碎石子组成,局部含有植物根茎。硬杂物含量5~10%不等。该场地大部表层为混凝土水泥地面,层厚0.30~0.60米。该层结构松散,土质不均匀。回填时间为小于3年。层厚0.60~6.50米。
①2淤泥质填土(Q4ml):灰色、灰黑色,饱和,流塑,高压缩性。含大量的腐植物,具淤臭味,局部含少量建筑生活垃圾。该层局部分布,主要分布于原水沟、水塘底部。层厚0.90~4.30米。
②1粉质粘土(Q4al):灰黄色、灰褐色、黄灰色,饱和,可~硬塑,中压缩性。无摇振反应,切面有光泽,干强度、韧性中等。土质不均匀。该层分布不均,局部缺失。顶板埋深0.60~6.30米,层顶标高3.83~9.10米,层厚0.90~6.80米。
②2粉质粘土(Q4al):黄灰色、灰色,饱和,软~流塑,中偏高压缩性。摇振反应缓慢,略具光泽反应,干强度、韧性中等偏低。局部富含有植物腐殖质。该层局部夹薄层稍密状粉土及粉砂,具水平状沉积层理,单层厚1.0~5.0cm,局部富集。土质不均匀。该层分布不均,局部缺失。顶板埋深2.60~8.80米,层顶标高1.10~7.37米,层厚1.70~10.70米。
②3粉质粘土(Q4al):灰黄色、黄灰色、灰色,饱和,可塑,中压缩性。无摇振反应,刀切面稍有光泽,干强度、韧性中等。局部偶夹薄层状稍密状粉土,具水平状沉积层理,单层厚1.0~5.0mm。土质不均匀。该层全场区分布。顶板埋深3.00~16.50米,层顶标高-6.30~7.00米,层厚3.40~16.70米。
③1粉质粘土(Q3al):灰黄色、黄褐色,饱和,硬塑,局部可塑,中压缩性。含少量铁锰质小结核及铁质浸染斑点,无摇震反应,切面有光泽,干强度中等,韧性中等偏高。土质不均匀。该层全场区分布。顶板埋深13.90~23.70米,层顶标高-13.90~-4.13米,层厚2.30~9.20米。
③2粉质粘土(Q3al):灰黄色,饱和,可塑,局部软塑,中压缩性。无摇震反应,切面稍有光泽,干强度中等,韧性中等。局部粉粒含量较高,夹中密状薄层粉土及粉砂,底部较为富集。土质不均匀。该层全场区分布。顶板埋深19.50~26.70米,层顶标高-16.90~-9.73米,层厚2.50~9.70米。
④粉质粘土混砂砾石 (Q3al):灰黄色、黄灰色、灰色,饱和,可塑,局部偏软塑,中压缩性,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。粉质粘土中混杂较多的砂砾石,大小不一,分布不均,局部较富集,砾石含量15~25%,粒径多为0.10~3cm,少数大于8.00cm,呈次棱角状~次圆状,成分多为石英质,硅质,局部充填中细砂。顶板埋深27.50~31.20米,层顶标高-20.67~-17.60米,层厚0.50~2.20米。
⑤强风化泥质粉砂岩(K1c):棕红色、褐红色、砖红色,风化强烈,岩石结构大部分被破坏,矿物成分显著变化,岩芯呈砂土状夹碎屑(块),手捏易碎,水冲即散,脚踏即碎。局部夹少量中风化碎块,锤击易碎,岩体裂隙发育,但多呈紧密闭合状。岩块天然单轴抗压强度区间值离散性小,为0.48~2.11MPa,为极软岩,岩体基本质量等级为Ⅴ类。该岩体顶面起伏总体较平缓,顶板埋深29.40~31.90米,层顶标高-21.37~-19.47米,本次勘察最大揭示厚度为35.20米。
(四)建筑场地类别及地震效应
1.根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)附录A,确定南京地区的抗震设防烈度为7度,设计地震分组第一组,设计基本地震加速度值为0.10g。
2.拟建场地属岗地及岗间坳谷地貌单元,其下分布有新近沉积的②1、②2粉质粘土及一般沉积的②3粉质粘土软弱土层,下部为上更新统(Q3)沉积的可~硬塑粉质粘土,底部基岩为白垩纪下统赤山组(K1c)泥质粉砂岩,土层分布较稳定。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)4.1.1条判定,拟建场地处于抗震不利地段。
(五)场地土液化评价
根据钻探揭示,拟建场地20.0米以浅土层均为粘性土,无粉土、砂性土分布,无液化土层。
三.地基岩土层承载力特征值
地基岩土层承载力特征值见表1。
表1
层号 | 土体抗剪强度指标计算承载力特征值 | 按《南京地区建筑地基基础设计规范》 | 推荐 承载力 特征值 fak (kPa) | |||||||
土工试验 | 标准贯入试验 | |||||||||
γ (kN/m3) | Cq (kPa) | Φq (度) | fa (kPa) | e | IL/w | fak (kPa) | 标准值 N(击) | fak (kPa) | ||
②1 | 19.8 | 49.4 | 13.8 | 260 | 0.745 | 0.28 | 240 | 10.8 | 220 | 160 |
②2 | 18.4 | 21.7 | 9.4 | 108 | 0.958 | 0.98 | 90 | 2.6 | 70 | 80 |
②3 | 19.8 | 41.6 | 12.8 | 215 | 0.742 | 0.52 | 220 | 8.2 | 175 | 150 |
③1 | 20.0 | 44.0 | 13.4 | 232 | 0.712 | 0.25 | 250 | 13.7 | 250 | 230 |
③2 | 19.9 | 35.2 | 13.2 | 189 | 0.691 | 0.49 | 240 | 11.1 | 225 | 170 |
④ | 10.19* | 220 | 230 | |||||||
⑤ | 岩石天然单轴抗压强度标准值frk=0.92MPa | 350 |
注:1. 在上表岩土层承载力评价时,结合原位测试结果及地区经验值,进行了综合评价;
2. 计算公式为fa=Mbγb Mdγmd MCCK,式中b取3,d取0.5;
3. 表中加*号数值为重型(Ⅱ)动力触探加权平均值。
四.设计思路
(一)场地工程地质评价
拟建场地属于岗地及岗间坳谷地貌单元,场地开阔、平坦,无滑坡、崩塌等不良地质作用,属Ⅱ类建筑场地,处于抗震不利地段。地下水及地下水位以上土对混凝土结构及混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。对各岩土层的工程地质性能评价如下:①层填土,结构松散,强度低,工程地质性能差;②1层粉质粘土,可~硬塑,中压缩性,工程地质性能较好;②2层粉质粘土,软~流塑,中偏高压缩性,工程地质性能差;②3层粉质粘土,可塑,中压缩性,工程地质性能一般;③1层粉质粘土,硬塑,局部可塑,中压缩性,工程地质性能良好;③2层粉质粘土,可塑,局部软塑,中压缩性,工程地质性能一般;④层粉质粘土混砂砾石,可塑,局部偏软塑,中压缩性,工程地质性能良好;⑤层强风化泥质粉砂岩,呈密实砂土状,局部呈碎块状,工程地质性能良好。
(二)与基坑支护设计相关土层的设计参数
根据场地岩土层分布、物理力学性质并结合建筑物上部结构荷载特征建议如下:
桩基设计参数见表2。
桩基设计参数
8表2
层号 | 砼预制桩 | 钻孔灌注桩 | 水泥土搅拌桩 | 抗拔 系数 λi | |||
qsia(kPa) | qpa(kPa) | qsia(kPa) | qpa(kPa) | qsi (kPa) | qp (kPa) | ||
②1 | 32 | 30 | 30 | 160 | 0.73 | ||
②2 | 16 | 15 | 15 | 80 | 0.71 | ||
②3 | 26 | 25 | 25 | 150 | 0.73 | ||
③1 | 44 | 42 | 42 | 230 | 0.76 | ||
③2 | 32 | 30 | 30 | 170 | 0.74 | ||
④ | 40 | 38 | 0.72 | ||||
⑤ | 55 | 3500 | 50 | 950(h>15) | 0.70 |
注: 1.qsia、qpa分别为桩周土侧阻力特征值和桩端土端阻力特征值;
2.h为桩入土深度(m);
3.单桩竖向承载力特征值应通过现场静载荷试验确定。
(三)桩型的选择及沉桩可行性分析
拟建办公塔楼一、办公塔楼二,高22F,框架剪力墙结构,建筑高度分别为96.60米、82.20米,单柱最大轴力分别为25000kN、32000 kN,建筑物荷载大,拟建场地浅部无良好基础持力层,应采用桩基础。可供选择的桩型有砼预制桩、钻孔灌注桩。采用砼预制桩具有施工快、工期短,其造价相对较低,对环境影响小的优点,但其单桩承载力较低,单桩承载力难以满足设计要求。另拟建场地分布厚层③1可~硬塑状粉质粘土及局部分布较厚④层粉质粘土混砂砾石,预制桩穿越该土层具一定难度,施工时应采用大吨位压桩机进行施工。同时在选用砼预制桩时,孔隙水压力不易消散,易产生挤土效应,施工时可采用分散施压或跳桩施压的方法,以减少挤土效应及对相邻桩体的质量影响,以利施工,在桩基施工时建议采用油压值与设计桩长相结合的方法进行综合控制。
采用钻孔灌注桩其具有单桩承载力高,可根据单柱荷载要求对桩径、桩长进行调整等优点,但钻孔灌注桩具有噪音大,施工效率较低,在施工时易产生卡钻、钻孔倾斜、漏浆,穿越卵砾石层时甚至产生塌孔事故及孔底沉渣难控制等问题;施工时需要泥浆循环,对环境有一定的影响,同时桩身易产生缩径,桩底沉渣也不易控制等缺点,因此施工过程中应严格监测。综合分析考虑到施工条件、上部荷载等情况,建议上述建筑物采用钻孔灌注桩较为适宜。采用钻孔灌注桩时,以⑤强风泥质粉砂岩作为桩端持力层,由于该基岩属极软岩,遇水易软化,成孔后应及时灌注混凝土,杜绝桩端岩土层长时间遭水浸泡,使的地基岩土强度降低。
此外,场地分布有粉质粘土混砾砂石,该层最大厚度达2.20m,砂砾石直径0.1~3cm,个别可达8cm以上,呈次圆状~圆状,局部棱角状,含量15~20%左右,成分以石英砂岩、石英岩为主,其砾石强度较高,局部由中~密实状中细砂充填,极易产生塌孔现象(当产生塌孔现象后,砾石聚集于桩头处,造成施工速率低下),当钻孔灌注桩穿越该层时,应采用必要的措施,如增加泥浆浓度、采用反循环技术等措施,防止塌孔产生。
拟建场地地形较为平坦,三通一平条件基本具备,原材料和施工装备供应充足。因此,拟建场地具备了报告中所建议采用桩型的施工条件。
(四)单桩承载力估算
(1)按《南京地区地基基础设计规范》(DGJ32/J12-2005)中附录M,根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定大直径单桩竖向承载力特征值Ra,按下列公式计算:
Ra=up∑ψsqsiali ψbqpaAp (M.0.1-1)
式中:qsia-桩侧第i层土的侧阻力特征值;
qpa -桩径为800 mm的端阻力特征值;
ψs、ψb-大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数,各取1.0;
Ap桩底面积(m2)。
单桩承载力特征值估算如下表:
表3-1
桩型 | 孔号 | 桩径 d(mm) | 有效桩长 (m) | 桩端持力层 深度(m) | 单桩竖向承载力特征值Ra(kN) 特征值Ra(kN)(抗压) | 备注 |
钻孔灌注桩 | JN34 | 800 | 30.0 | 入⑤层15.0m | 3584 | 自地下室底板以下算起。 |
JK79 | 1200 | 29.8 | 入⑤层15.0m | 5791 |
(2)根据《南京地区建筑地基基础设计规范》(DGJ32/J12-2005)第9.2.3条,单桩竖向承载力特征值按下列公式进行估算:
Ra=qpaAp Up∑qsiaLi
式中Ra-单桩竖向承载力特征值(kPa);
μp-桩断面周长(m);
qsia-桩侧第i层土的桩周土侧阻力特征值(kPa);
qpa-桩的桩端端阻力特征值(kPa);
Li-第i层土厚度(m);
Ap-桩断面面积(m2)。
以JN34、JK79两孔为例,采用Φ500mm砼预制桩估算单桩竖向极限承载力特征值见下表:
表3-2
桩型 | 孔号 | 桩径 d(mm) | 有效桩长 (m) | 桩端持力层 | 单桩竖向承载力特征值 Ra(kN) | 备注 |
砼预制桩 | JN34 | 500 | 15.50 | 入⑤层0.50米 | 1534 | 自地下室底板以下算起。 |
JK79 | 500 | 15.30 | 1560 |
(3)根据《南京地区建筑地基基础设计规范》(DGJ32/J12-2005)公式Ra=qpaAp up∑qsiali(9.2.3-1,抗压桩),Ra= up∑λiqsiali (9.2.3-2,抗拔桩)计算,计算结果见下表:
表3-3
桩型 | 孔号 | 桩径 d(mm) | 有效 桩长 (m) | 桩端持力层 深度(m) | 单桩竖向承载力特征值Ra(kN) | 抗拔力特征值Ra(kN) |
钻孔灌注桩 | JK39 | 600 | 16.60 | 入⑤层1.20米 | 1321 | 777 |
注:桩长自地下室底板算起。
(四)基坑设计参数
拟建项目设有3层满堂地下车库,埋深约15.0米,局部上部无荷载,地下水对箱体有一定浮力,应采用抗拔桩,桩型可采用钻孔灌注桩,桩长可根据抗拔力大小确定。桩基设计参数见表2,基坑设计参数见表4-1-2。
基坑围护设计参数
表4-1
层号 | 土的 天然 重度 γ(kN/m3) | 固结快剪 (标准值) | 三轴试验 (标准值) | 土层渗透系数 K (10-6cm/sec) | |||||
Ccq (kPa) | Φcq (度) | Cuu (kPa) | Φuu (度) | Ccu (kPa) | Φcu (度) | 水平 | 垂直 | ||
①1 | (18.0) | (12) | (10) | (200) | (150) | ||||
①2 | (17.5) | (10) | (8) | (80) | (50) | ||||
②1 | 19.8 | 47.6 | 17.6 | 48.6 | 4.2 | 40.7 | 14.5 | 1.69 | 1.22 |
②2 | 18.4 | 15.3 | 11.7 | 19.3 | 1.3 | 15.2 | 10.6 | 4.69 | 3.66 |
②3 | 19.8 | 38.5 | 16.6 | 47.1 | 3.4 | 39.3 | 14.3 | 3.77 | 2.95 |
③1 | 20.0 | 50.1 | 17.7 | 55.8 | 4.0 | 46.5 | 14.8 | 0.84 | 0.64 |
③2 | 19.9 | 42.8 | 17.1 | 43.4 | 3.8 | 37.6 | 14.0 | 13.2 | 6.65 |
④ | (20.0) | (35) | (20) | (30) | (20) | ||||
⑤ | (20.5) | (30) | (40) | (200) | (180) |
注:1. 括号内数据为经验值;
2. 土层强度指标可根据施工周期方法依表选用。
表4-2
层号 | 静止侧压力系数(K0) | 基床系数(MPa) | 抗浮水位标高 (m) | |
垂直 Kv | 水平 Kh | |||
②1 | 0.4 | 抗浮设计水位 取整平标高下0.50米 | ||
②2 | 0.6 | 7.8 | 8.5 | |
②3 | 0.5 | 24.7 | 25.3 | |
③1 | 0.4 | 26.0 | 27.0 | |
③2 | 0.5 | 22.5 | 23.5 | |
④ | (0.40) | (22) | (23) |
五.确定基坑边线及挖深
拟建风迅科技研发中心项目设3层满堂地下车库,地下车库埋深约15.0米,地下车库底板标高为-2.20米,框架结构,拟建场地整平标高为11.85米,0.000绝对标高为12.00米。满堂地下车库与主楼之间基础脱开,由后浇带相连。基坑开挖分析如下:
基坑特点
综合场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度和周围环境条件,本基坑围护具有如下特点:
a.基坑开挖深度大,为3层地下室,最大开挖深度约15.00-16.00米;面积大,为满堂地下车库,基坑侧壁支护结构安全等级为一级,重要性系数为1.10。
b.开挖深度范围内,基坑侧壁土层为①填土、②1粉质粘土、②2粉质粘土、②3粉质粘土,基坑底部为②3粉质粘土,局部为②2粉质粘土,边坡稳定性差。
c.地下水位高,实测场地表层潜水埋深0.80~1.46m(受孔口高程影响),吴淞高程为8.25~9.32m。场地北侧邻近U湖、阳山河,南侧为云台山河,水系发达。
d.场地东侧紧邻南京地铁三号线秣周路站及站后折返线轨隧区间隧道(建筑红线与地铁相距约200.00米)及双龙大道(宁溧路),北侧紧邻南京(紫金)砂之船项目、南京紫金(江宁)假日酒店、紫金(江宁)商业停车楼综合体,基坑与紫金(江宁)商业停车楼地下室外墙之间净距离为3.00米,基坑施工应采取严格的支护措施,尤其基坑东侧南京地铁三号线秣周路站、地铁隧道折返线路、双龙大道(宁溧路)及紫金(江宁)商业停车楼须重点保护。
六.确定支护方案
(一)基坑支护方案选择
针对本工程上述特点,建议采用排桩加内支撑方案,采用排桩加内支撑的方案是比较安全的,该方案能较好控制土体位移,围护桩型宜选用钻孔灌注桩,以⑤强风化泥质粉砂岩为桩端持力层,并铺以水泥搅拌桩止水。
亦可采用地下连续墙。地下连续墙其既挡土又止水,且具有刚度大,变形较小,安全可靠等优点,在超大规模的基坑中应用较多。但其不足之处是:①造价较高;②槽段接口处易漏;③前期设计需主体设计单位配合,设计周期较长;④施工不当易对主体结构产生不利影响。全部采用地连墙加内支撑造价高,且该地区采用连续墙施工经验少。本工程建议优先采用钻孔灌注桩加内支撑方案。
此外,拟建场地东侧紧邻南京地铁三号线秣周路站、双龙大道(宁溧路),北侧紧邻南京(紫金)砂之船项目、南京紫金(江宁)假日酒店、紫金(江宁)商业停车楼综合体,土建施工时,由于基坑开挖深度较大,地下水埋深较浅,基坑开挖施工时支护结构变形、基坑降水导致邻近场地地下水位下降,易引起地层再压缩产生沉降。基坑围护结构侧向变形和地面沉降较大时,可能危及地铁安全运营。
针对上述周边环境的影响,建议:
(1)基坑支护结构形式。
钻孔灌注桩结合三轴水泥土搅拌桩止水帷幕,有如下优点:①工艺成熟,桩径可灵活调整;②刚度较大,变形较小,受力可靠;③造价较低,且造价不受施工工期的影响;④施工期间对周边环境影响较小;⑤与主体结构关系较小,施工速度较快;⑥结合水泥土搅拌桩止水帷幕止水效果较好。
(2)基坑采用内支撑方式,内支撑必须采用稳定的结构体系和可靠的链接构造,支撑体系应具有足够的刚度,除应满足承载力要求外,尚应满足变形的要求,开挖时要分层开挖,不得超挖。
(3)基坑工程做到信息化施工,基坑开挖前应作出系统的基坑开挖监测方案,监测点的布置应满足监控要求,从基坑边缘以外1-2倍开挖深度范围内需要保护体均应作为监控对象,对基坑相邻环境包括近邻建筑物、构筑物、道路、地下管线、地下水变化及基坑边坡土体的水平和竖向位移、基坑坑底土体隆起等进行监测,尤其是要加强地铁段的监测,基坑开挖监测应从开挖前开始,直到主体结构出0.000,坑壁回填后终止。
(二)基坑降水
根据场地水文地质条件,场地地下水位埋藏较浅,开挖深度内上部为填土、粉质粘土,中部为透水性较差的饱水粉质粘土,下部为透水性差的粉质粘土,底部强风化基岩内存在少量基岩裂隙水,水量较小,对基坑开挖影响较小。结合本工程开挖深度并借鉴类似基坑工程的降水方式,在侧向辅以水泥土搅拌桩止水帷幕或地下连续墙的基础上,坑内可采用明沟加集水井降水。
七.基坑开挖的施工及要求
由于该基坑开挖面积大,且周边道路管线及建筑物相距较近(特别是南京地铁三号线秣周路站、双龙大道(宁溧路)、南京(紫金)砂之船项目、南京紫金(江宁)假日酒店、紫金(江宁)商业停车楼综合体),土石方开挖时,应选取合理的基坑开挖施工方案,避免大面积开挖,应力集中释放而影响周边建(构)筑物、道路,特别是地铁车站、地铁隧道洞室结构。
开挖前施工单位应精心编制开挖方案,并经业主、设计、监理同意后方可实施。基坑开挖时应做到分层、分段、对称开挖,并遵循大基坑、小开挖的原侧。严禁在上一道工序未完成、结构未达到设计强度要求就开挖下一层土方。挖土一般分层分段平均往下开挖,每挖1米左右,即应检查并通直修边,随时控制纠正。
开挖出的土方应及时运出场外,不得在基坑周围堆放,以免妨碍施工,为防止坑壁坍塌,在坑顶两侧一定距离内(不少于2米)和坡面上严禁堆放弃土,在此距离外推土高度不得超过1.5米。
运输车辆及大型开挖设备严禁在基坑周边跑动,如需在坑边施工,应对其施工部位进行加固措施。
在雨季施工时,可在坑壁边坡上覆盖薄膜或抹水泥砂浆,同时做好坑顶地表水的疏拽排水,防止雨水冲刷,影响边坡稳定性。
为防止基坑底土受到浸水或其他原因扰动,基坑开挖后应立即做垫层或砌筑基础。开挖时应在基底标高以上保留15~30cm土层,为防止施工机械对基底土的扰动,建议进行人工铲平。
八.基坑工程现场监测及应急措施
基坑工程除进行安全可靠的围护体系设计、施工外,尚应进行现场监测,作到信息化施工。由于拟建场地周围环境复杂,应切实做好基坑施工期间的检测监测工作,以确保施工安全。
基坑工程检测各项工作应按《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)执行。
1.基坑工程现场监测
基坑围护体系随着开挖深度增加必然会产生侧向变位,关键是侧向变位的发展趋势与控制。一般围护体系的破坏都是有预兆的,因而进行严密的基坑开挖监测非常重要。通过监测可及时了解围护体系的受力状况,对设计参数进行反分析,以调整施工参数,指导下步施工,遇异情可及时采取措施。监测是保证基坑安全的一个重要措施。
(1)本工程监测内容如下:
a.开挖过程中基坑周边深层土体的水平位移监测;
b.基坑外土体的沉降观测;
c.地下管线位移观测;
d.支护体系位移及内支撑轴向应力观测等;
e.地下水及临近建筑物观测。
(2)监测点布置
a.监测点布置在内力及变形关键特征点上,应能反应监测对象的实际状态及变化趋势;
b.监测点布置不影响检测对象的正常工作,并应减少对施工作业的影响;选位要合理,便于观测;
c.基坑支护结构检测点含水平、竖向位移、内力变化、围护墙侧应力等检测要求;
d.水压力、水位及基坑周边环境等检测均应布点。
在基坑开挖过程中应定人定期进行观测,有异常情况应进行连续观测,并及时通知各有关单位,以便及时处理。
基坑工程监测须由专业的监测队伍进行,在基坑开挖期间,对上述监测内容应每天测试,并及时将监测资料反馈给建设、设计、监理、施工等单位,以便及时分析处理。
2.应急措施
a.在基坑开挖过程中,如出现水平位移或沉降超过警戒值,应先立即回土,采取加固措施,如增设土钉、木桩,增加角撑、斜撑、坡后卸土减荷等,并增加监测频率,待加固完毕后再分层、分段、跳挖;
b.如周边环境沉降较大可采用注浆加固地基等方法处理;
c.如基坑已开挖至坑底,可分块及时浇筑垫层及基础。
九.关于施工的建议与说明
1.选用砼预制桩施工应以桩长和油压值双向控制为宜。选用钻孔灌注桩施工时,应采取有效措施,防止孔壁缩径、清除孔底沉渣,确保孔底沉渣小于50mm。成孔验收后及时灌注混凝土。
2.桩基施工应有完整的检验和监测系统,施工过程中应进行跟踪监测,发现问题及时采取措施,预防突发事故,确保安全施工,同时桩基完成后应按照相关要求进行检测。
3.拟建场地位于南京市江宁经济技术开发区,地处南京工业制造中心,周边工厂密集,场地周边地下市政管网复杂,与邻近建筑物相距较近(特别是位于场地东侧的南京地铁三号线秣周路站及秣周路站折返线轨隧区间、双龙大道(宁溧路)及场地北侧的南京(紫金)砂之船项目、南京紫金(江宁)假日酒店、紫金(江宁)商业停车楼综合体等),周边环境较复杂,基坑降水对周边环境及邻近建(构)筑物、地铁、道路、地下管线等的影响非常大,容易引起邻近建(构)物下沉、开裂,道路易出现下沉、裂缝、空洞;地铁车站及隧道易出现扭压变形、剪切位移等破坏;地下管线易出现扭曲、剪断等变形破坏。基坑降水时,应进行专门的降水方案设计,并组织专家会审,论证其方案的可行性。
4.基坑施工的主要问题是边坡失稳、流泥和对周边建筑物、地铁车站、隧道、道路、地下管线设施的影响。因此应采用有效措施对坑壁进行支护,如采用排桩 内支撑 止水帷幕或地下连续墙等,建议采用钻孔灌注桩与深层搅拌桩组合,钻孔灌注桩进行基坑支护,深层搅拌桩起止水帷幕作用。建议基坑采用内支撑方式,内支撑必须采用稳定的结构体系和可靠的链接构造,支撑体系应具有足够的刚度,除应满足承载力要求外,尚应满足变形要求。同时开挖范围较大时,可采取分区段先后开挖,并尽量避免坑壁扰动。基坑底部为粉质粘土,建议结构设计人员对基坑进行整体稳定性和抗渗流稳定性验算。
5.基坑施工前应进行专门的基坑支护和降水方案设计,建议组织专家会审,论证其方案的可行性。基坑施工时应对支挡结构的内力、变形和整体稳定性,基坑内外土体和邻近地下管线的水平、坚向位移、邻近建筑物的沉降和裂缝,基坑卸荷回弹观测,基坑开挖影响范围内的地下水位、孔隙水压力的变化,有无渗漏、冒水、流砂、管涌、冲刷等现象发生进行监测。
6.基坑开挖范围内,潜水含水层厚度大,基坑涌水量较大,影响半径远,建议采用明沟加集水井降水或采用井点降水,侧向辅以深层搅拌桩止水帷幕或地下连续墙,深层搅拌桩止水帷幕可采用落底式竖向止水,桩端应进入③1层粉质粘土或③2层粉质粘土(相对隔水层)一定深度,以避免坑内降水时因侧壁漏水导致周围建筑物及地下管线沉降变形。采用井点降水方案时,建议采用两级或多级井点系统。基坑降水前,在基坑周围布置一定量的回灌井。帷幕止水效果较好时可在坑内设置集水井集中抽水,保持坑底排水通畅,排水口须与基坑边缘保持一定距离,避免发生回灌。基坑降水应满足施工中地下水位保持在基坑底面下0.5~1.5m,并应在降水过程中防止渗透水流的不良作用。基坑降水应进行专门的基坑降水方案设计,并组织专家会审,论证其方案的可行性。
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