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超高层建筑深基坑支护设计与施工

2013-09-24 637 0人评论

摘要：深基坑支护设计与施工是当前城市高层、超高层建筑突显的技术难题。通过工程实例，从设计方案的选择到施工、监测，提供了有益的经验。
　　1工程概况
　　福州平安大厦系一座31层商住楼，高度115m，占地面积4614㎡，总建筑面积37355㎡.设地下室3层，基坑平面尺寸56.6m×36.5m，自然地面标高-1.65m，坑底标高-11.70m，开挖深度10.05m，土方开挖工作量约21000m3.
　　2地质条件
　　拟建场地处于福州盆地中部，上部覆盖层为海陆相冲积形成的砂性土，基底为燕山期中粗粒花岗岩。
　　在基坑支护桩埋深范围内，自上而下垂直分布地层为：杂填土，灰黑色，松散，夹碎石块，厚度1.5～3.6m；粘土，黄绿色，可塑，厚度2～3m，容重γ=18.30kN/m3，内聚力C=50.66kPa，内摩擦角φ=14.19°；淤泥，深灰色，流塑（天然含水量55.8%～74.2%），厚度5.7～10.1m，γ=18.10kN/m3，C=7.92kPa，φ=4.95°；粉质粘土，褐黄色，可塑，厚度1.4～5.7m，γ=17.50kN/m3，C=19.90kPa，φ=9.51°；含泥中细砂，灰白色，中密，粒径0.10～0.25mm，含泥量15%～20%，厚度2.7～10.4m.
　　水文地质情况：地下水位在自然地面下0.6～1.7m，场地内除淤泥、粘土层顶上贮有上层滞水外，还有埋藏于粘土层下中细砂至碎卵石的多层承压水。对本工程而言，关键是要隔断来自于含泥中细砂的承压水（第一含水层）。经现场抽水试验，此含水层渗透系数k=1.62m/d；单孔涌水量q=11.48m3/d；影响半径R=96.5m.
　　3支护结构设计
　　基坑支护结构一般由垂直挡土结构和水平支撑结构组成，设计方案必须满足以下2方面要求：保证边坡稳定及周围建筑物、地下管线设施安全，不得引起拟建物正面五一路主干道开裂，影响市区交通；确保基坑开挖顺利进行，并提供足够的地下室施工作业空间。
　　根据上述要求，业主邀请了有关专家多次研讨，经可行性论证、方案比较，最后确定方案如下。
　　3.1以钻孔灌注桩作为基坑的挡土结构，高压旋喷桩形成止水帷幕（如图1所示）
　　图1深基坑支护桩平面布置图
　　首先依据开挖各土层的的γ、C．φ值，当把挡土桩视为弹性地基上的竖直构件，基坑开挖面以下的土体视为直线变形体时，采用库仑郎肯公式计算坑外侧土压力，然后考虑基坑面积、开挖深度、施工条件等综合因素确定。本工程钻孔挡土桩直径800mm，桩长23m，桩端落在含泥中细砂层上，沿封口环梁中轴线布置，混凝土强度等级C25，配筋率0.8%，数量177根。
　　止水帷幕旋喷桩沿2根钻孔挡土桩外切圆密布，计算桩径500mm，桩长15m（阻隔上层滞水及第一含水层），水泥置换率18%～22%，数量179根。
　　3.2水平支撑结构由2层椭圆环形钢筋混凝土梁和14根格构式钢架竖向支柱组成（如图2所示）
　　图2支护结构剖面图
　　第一道水平支撑梁面标高-3.35m，断面尺寸1000mm×800mm；第二道水平支撑梁面标高-7.75m，断面尺寸1200mm×800mm.
　　设计采用双层椭圆环梁及其临时钢架立柱与钻孔挡土桩及其桩顶封口梁共同作用形成一个空间结构来承受基坑开挖后侧向土压力、水压力和附加压力。两相交的双椭圆梁水平支撑见图3，在基坑四周共形成了6个拱圈。众所周知，拱圈结构承受水平推力后产生的内应力较小，并使水平支撑构件完全处于受压应力状态，有利于抵抗基坑外侧压力。相交双椭圆水平支撑结构除了受力状态最佳外，还有一个优点，就是基坑左右两半形成无任何障碍物的宽阔空间，极有利于机械挖土及构筑地下室时装模、布筋、浇注混凝土作业。
　　图3第一道平面支撑结构图
　　经计算水平支撑椭圆环梁混凝土强度等级为C25，其配筋计算可采用PK程序、TBSA程序计算叠加，配筋率0.7%，箍筋按构造要求设置。

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