中關村藍星科技大廈基坑支護設計方案

【摘 要】本文通過對擬建場地工程地質勘察資料的整理、分析，闡明了場地的巖土工程地質條件，根據地質條件參數提出了基坑支護的設計方案。

【關鍵詞】工程地質條件；基坑支護；土釘墻；基坑降水

1 工程概況

擬建中關村藍星科技大廈工程位于北京市海淀區中關村，北鄰北四環，西鄰正在施工的彩和坊路。該工程為一棟地上12層的綜合科技貿易大廈，框架剪力墻結構，有3層地下室，埋深為-12.0m。施工場地地面較平坦，地面標高在50.0m，周圍場地有限，不能采取放坡開挖。

2 場地工程地質、水文地質條件

2.1 場地工程地質條件

擬建場地地貌上屬永定河沖洪積扇中上部，與基坑降水相關的深度內地層由上而下分述如下：

1）人工堆積層：組成成分復雜，厚度約1.6～3.8m。

2）粉質粘土、粘質粉土：黑灰色，夾砂質、粘質粉土②1層透鏡體，總厚度為9.4～11.32m。

3）粘質粉土、粉質粘土：褐黃色，硬塑，夾砂質、粘質粉土③1層，總厚度4.9～6.6m。

4）粉質粘土、粘質粉土：灰褐色，夾呈交互分布的砂質、粘質粉土④1層，及粘土④2層，總厚度5.3～7.3m。

5）卵石：雜色，飽和，密實，卵石堅硬，厚度8.0～10.2m。

2.2 場地水文地質條件

施工場地地面以下15m深度范圍內有二層地下水。第一層地下水為上層滯水，分布在場區東半部，受地下管道滲漏等補給，靜止水位標高為48.16～51.04m（埋深0.5～3.3m）；第二層地下水為臺地潛水，含水層為粉質粘土、粘質粉土②層和砂質、粘質粉土②1層，水位標高為46.35～46.63m（埋深4.75～5.10m）。地下水對混凝土無腐蝕性。

3 基坑支護方案設計

3.1 基坑支護工程施工方案設計原則

基坑支護工程施工方案設計原則：1）保證基坑安全；2）施工安全可行；3）技術優化；4）滿足工期要求；5）維護鄰近建筑物的安全與穩定；6）造價合理。

根據設計原則，本工程基坑支護擬采用土釘墻支護方案。具體設計如下：

3.2 土釘墻支護設計

3.2.1 地層參數選擇

根據巖土工程勘察報告，本工程相關的土層參數如下圖表1：

表1

3.2.2 支護參數設計

1）由土層參數可計算γ、c、Φ的加權平均值

2）確定土釘長度L

已有工程的土釘實際長度L均不超過土坡的垂直高H。抗拔試驗表明，對高度H小于12m的土坡采用相同的施工工藝。在同類土質條件下，當土釘長度達到一倍土坡垂直高時，再增加其長度時，對承載力無顯著提高。因此，初選土釘長度時，按下式計算：

式中：m為經驗系數，一般取值0.7～1.0；

H為土坡的垂直高度；

S0為止漿器長度，一般取值0.8～1.5m。

本工程取值，m=0.7，S0=1.0

確定土釘孔直徑dh及間距布置

首先根據成孔機械選定土釘孔孔徑。以分別表示土釘的列距、行距，選定列距、行距的原則是以每個土釘注漿對其周圍土的影響區與相鄰孔的影響區相重疊為準。應力分析表明，一次壓力注漿可使孔外4dh的鄰近范圍內有應力變化。

取值，dh=120mm

3）確定土釘直徑db

為增強土釘中的加筋桿與砂漿（細石混凝土）的握裹力，用于土釘中的加筋宜選用變形鋼筋，其抗拉強度標準值按《混凝土結構設計規范》規定采用。

加筋桿直徑按下式估算：

db= K’·10-3·Sx·Sy

K’——經驗系數一般取20～25，這里取25

db≈25×10-3mm

所以，取Φ25的鋼筋

3.2.3 土釘內部穩定性分析

1）確定土壓力

2）土釘界面摩阻力

3）土釘錨固力及端部強度的驗算

3.2.4 外部穩定性驗算

1）土墻厚度的確定

將土釘加固的土體分三個部分來確定土墻的厚度。第一部分為墻體的均勻壓縮帶，如圖3-3，它的厚度為2L/3（L為土中平均釘長）；第二部分為鋼筋網噴射混凝土支護的厚度，土釘間土體由噴射混凝土面板穩定，通過面層設計計算保證土釘間土體的穩定，因此噴射混凝土支護作用區厚度為L/6；第三部分為土釘尾部非均勻壓縮帶，厚度為L/6，但是不能全部取值，應取1/2為土墻的計算厚度，即L/12為計算長度。所以土墻的厚度為三部分之和，即11L/12，當土釘傾斜時，土墻的厚度為cosα×11L/12（α為土釘與水平面之間的夾角）。由此法可以確定土墻的厚度B。

圖2 土釘墻計算厚度確定簡圖 圖3 土釘墻外部穩定簡圖

2）重力式土墻的穩定性計算

參照重力式土墻的方法分別計算簡化圖強的抗滑穩定性、抗傾覆穩定性和墻底部土的承載能力。如圖3、圖4，計算時縱向取一個單元，一般取土釘的水平間距進行計算。

3.2.5 抗滑穩定性驗算

3.2.6 抗傾覆穩定性驗算

3.2.7 墻底部承載力驗算

K0>1.5。土墻趨于穩定

設計土釘墻面傾角為80°。土釘傾角為10°。主筋拉桿為1Φ22～Φ25，外配1Φ16加強筋與所有主筋端頭相連。墻面掛Φ6@200×200的鋼筋網片，并噴80-100mm厚的細石混凝土，噴射混凝土的強度為C20。

3.3 側土釘參數表

3.4 注漿設計

孔內注水泥漿。水泥漿液是地基治理、基礎加固工程中常用的一種膠結性好、結石強度高的灌漿材料。其水灰比為0.45～0.5，注漿全部采用孔底加壓注漿，注漿壓力為0.3-0.5Mpa，根據情況可增加速凝劑。二次補漿在初凝后開始，現場可根據實際情況決定是否進行三次補漿。

3.5 坡頂網片外翻

東、南側坡頂網片外翻0.5～0.8m即可，北、西側由于要走罐車，需加強墻面的承載能力，外翻可達6～8m。壓筋后噴射豆石混凝土，抹平，將地面硬化，既可保證罐車安全行駛也可保證墻面安全，同時保證墻面后不易積水。

4 土釘墻施工工藝

土釘施工是隨土方開挖而進行的，采用人工成孔和機械錨桿鉆機成孔結合?？變炔褰詈蟛捎脡毫嗨酀{，掛網后噴砼，其工藝流程如下：

圖4

噴射砼：掛網后立即進行噴砼施工，要求砼強度不低于C20。

上述工作完成后，并且噴射砼和土釘孔內漿體強度達到強度后，方可進行下一階段的工作。

5 基坑降水

為保證基礎施工的順利進行，降水井的設置需滿足基坑降水的要求。根據該地區特點，滲透系數較小并為了減小潛水含水層的殘留水量，保證降水效果，經基坑降水設計計算，設置降水井數量為60～65眼。

1）在基坑四周距基坑邊沿1-2m布置降水井，井間距6～8m，計降水井約60～65眼。

2）在基坑內布置水位觀測孔2眼。

3）基坑側壁在第一層含水層的位置會出現殘留滯水，采取在基坑四周邊坡的含水層底部插入引水管，將殘留滯水引入集水井之中抽走。

4）在整個降水期間，必須保證降水井點和抽水設備的完好，在抽水期間對抽水設備進行定期檢查和維修，發現問題及時處理，確保建筑施工安全進行。

6 工程監測

為確保工程及附近地下管線的安全，及時根據觀測信息反饋指導施工，根據本工程結構特點，進行坡頂水平位移觀測，擬采用視準線法，選用J2型經緯儀進行觀測，沿基坑四周布設觀測點。

1）觀測點布置在變形敏感部位，各測點間距20米左右。觀測點采用埋設鐵件，工作基點應視現場情況布置在變形影響范圍以外的穩定地點，以保證觀測值的準確可靠。

2）位移變形觀測工作從開挖第一次土方時進行，基坑開挖期間，觀測周期為1次/天，當發現相鄰兩次位移量大于5mm或總變形量達10mm時，縮短觀測周期到2次/天，同時及時分析位移原因，并向施工項目部報告，以便及時采取措施，當相鄰兩次位移量較小時，可將觀測時間延長至1次/3天，當遇到雨天或地面荷載有重大變化時，應臨時增加觀測次數。

3）在基坑降水施工中的水位、流量按規范要求進行觀測。將每次觀測的水位值和流量記錄在“地下水位長期觀測記錄表”中，并及時進行整理，分析地下水下降的趨勢與流量變化，預測地下水位下降到設計深度的時間和確定抽水井數與時間。水位、水量發生突然變化時，立即查明原因，及時進行處理。

【參考文獻】

[1]夏明耀，曾進倫.地下工程設計施工手冊[S].中國建筑工業出版社，1999.

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[4]常士驃.張蘇民.工程地質手冊（4版）[S].中國建筑工業出版社，2007.

[責任編輯：陳雙芹]