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基坑设计优化及实例分析

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  基坑工程是集岩土工程和结构工程为一体的系统工程,它的设计和施工过程一直是工程难点。

  优化是在考虑自身安全、周边环境安全、投资等方面的前提下进行的。因此在设计和施工过程中多方面综合对比优化是极为重要的。

  一、工程实例

  广州市某项目,建6栋56层住宅(高度约172。50m),1栋48层住宅(高度约150。00m),1栋30层公寓(高度约150。00m),1栋26层公寓(高度约131。80m)。基坑分为两块,北面地块约19800㎡,周长约540m,南面地块约14500㎡,周长约470m,基坑开挖深度均约8m。基坑所处地理位置周边环境复杂,位于工业大道西侧,鹤洞桥以南,珠江后航道以东,与广州造船厂旧址隔江相望,地下管线铺设错综复杂,且土质含水量大,压缩性高。

  基坑支护平面图

必博彩票平台   二、设计阶段优化

必博彩票平台   设计阶段的优化是深基坑设计中重要的一环,虽然它只是根据前期的地质信息数据等相关信息进行方案的优化调整,但合理的优化设计将直接减少施工动态优化设计的工作量,规避风险,控制施工成本。

必博彩票平台   本工程施工地带人口密集,车流量高,周围建筑物密集。本工程建筑物设置三层地下室,基坑土方总量共约为32。5万?,堆土面积合共约11。2万?,基坑开挖前平整场地至绝对标高为12。00m。为保证施工质量以及安全,基坑支护采用“分级放坡+坡面挂网喷锚硬化,局部区段采取土钉墙"的支护方案,然后根据实际情况对有需要的局部位置进行调整。

必博彩票平台   三、施工动态优化设计

  对深基坑进行优化设计,应用新的技术和手段进行深化,同时及时收集实验结果和施工中的反馈信息进行动态优化设计,快速调整纠偏。因为由于纠偏措施实施时,费时、费力,要求操作人员必须能随时判断孔内情况,对操作技工的要求较高。所以根据事实得到的反馈信息进行设计优化、动态设计优化,使得施工操作方便可行,经济合理,便捷施工,同时避免工期延误,造成额外经济效益损失。

  1。 土钉墙优化施工设计

必博彩票平台   按设计分层分段施工,为配合土方开挖与喷锚施工同步进行,开挖深度满足钢花管及松木桩施工要求,不得超过相应钢花管及松木桩层距0.5米,沿基坑水平向不超过50米为一施工段。在施工过程中,在挖土过程中及时进行侧壁的修补,保证垂直度满足施工要求,同时此项工艺直接关系到面层喷射混凝土的质量和材料耗用量,因此要严格按要求施工。但是由于土质变化大,部分区段边坡出现小范围坍塌,补救后自稳性能仍差,优化设计采用超前锚杆进行加固支护。同时,施工段改为30米一段以保证边坡安全和稳定。对于局部土体已经剥落的位置,采用土袋填充,随后喷射混凝土封闭,在混凝土终凝后注浆填实。

  护实景

  在修好的坡面上及时进行绑扎网片固定在坡面的短钢筋上,上下左右根对根搭接绑扎,两点焊接。钢筋网与土钉锚固装置要连接牢固,面层混凝土用混凝土喷射机施喷,压缩空气机施喷气压2~5Kg/c㎡,喷射混凝土发现钢筋产生晃动,故采用钢筋网片借助L字型锚头及压筋压焊在土钉端部形成一体,同时视实际情况增加焊接点的数量。并在优化施工后观测土体的变形和位移,在容许范围内,各个节点受力效果效果好,结构处于良好应力状态。

  2. 土方开挖技术优化措施

必博彩票平台   由于土质含水量大,自稳性能差,故设计机械挖土时,根据场地条件重新合理规划运土路线,同时根据现场条件及时划分整理地域,优化设计采用沟端开挖和分段沟端开挖想配合的方法,以沟端开挖为主,当开挖宽度大,挖掘机不能一次开挖,可采用分段沟端开挖法,挖掘机从沟端倒退,逐渐向后一挖,倾卸汽车可停置在沟侧,而且由于现场地形限制,汽车运土路线主要采用往复式路线运土,当运土便道全部修好后,可采用循环式路线的尽量采用循环式的运土路线。

必博彩票平台   分段沟端开挖示意图

  当基坑开挖深度大于反铲挖掘机最大挖土深度,采用分层挖土法时,原设计分层挖土需开设汽车运土上下坡度或栈桥,宽度一般为4m,坡度根据分层深度及汽车性能,层深在2m以内时,坡道坡度为1:3~1:5;层深5m以内时,坡道坡度为1:6~1:7,实际施工时南面地块积水严重,上下坡度或栈桥改为6米宽,层深超过3。5米时,需要减缓坡度。同时,挖土时不直接挖至设计标高,视土质松实情况预留虚高,以备修坡及压实,对于挖方土侧弃土位置,体积等等都及时进行调整。

  3. 桩基优化设计

  场地地貌类型属珠江三角洲冲积平原和构造剥蚀残丘地貌,地形较平平坦,根据地质反映资料(表1),设计使用旋挖桩。参考广深相关工程经验,备用方案在场地打孔时发现岩层分布不均、岩面倾斜角无规律,显各向异性分布,采用回转钻进出现孔斜的概率很大,则为保证垂直度,优化设计采取合金套筒钻头环切纠偏。推荐使用YG8、YG11c、YG15等系列型号合金钻头先后试验,若成孔效果均不理想,则采用硬度为88HRA抗弯强度为2600MPa的YG系列粗颗粒合金钻头。

  实验取样分析后发现基岩为极软岩(表2),并考虑含水量高,基坑边坡自稳性差,旋挖机布置运输不易,故加大试验采样密度,确定场地岩层皆容易成孔,桩基持力层位置好,故改为经济合理且冲击较小的人孔挖桩。工程桩桩径均为ф1200㎜、ф1400㎜、ф1600㎜桩顶标高根据实际承台高度调整。桩端设有扩大头,工程桩桩净长为6.3m到14.7m,桩端持力层均为微风化岩,岩石天然湿度单轴极限抗压强度为15Mpa(微风化粉砂岩)/20 Mpa(微风化砂砾岩),且桩端全截面嵌入该岩层内大于或等于500㎜。个别桩在桩身最大弯矩处采用局部加密配筋优化的桩锚支护结构。

  4. 根据环境进行的优化措施

  收集类似复杂环境条件下的深基坑设计方案,做好本施工的信息收集及动态优化设计。曾有珠海城广场基坑,在施工过程中发现岩面倾斜,产生了较大的位移后对部分区域进行预应力锚索加固,但是加固范围只是南部西侧的20-30米,加固范围太少,在2005年7月21日基坑南边人工挖孔桩及喷锚面交界处,人工挖孔桩挡土桩桩身出现竖向裂缝,之后缝锚索夹片破坏造成大面积坍塌。

  在北基坑场地东侧靠近马路,同时也是建筑物密集区,对实际土质状况、周围车流量、车型等等的信息收集,汇总可以发现,该段车流量大,每日可达8-10万车次/日,拥堵指数达4.9,同时大型车辆量占比也高,因此承受活动荷载较多。为避免对周围建筑产生影响造成事故,对施工设计方案进行优化。除原有设计支护手段外,另采取增加锚杆数量的措施,将锚杆间距加密为500㎜,情况较差时,先采用φ60钢管临时立柱进行支顶,间距为1.0m。除此之外,地面加强措施为在基坑周边5.0m范围内采用注浆进行加固土体,地面注浆材料采用纯水泥浆,注浆压力0.5~1.0MPa,土体加固深度为8.0m。

  5. 根据地层变化的优化设计

  在施工时,在实际场地中遇到打孔难的问题,成孔孔位在于化设计中进行局部调整,成孔角度,在遇到障碍物时,也进行微调。挖土时分层开挖,严格控制每层开挖深度,根据土样的不同调整首次开标高和二次开标高,基坑底部遇到粉砂和细砂层,要严格控制砂层含水量,防止过大和过小,根据实际情况,减少开挖深度和范围,必要时在原设计土钉之间增加短锚杆,若中粗砂含量大,可以设置超前素水泥小桩等措施。因土体含水量大或卵石中出现的不能成孔情况,可采用φ50钢管替代钉杆,压力注浆形成锚钉,避免挖孔桩成吊脚桩。

  结 束 语

  随着城市化建设的加速,开发城市地下大空间的任务越来越重,由于建筑场地和周边环境的复杂性,结合当地施工经验,通过采用超前锚杆的优化设计对部分坍塌边坡进行加固支护,采用分段沟端倒退开挖,运土车采用循环式运土路线,极大地加快了运土效率。在岩面倾斜角无规律,钻孔旋挖时极易造成孔偏斜的情况下,优化采取合金套筒钻头环切纠偏,经取样分析基岩为极软岩,场地极易成孔进而优化改进成经济合理且冲击较小的人孔挖孔桩,在周围有密集建筑群及有活动荷载较大的情况下,采取基于场地环境的加固处理避免受力不均加固不到位的事故发生。通过分层放坡开挖,调整每层开挖标高、控制含砂层含水率、使用土钉加锚杆或使用钢管超前注浆等方法进行优化设计。通过各种优化设计在保证基坑安全的前提下旨在有效控制基坑开挖过程中产生的变形,简化施工工序,有效节约建设资金和时间。可为类似工程优化设计提供参考和借鉴。

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