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1、基坑支护典型工程实例设计方案第八章基坑典型工程实例建筑基坑工程的设计与施工技术形式多样，实际工程影响因素很多，与(一般 )岩土工程特性一样 ，基坑工程有着 先实践，后理论 的特点，迄今为止，我国已有大量的较成功的深基坑工程实践经验，但也有一些失败的教训。为了全面地了解建筑基坑的设计与施工特点，便于设计人员在计算时参考工程经验，本章选择了一些较成功的基坑工程实例。所选实例主要考虑以下几点：(1) 工程规模大且典型的深基坑； (2) 在某一方面具有突出的特色； (3)对以后基坑工程有指导意义。另外，对几种典型的悬臂桩墙围护结构的设计计算也通过实例进行了详细介绍。实例一桩墙结构设计1 悬臂桩墙设计已
2、知：悬臂桩墙结构挡土高度=3m；砂土 y=19kN m2；P 一 30，无地下水，钢板桩允许应力 口=240MPa ，如图 8-1 。确定板桩墙所需长度L 和所需截面矩。可选用单位重度845N m 的 300300 工字钢 (W-365cm3m) 。2单支撑桩墙设计已知：挡土高度桩，允许挠曲应力H=6m ，砂土 7=19kN m3 ，无地下水，采用横向支撑，间隔2m 。作用点在墙后地面下1m 处；钢板240MPa ，按 自由支座 进行设计。求：板桩所需长度L、支撑作用力F 和所需截面矩W(见图 8-2) 。解3 拉锚板桩计算某工程挖土深6m ，采用拉锚板桩挡土，将板桩后挖去1m 深、 12m
3、宽的沟槽，地面荷载为条形荷载30kN m2 ，宽6m ，离板桩2m ，地质情况如图8-3所示。基坑内为密集钢筋混凝土桩，板桩外设井点降水，井点管长7m 。解(1)选用的各层土的P、c 值，在井点降水范围内的认f 值进行调整，板桩后主动侧压力(2)地面荷载：由于在板桩后预先挖了Im深的沟槽，计算土压力时以Im 深处起算，该Im 厚的土作为地面荷载，其值为4多层支撑板桩墙计算某工程地下室，挖土深9m ，桩基承台厚4m ，土质情况如图3 82106mm3 ，惯性矩，一955108mm48-4 所示。钢板桩选用V 号 ESP ，每延长米截面模量一，弹性模量E=2 06105N mm2 。解由于在板桩内
4、设井点降水，且为密集桩基，故对板桩墙前在9m以下的内摩擦角P 和内聚力f 进行调整，分别乘14和 13 系数。挖土和支撑的程序为：第一阶段挖土一第一层支撑一第二阶段挖土一第二层支撑-一第三阶段挖土-一第三层支撑-一第四阶段挖土 -一加层垫层 -一拆除第三层支撑。现分别对各阶段的板桩受力情况进行分析计算。(1)第一阶段挖土完成，板桩呈悬臂状，挖土深3 2m 。第一阶段挖土板桩计算简图见图8-5。实例二最大最深基坑工程-上海金茂大厦金茂大厦位于浦东陆家嘴隧道出口处南面，工程占地23 万 m2 ，建筑总面积29 万 m2 ，地下 3 层，地上 88 层，塔尖标高 420m( 见图 8-10) 。地下
5、 3 层面积约 6 万 m2 ，基坑开挖面积近2 万 m2( 见图 8-11) ，开挖深度主楼为1965m ，裙房为151m 。主楼下有429 根直径 914 钢管桩，桩长65m ，送桩 17 5m ；裙房下有632 根直径 609 钢管桩，桩长33m ，送桩135m 。该工程由中国上海对外贸易中心股份有限公司投资，美国SOM 设计事务所设计，上海建工集团总公司承包。1 基坑工程特点该工程是目前上海地区基础工程施工中最大最深的工程项目。其主要特点为：(1)作为基础外墙围护工程的地下连续墙兼有承重墙的职能，地下墙壁厚1m ，深 36m 。由于地下墙内壁不设内衬，这就要求施工单位在地下墙施工中确保
6、施工质量，尤其在槽段的接缝处理，槽底沉渣清理，整个墙体的防渗等方面，必须严格把关。(2) 基坑的临时支撑采用现浇钢筋混凝土支撑。(3) 基础土方量大，达 30 万 rn3 。(4)由于基础施工采用二阶段开挖方案，所以在主楼核心筒和地下室钢结构吊装时，混凝土支撑应不碰这些结构，故支撑设计应做到四避让：避让塔楼核心筒、避让地下室钢结构、避让裙房地梁、避让基础钢管桩。这些都给支撑平面布置带来了许多困难。2基坑支护的设计(1)设计方案比选在金茂大厦基础工程中，SOM 设计事务所原设计是采用斜拉锚方案。在主楼部分，斜拉锚共设六道；在裙房部分，斜拉锚共设四道。斜拉锚的使用角度为 45，锚固于 7 2 层砂
7、土层，在根部 10 15m 钢筋束组成，斜拉锚的锚固设计强度为 150t( 使用荷载 )。范围灌注水泥浆。斜拉锚由钢筋混凝土内支撑方案由上海建工( 集团 )投标提出，在主楼部分，内支撑设四道，第一道支撑标高一3 4m ；第二道支撑标高 83m ；第三道支撑标高一 131m ；第四道支撑标高一 171m 。在裙房部分，内支撑设三道，标高同主楼部分。由于这一施工方案在上海有成熟的施工经验，施工可靠性强，在施工费用方面也不比斜拉锚施工方案多，所以最后经过比选认为对于金茂大厦基坑支护钢筋混凝土内支撑施工方法较适合。(2)岩土参数取值和土压力在表 8-1 中，除主动土压力由计算得到外，其余均由地质资料获
8、得。对于基坑围护挡土墙的主动土压力，由于朗金理论的计算结果比较适合上海软土地基的客观情况，故可根据朗金主动土压力计算公式得到土压力分布。(3) 基坑支护设计反力包络图根据主动土压力分布图进行综合，得到四道内支撑作用点支撑反力包络图 ( 见图 8-12) 。根据朗金理论计算，第四道支撑的反力应大于第三道支撑的反力，但从各种资料和文献中查阅出，当挖土达到一定的深度时，由于深层土的变形滞后性，可对支撑反力作适当调整，故第四道支撑减为 791kN m 。(4) 基坑支护设计工况工况 1：主楼和裙房第一次挖土结束；工况 2 ：主楼第一道支撑和主楼第二次挖土结束；工况 3 ：主楼第二道支撑和主楼第三次挖土
9、结束；工况4：主楼第三道支撑和主楼第四次A 挖土结束；工况 5：主楼第四道支撑和主楼第四次8 挖土结束；工况 6：裙房第二次挖土结束；工况 7 ：裙房第二道支撑和裙房第三次挖土结束；工况 8：裙房第三道支撑和裙房第四次挖土结束；工况9：所有内支撑拆除和地下室三层楼板均结束。根据以上分析的边界条件以及各工况 ，用计算机 SAP90 程序进行计算可得到地下连续墙和钻孔灌注桩的弯矩包络图、剪力包络图和位移包络图。(5)地下连续墙和钻孔灌注排桩配筋设计根据地下连续墙在各工况下的包络图可得地下连续墙配筋包络图，然后按配筋包络图配筋。图8-13 是以主楼某标准槽段配筋图。根据钻孔灌注排桩在各工况下的包络图
10、得到排桩配筋( 图 8-14) ，钻孔排桩直径为561200 ，间距为 1400 ，桩顶标高为一 87m ，桩长 24m ，桩底标高为一327m 。根据本工程钢筋混凝土内支撑四避让原则得第一、第二、第三道内支撑平面布置。用计算机SAP90程序进行计算，可得各道支撑在各点的变位值，水平弯矩值，竖向弯矩值，轴力值以及各节点的反力值等。第一道水平支撑的腰梁段面1000800(6)，塔吊行走支撑断面8001000 ，其它断面分别为800800、 700800 、600600 。第二道水平支撑的腰梁1200800，大开间侧支撑断面为 900X 800 ，其它支撑断面为800X 8001000800 、局
11、部杆件为ii00 800，其它支撑断面分别为析可得各断面的配筋图，图和 600X 600 。第三道水平支撑的腰梁为1200X800 、大开间处大多为900800、 700700 。第四道支撑与第三道支撑相同。根据前面的分8-15 及图 8-16 是典型断面的配筋图。立柱支撑由两部份构成，埋入坑底以下的为钻孔灌柱桩，坑底以上部份为格构式钢结构柱，该柱插入钻孔灌柱桩内 5m ，塔楼区域的钻孔桩径为声 1000、桩长 20m、格构柱外形截面尺寸 600600、肢件为 1160014、裙房区域的钻孔桩直径为 850、桩长 22 5m 、格构柱截面尺寸为 480x480 、肢件为 1140X14 。格构
12、柱的钢材为 A3 钢。根据各道支撑反力图进行计算，可得钻孔桩配筋(见图 8-17) 。3基坑支护的施工本工程设计方SOM 要求采用刚性接头，所以给施工带来了难题。作为基础支护工程的地下墙兼有承重的职能，且地下墙将作为地下室的外墙内侧面设有内衬，所以对防水性和质量均有较高要求。本工程首次使用了C40 高强度水下混凝土，给工程带来了新的课题，由于工程桩较地下连续墙先施工，而部分送桩孔距地下连续墙很近，给地下连续墙施工带来了不利影响；又由于地下连续墙深36m ，支承在 7-2 土层，而 7-1 土层和 7-2 土层土质较硬，成槽极为闲难地下连续墙采用了新型的柔性接头( 见图 8-18) ，标准雌槽段
13、长5 4m ，标准雄槽段长6 Om ，施工时采用间隔跳跃式施工方式。用两台进口液压成槽机分区流水进行施工。在距地下连续墙较近的送桩孔进行压浆处理，保证地下连续墙成槽质量。在完成的地下连续墙外侧近接头区域进行劈裂压浆施工，保证地下连续墙的坑渗能力。在7-1 层，7-2 层标高处，若导杆式液压成槽机成槽困难。即用导杆式成槽机成槽7-1层以上部分。由绳牵式成槽机成槽扁担，分节顶升法预拔接头箱。7-1层和7-2 土层。采用两只油压千斤顶，加导墙底部的土层必须是原状土，防止成槽时上口坍方。使用导杆式成槽机施工时，用经纬仪控制成槽垂直度；为了确保槽壁稳定，槽内泥浆液面高度要求控制在导墙顶面下200mm 左
14、右。在雄槽施工时，要求对雌槽进行刷接头处理，并随时用清水冲洗接头刷，使接头连接的质量达到要求。采用空气吸泥方法进行清基，使沉渣控制在 200mm 以内。由于原沉桩孔距槽壁较近，孔隙水压力较高，易造成槽壁坍方，为此，在成槽前对原沉桩孔四周进行地基加固处理。钻孔灌注桩是支护结构，共分为两类：第一类是支承钢筋混凝土内支撑的，第二类是主楼挡土围护排桩，各种类型钻孔桩的直径、孔底标高见表8-2。用日产履带式液压钻机(干钻机 )成孔施工灌注桩。由于与地下连续墙同时施工，要求在使用场地上与地下连续墙施工进行流水作业。声850 桩用声 1100 护口管；声 1000 桩用 61300 护口管；声1200 桩用
15、声 1400 护口管，护口管长 67m 。钢筋笼分两节吊放，钢立柱在地面拼装一次吊放，钢筋笼与钢立柱在洞口电焊连接。采用人造泥浆护壁保持孔壁稳定，泥浆比重为106 115，粘度控制在20s 30s 之间。二次清孔采用正循环方式，在清孔效果不理想时，结合反循环方式清孔，立柱桩沉渣控制在10Omm 以内，排桩沉渣控制在300mm 以内。钻孔灌注桩的标号为C30 水下，在现场进行自拌。混凝土在浇灌中，导管埋入混凝土中要求不小于3m ，保证混凝土实度和翻浆能力。对于扩孔现象较大的围护排桩，采用外包锦纶布的做法施工。各道钢筋混凝土内支撑标号均为C30。每次土方开挖到各道支撑底时，开始内支撑施工，内支撑腰
16、梁与地下墙的连接用声 28 锚固钢筋，采用锥螺纹连接方式。内支撑腰梁与钻孔排桩的连接用5628 锚固钢筋，采用电焊连接方式，在主楼与裙房支撑分界处留设临时施工缝，并预留插筋和预埋件，在裙房支撑施工时，将裙房连接钢筋电焊在主楼支撑预件上，使主楼与裙房支撑连成一体。4基坑降水工程的施工根据承压水计算公式式中 K- 分层土容重； ti- 分层土厚度；比 -水的容重： f- 基坑底至不透水层顶的距离；为了满足主楼基坑挖土阶段的降水要求，基坑降水采用浅层降水与深层降水相结合的方法。由于第一阶段主楼挖土挖到一1965m 标高，裙房挖到一4 0m标高，所以第一阶段主楼采用深层降水方法，而裙房采用浅层的降水方
17、法。浅层降水采用sl 轻型井点，井点管长7m ，深层降水采用 SB 一 1 深井泵，井管长22m 。在基坑内深井泵的布置分两种类型，一种是可以固定在主楼支撑上保留的，另一种是在支撑的大空间中，这部分深井泵将随挖土过程分别拆除，在基坑内深井泵共有28 台，其中9 台将随挖土拆除。在第一次挖土前，在地下连续墙以内整个基坑范围内，打设6 套轻型井点，轻型井点管间距控制在24m 左右，井点管长6m ，这部分轻型井点在第一次挖土后将拆除。在主楼施工时，为了保证土方边坡及车道边坡的稳定，考虑在裙房区域主楼边坡处及车道处共设8 套轻型井点，轻型井点在第一次挖土后打设。5 土方工程施工本工程土方总量约 30
18、万 m3，开挖面积达 2 万 m2。为了加快主楼施工进度 ，土方开挖分二期进行 。第一期为 15 万 m3 ，裙房开挖到一 32m 标高，主楼开挖到一 1965m 标高。第二期裙房再开挖到一 15 Im 标高。6 施工环境监测为了指导基坑施工、基坑安全，施工期间进行了内容多样的施工环境监测。监测工作自基坑开挖，到地下结构施工完成止，历时长达 2 年多，积累了大量的数据，为今后基坑工程提供了非常有价值的资料。整个施工环境监测的内容如下：(1) 地下连续墙变形监测：地下连续墙顶端的沉降观测；地下连续墙顶端的水平位移观测；地下连续墙变形观察(测斜 )。(2) 基坑支撑系统监测：钢立柱顶端沉降观察；水
19、平支撑和膜梁应力测试。(3) 挡土钻孔灌注桩观测：挡土钻孔灌注桩变形观测(测斜 ) ；挡土钻孔灌注桩顶端水平位移观测。(4)地下水位观测：主楼和裙房基坑地下水位观测。(5) 邻近土体观测：基坑外深层土的水平位移观测(埋设测斜管 )；基坑内深层土体垂直位移观测 (基坑隆起 ) 。(6) 孔隙水压力观测。(7) 施工区邻近地下管线的水平、垂直位移观测。(8)施工区周围房屋观测：施工区周围房屋的垂直位移观测；施工区周围房屋的裂缝观测。为了便于保存、充分利用基坑施工环境监测资料，建立了金茂大厦基础工程施工期间监测数据库。该数据库包括打桩期间的监测数据以及基坑开挖期间的监测数据，内容非常丰富。7结语通过
20、该工程的基础旋工，对于大面积超深基坑的支护，只要采用合适的布局和钢筋混凝土为主体的支撑即可取得预想的结果。金茂大厦为超深基础的设计与施工创造了又一个典范。为了缩短总工期，采用分阶段开挖土方，突出重点是有效的。超深基础的施工要特别注意承压水的影响，因此对原先的勘NSL 要进行严格封闭处理，以防承压水从孔中涌出。对于特深的基础工程如能结合半逆作法施工则将产生更大的经济和社会效益，达到事半功倍之效果。基础施工中的监测工作要做到信息化施工，通过监测资料指导技术人员提高施工组织的指导和决策的水平，使基础施工安然无恙。实例三 北京特深基坑工程-东方广场东方广场位于东长安街路北，王府井大街与东单北大街之间，
21、占地面积约11 万 m2 ，建筑面积约 87 万 m2 。基坑开挖东西长约 480m ，南北宽约 190m ，开挖深度在 1523m ，土方量176 万 m3 。基坑平面如图8 一 19 所示。1地质情况土层分布及水文地质情况为：杂填土：层底标高在40004100，层厚约 5 6m；以建筑垃圾为主，可塑，松散。粉质粘土：层底标高在 3300 3600 ，层厚约 67m；黄褐色，土质不均，局部夹粉土，饱和，可塑。细砂：层底标高在 29 00-31 00，层厚约 56m ；黄褐色，含卵砾石，局部夹中粗砂，密实。卵石层：层底标高在25 00 27 00，层厚约 45m，杂色，直径一般为 3 5cm
22、，最大 8cm ，局部夹粉粘土和砂砾石层，饱和，密实。粉质粘土：层底标高在19 00 21 00，层厚约 5 7m ；黄褐色，土质不均，局部夹粉土和砂砾石薄层，饱和，可塑。卵石层：层底标高在8 O0 15 00，层厚约 6 9m ；杂色，以火成岩和坚硬的沉积岩为主，饱和，密实。地下水分为三层：上层滞水，水位标高36 00 4300；潜水，存在于第层卵石层中，水位标高27 002950，是较稳定的地下水；承压水，存在于第层卵石层中，静止水位标高在 2000 23 00 左右，水头高度约 21m 。2深基坑支护设计东方广场工程由香港巴马丹拿国际公司设计，包括基坑工程支护设计。在1994 年巴马提出
23、以下方案：基坑深度按 160m 计算，采用人工挖孔桩作挡土结构，桩长 185m，桩径分别为1000、1200 、1500，桩间距为 1000 、1800 、1500 ；设置三道锚杆，锚杆做在护坡桩上，为非预应力锚杆，最大设计轴力 1656kN ，采用 4 声 40+5632 粗钢筋制作，锚杆钻孔孔径为 200mm 。经研究原设计后，对土方工程、基坑支护重新安排，向甲方提出如下方案：采用护坡桩加锚杆的支护结构是可行的，但挡土桩应采用机械钻孔，桩径为800 ，桩间距为1500 ，锚杆层数减为二道，而且不应做在护坡桩上，锚杆采用预应力钢铰线，更有利于支护结构的变形控制。与原方案相比，仅材料用量就减少
24、很多，如护坡桩的混凝土可减少50，锚杆钻孔长度减小60，而增加的是桩顶上一道2m 高的砖砌挡土墙。(1) 挡土支护方案根据同深度、支护要求的不同，在基坑四周划分六个部位九个类型，分别采用钢筋混凝土灌注桩、H488工字钢桩加锚杆的支护方式，锚杆分别有一层、二层和三层，局部位置加打土钉。(2)挖土方案土方挖运按 先中间、后四周 及 分层开挖 的原则进行，全部采用内坡道，挖土机、翻斗车进入基坑。根据现场道路的出入口位置，设置若干临时坡道，并随着工程进度交换坡道位置。最后一个坡道采用接力挖土法，布置8 10 台挖土机分 4 层挖土，以后留2 台在坑内进行土方倒运，基坑上用2 台拉铲挖土机挖土。土方完成
25、后，用50t 汽车吊，将挖土机吊运出基坑。(3)降水采用管井井点帷幕法降低水位，在基坑边按井距6m 布井；在基坑内中间按30m布井，同时设置水位观测井若干。3 挡土支护设计混凝土灌注桩桩间距15m，桩径局部为声桩顶混凝土为C30 强度等级，锚杆钢铰线采用低松弛1000，其它地方为 800；H488 工字钢桩桩间距为1m。使用材料：护坡桩、1860 级；锚杆灌浆水泥采用普通525 号 (素水泥浆 )；腰梁采用 I258、I328、I368 、 I408 普通工字钢，其它钢板采用3 号钢。附加荷载：协和医院活荷载 10kN m，恒载北侧 (西)首层锚杆标高在一45kN m，其它部位，活荷载 10kN m；西侧锚杆水平长度不大于 7m 以下，北侧 (东 )首层锚杆标高在一 8m 以下。18m ，4计算支护结构按等值梁法计算。另外，用m 法对所有类型进行复核，并计算出各个类型的桩顶位移。计算结果同等值梁法比较参见表 8-3。