浙电基坑综述综述

1、浙江省电力生产调度大楼深基坑围护设计与监测裘涛裘涛 占宏占宏 徐长节徐长节 蔡袁强蔡袁强浙江大学建筑设计研究院 本文介绍了浙江省电力生产调度本文介绍了浙江省电力生产调度大楼深基坑工程的设计和监测成果。大楼深基坑工程的设计和监测成果。该基坑挖深该基坑挖深16.2m，采用一排钻孔灌注，采用一排钻孔灌注桩结合三道混凝土支撑支护；在局部桩结合三道混凝土支撑支护；在局部中风化岩埋深较浅区域，结合预应力中风化岩埋深较浅区域，结合预应力锚杆、岩钉进行支护。设计对围护桩锚杆、岩钉进行支护。设计对围护桩的抗倾覆稳定计算作了符合实际工作的抗倾覆稳定计算作了符合实际工作条件的调整，并根据支撑轴力实测值条件的调整，并

2、根据支撑轴力实测值建议了风化岩的建议了风化岩的c、m值。从该工值。从该工程的设计和监测成果的分析，作者得程的设计和监测成果的分析，作者得到了一些结论，可供类似工程参考。到了一些结论，可供类似工程参考。摘摘 要：要：1 工程概况与地质条件工程概况与地质条件 浙江省电力生产调度大楼位于杭州市黄龙路与西溪路交叉的东南侧，周边环境十分复杂。东面与高层住宅（才结顶）相距10m；南面20m远为刚投入使用的八层教学楼；西面离开4.59m为黄龙路，路上各种市政管线密布；北面待拆迁的1-2层房屋距基坑约10m。电力生产调度大楼地上十四层，地下三层，基础采用人工挖孔桩。基 坑 挖 深 1 6 . 2 m ， 基

3、坑 平 面 基 本 成160m67m的矩形，为当时浙江省开挖深度最深的基坑之一。 其中1杂填土、2素填土、粉质粘土基本分布在03m深度,1淤泥、2淤泥质粘土全场分布于3m9m深度，比较均匀。下部的风化岩层分布起伏较大，场地内分布有4种不同岩性的基岩，中等风化基岩面起伏较大，东面的埋深基本在1517m，东面中部部分区域的中等风化基岩埋深只有12.5m，浅于基坑底面；其余区域中等风化基岩埋深在2124m之间。岩层的风化程度差异较大，且强风化与中等风化基岩互为沉积，影响基坑开挖深度范围内的中风化岩均为饱和单轴抗压强度大于30MPa的硬岩。 本工程基坑开挖面积大、深度深、周围环境条件复杂，基坑边缘距道

4、路管线及周边建筑较近，对基坑侧向变形要求比较严格。基坑开挖深度内低强度、高压缩性、高灵敏度的淤泥、淤泥质粘土较厚；场场地内风化岩层面起伏较大，风化程度差异较大，且强风化与中等风化基岩互为沉积，局部区域中等风化基岩浅于基坑底面，围护桩施工比较困难。2 围护方案的选取围护方案的选取 针对以上特点，设计时对以下几种围护结构方案进行了比较。 本工程基坑开挖深度达16.2m，场地内中等风化基岩埋深最浅只有12.5m，浅于基坑底面，且基岩面起伏较大，难以采用地下连续墙作为围护体系。若采用预应力锚杆结合钻孔灌注桩的围护方案，由于场地土上部为较厚的淤泥质土，锚固体与淤泥质土间的粘结力不高，锚杆的长度较大，会超

5、越红线，且本基坑紧邻城市主要道路，侧向位移较大会对周边管线等造成不利影响，因此本基坑不适宜用锚杆作为围护结构。 设计最终采用方案为：单排钻孔灌注桩结合三道混凝土内支撑，并采用水泥搅拌桩作为止水和止土帷幕；对于东面中风化基岩埋深浅于基坑底面的区域，结合预应力锚杆进行支护；对于中风化基岩埋深略浅于基坑底面的区域，结合岩钉进行支护。采用三道支撑可有效控制侧向变形，保障周边道路管线的安全；对于局部中风化基岩浅于基坑底面的区域，结合预应力锚杆、岩钉进行支护，在保证围护体系稳定的前提下，避免了围护桩施工的困难，加快了施工速度、节约造价。 围护桩内力及变形采用m法进行计算，可考虑各工况桩身已产生的变形和已设

6、置支撑的轴力。 在支撑的标高布置时，为使桩的受力均匀合理、最大限度的发挥桩的抗弯承载力，将第一道支撑的标高尽量降底，同时根据计算竖向布置合理确定第二道支撑、第三道及结构楼层支撑的标高，使挖深达16.2m的本基坑采用800桩而不采用常规1000桩成为可能，节约了造价。在支撑的平面布置方面，由于基坑形状呈细长矩形（南北向较长），中间采用东西向对撑、两端采用角撑，并在中间对撑的端部尽量多的设置八字撑，使得坑内可留出较大的施工作业面，挖土机和运输车辆可从北面、南面的出土口直接进入基坑作业，加快了土方开挖的速度。 本工程中，全风化岩、强风化岩、中风化岩的埋深都较浅，其c、 m值对确定围护桩的长度、配筋及

7、第三道支撑的截面大小有决定性的影响。合理选取其c、m值对经济性、安全性有重要意义。中风化硬岩的c值有几个MPa，值在3540度，对于这么高的c值，在一般基坑开挖深度下，中风化硬岩中不可能有主动土压力，因此更主要的是确定全风化岩和强风化岩的c、m值。3 全风化岩、强风化岩的全风化岩、强风化岩的c、m值值 由于试验要求较高，关于岩石的c、指标的资料较少。本工程中由勘察单位提供的全风化岩、强风化岩的c值接近淤泥质土，显然不能采用。为此查阅岩石力学相关资料得到风化凝灰岩的c、 大致范围（该范围的最大值和最小值的差距是比较大的），并结合本工程的实际勘察成果取风化岩的c、m值如表1。 表表1 计算采用的各

8、风化岩物理力学指标计算采用的各风化岩物理力学指标粘聚力c(kPa)内摩擦角(0)m值(kN/m4)全风化凝灰岩30256000强风化凝灰岩1003510000中等风化凝灰支撑轴力监测点C3、C4所在区域的风化岩埋深均略低于第三道支撑标高，故全风化岩、强风化岩的主动土压力对第三道支撑轴力的影响是最主要的，通过比较实测轴力与设计计算轴力，可知设计采用的全风化岩、强风化岩c、m值是否合理（风化岩以上的粘土、粉质粘土比较常见，其c、 m值合理性已为众多工程所验证）。第三道支撑处C3的实测轴力为4083kN，即每延长米支撑内力为251kN/m，而设计计算值为187kN/m；C4

9、的实测轴力为4472kN，即每延长米支撑内力为279kN/m，而计算值为203kN/m。计算值仅为实测值的75%，说明所计算采用的全风化岩、强风化岩的参数偏大。根据C3、C4的实测轴力值，经过反算，可得全风化岩、强风化岩的合理参数，如表2。表表2 根据实测轴力值反算的风化岩物理力学指标根据实测轴力值反算的风化岩物理力学指标粘聚力c(kPa)内摩擦角(0)m值(kN/m4)全风化凝灰岩22206000强风化凝灰岩1003010000 在浙江省标准的建筑基坑工程技术规程2中，对围护桩的抗倾覆稳定要求为：qRCOCMM0 4 设两道以上支撑的围护桩的抗倾覆稳定设两道以上支撑的围护桩的抗倾覆稳定RCM

10、OCM 抗倾覆力矩，取坑内被动土压力对最下一道支撑点的力倾覆力矩，取最下一道支撑以下范围的主动土压力对最矩(kNm/m)；下一道支撑点的力矩 (kNm/m)；0围护结构的重要性系数；q围护桩倾覆抗力分项系数，不小于1.15。 笔者认为，对于仅设一道支撑的围护桩按式(1)计算抗倾覆稳定以防止围护桩的踢脚破坏是合理的；而对于设两道以上支撑的围护桩，其抗倾覆稳定按式(1)计算太保守，抗倾覆力矩应考虑围护桩桩身的抗弯能力和最下一道支撑与其上一道支撑间的主动土压力所能提供的抗倾覆力矩的小者。 围护桩桩身的抗弯能力由围护桩的截面及配筋决定。图图1 设两道以上支撑的围护桩抗倾覆验算示意图设两道以上支撑的围护

11、桩抗倾覆验算示意图 最下一道支撑与其上一道支撑间（靠近最下一道支撑的）约1/2跨度内的主动土压力传递到最下一道支撑上，其具体分配比例随围护桩插入深度、土层的分布等稍有变化；而取1/3跨度内的主动土压力对最下一道支撑点的力矩作为最下一道支撑与其上一道支撑间的主动土压力所能提供的抗倾覆力矩，应是偏于安全的，具体操作也比较方便。 因此，对于设两道以上支撑的围护桩，其抗倾覆稳定只需在式(1)的 中加上围护桩桩身的抗弯能力和最下一道支撑与其上一道支撑间（靠近最下一道支撑的）1/3跨度内的主动土压力对最下一道支撑点的力矩的小者。RCM 在本基坑的围护设计中遇到类似问题，由于局部区域的中风化岩埋深浅于基坑底

12、面，使得该区域内的围护桩桩底标高也浅于基坑底面。若按式(1)计算围护桩的抗倾覆稳定，则为零，无法满足要求，由此需在围护桩底附近设预应力锚杆，增加工作量、造价，且施工比较复杂。按笔者的方法计算围护桩的抗倾覆稳定，则可得到满足，不用采取其它措施。在实际操作中，仅采用维护桩底附近岩面、防止岩石风化破碎的3m多长的岩钉。5 预应力锚杆设计预应力锚杆设计 东面测斜管CX补1处的中风化岩埋深12.5m（下有强风化岩夹层），由于中风化岩中钻机的钻进速度非常慢，要钻至基坑底面标高耗时太久。为加快施工进度，该处围护桩以低于第三道支撑约0.5m终孔。在基础底板施工完、拆除第三道支撑后，由于基础底板与桩底高差太大，

13、底板周围无法对桩进行嵌固，导致第二道支撑以下的围护桩悬空，桩的抗倾覆稳定不能满足、桩身所受弯距太大。图图2 预应力锚杆布置图预应力锚杆布置图 为解决上述问题，在第三道支撑以上1m位置设置预应力锚杆。预应力锚杆设于围护桩间，每根桩设一根锚杆。锚杆孔径130mm，自由段长度3m，锚固段长度5m，主筋为4根直径15.2mm钢绞线，用M30水泥砂浆高压注浆。设计要求极限抗拔力80kN，经抗拔试验，满足要求。锚杆端部用锚具锚于混凝土锚梁上。 为尽量不破坏桩后岩体，预应力筋张拉时的张拉控制应力应设得小一些，为0.6fptk，锁定荷载0.75倍控制应力。围护桩与地下室外墙板之间的土方回填至预应力锚杆标高后，

14、将预应力锚杆的钢绞线的应力释放。桩底以下的强风化岩夹层用岩钉、喷射混凝土保护，防止岩层风化、破碎。 基坑施工期间，预应力锚杆工作正常，坑外土体的水平位移未出现异常增大。证明这样的处理方案是成功的。 施工时根据支撑的布置将基坑从南至北分为5个区域，土方从浅至深分为5层开挖。由于支撑的平面布置合理，从南至北的5个区域可相对独立地施工，土方开挖与支撑施工、养护可根据施工能力在同一时间内进行。在北面预留一出土口，各层土方开挖及各道支撑施工从南至北流水作业，加快了施工速度。6 施工监测施工监测图图3 监测点平面布置图监测点平面布置图 本工程地下室于2003年3月份开始正式土方开挖，2003年5月底第三道

15、支撑施工完后进行工程桩施工至10月底，12月底开始底板浇捣；地下室结构施工于2004年5月底结束，2004年7月中旬整个基坑地下室外墙与围护桩间的土方回填完成。 监测内容包括：深层土体水平位移、支撑轴力、地下水位、桩后土压力和孔隙水压力、立柱桩沉降、周围建筑和地面沉降。监测点布置如图2所示。6.1 深层土体水平位移深层土体水平位移 在整个施工过程中，深层土体最大侧向位移是42.19mm，变化速率较小。 各测斜管的土体最大侧向位移最大值大多在管口位置或距离地面26m深度处，各施工时间段的位移变形速率都比较小，且10m深度以下位移小于20mm，在15m深度以下位移很小（12mm），说明基坑在开挖过

16、程中一直处于稳定。本基坑挖深达16.2m，历时15个月多，大部分测斜管的最大位移在3138mm，与同类基坑工程相比，本基坑的侧向变形控制得非常好。 本场地内10m深度以下均为可塑-硬可塑的粘土、粉质粘土及风化岩石，土质较好，这些岩土层的c、m等力学指标较高，且随时间的软化不明显。因此，本基坑工程虽历时一年多，上部位移随时间不断增大，但10m深度以下的位移随时间增大的幅度大为减小，15m深度以下的位移后期则基本没有增加。 CX4所在区域全风化岩埋深14.5m，强风化岩埋深18.5m； CX11所在区域的风化岩的埋深较浅，全风化岩埋深11m ，强风化岩埋深12.5m。从图2、图3可知，即使位于基坑

17、底面以上，全风化岩、强风化岩的水平位移也非常小。-20-15-10-50-50510152025303540位移（mm）深度（m）03年4月3日03年4月29日03年5月29日03年7月9日03年7月15日03年8月28日03年11月28日04年1月7日图图4 测斜管测斜管CX4监测结果监测结果 -20-15-10-50-50510 15 20 25 30 35 40 45位移（mm）深度（m）03年4月8日03年4月29日03年5月29日03年7月15日03年8月28日03年11月28日04年1月7日04年5月20日04年7月18日 图图5 测斜管测斜管CX11监测结果监测结果 随着基坑的开

18、挖，支撑轴力逐渐上升，尤其在开挖土方前后，增大比较明显。但在开挖第三道支撑以下土方后支撑轴力增大并不明显。 支撑内力最大为第一道支撑C5监测点的5346kN。第一道、第三道支撑轴力的实测值与设计的计算值比较接近，而第二道支撑轴力的实测值比设计计算值小得多，且比第一道支撑、第三道支撑的小。这可能为第二道支撑附近土体（主要为2淤泥质粘土）的c、等力学指标的计算取值偏小。 6.2 支撑轴力支撑轴力01000200030004000500060004-15-317-309-2811-271-263-265-25时间（月日）支撑轴力（kN）第一道支撑第二道支撑第三道支撑图图6 支撑轴力的变化支撑轴力的变化7 结语结语 本基坑开挖深度达到16.2m，而采用了直径仅800的钻孔桩和较短的水泥搅拌桩，经受了不良地质条件和水质条件的长时间考验，严格控制了侧向变形，保障了工程顺利地完成，取得了良好的经济效益和社会效益。 对于有两道以上支撑的情况验算围护桩的抗倾覆稳定时，抗倾覆力矩取式(1)的RCM加上围护桩桩身的抗弯能力和最下一道支撑与其上一道支撑间（靠近最下一道支撑)1/3跨度内的主动土压力对最下一道支撑点的力矩的小者较为合理。 由于试验要求较高，关于岩石的c、指标的资料较少。对于饱和单轴抗压强度大于30M