西宁市某深基坑工程地质条件及环境条件分析

西宁市某深基坑工程地质条件及环境条件分析

1建设场地水地下水的主要物理力学性质井深设计位于西宁。场地形状为南高北低，相对高度为1.02m。地层主要分为5层:杂填土、黄土状土、卵石、第三纪强风化泥岩、第三纪中风化泥岩,各土层的主要物理力学性质见表1。场地地下水属潜水型,含水层主要由强透水的卵石层(局部为圆砾)组成,地下水的主要补给来源为侧向径流补给,其次为大气降水,场地地下水埋深为-6.2~-7.1m左右,地下水变化幅度为正负0.5m。拟建建筑物为高层住宅楼,地下1层,地上30层,基坑开挖深度为8.2m。由于该基坑西侧为既有5层住宅楼,外墙距离开挖线2.5m,住宅楼下有一废弃防空洞,防空洞外墙距开挖线4.5m,因此,该基坑开挖时极易引起基坑西侧既有建筑物产生变形。2边坡排桩支护方案拟建工程基坑,在西侧存在既有建筑物,既有建筑物基础为桩基础,桩端持力层为卵石层,既有建筑物下方有一南北向贯穿的废弃防空洞,基坑周围环境较复杂。根据边坡圆弧滑动稳定性分析结果,边坡稳定系数较低,极易失稳,须进行支护处理。由于距基坑开挖线2.5m处有一既有建筑物,位于边坡滑动区范围内,如在开挖过程中围护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响较严重,根据GB50330—2002《建筑边坡工程技术规范》第3.2.1条、JGJ120—99《建筑基坑支护技术规程》第3.1.3条,边坡安全等级取为一级,其余边坡工程各段可取为二级。根据实际情况,为了控制围护结构及周边建筑物产生过大变形,拟采用多支点排桩结构形式对基坑侧壁进行围护,并在施工过程中对围护结构位移及周围建筑物变形进行监测。地下水控制措施采用集水明排法,基坑侧壁设排水孔,基坑底部设排水沟和排水井。3灌注桩锚固支护围护结构采用单排灌注桩,桩径1.0m,桩距2.0m,桩位布置见图1。由于地下土层有卵石层及泥岩,根据JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》,最终采用人工挖孔灌注桩。要求全长设置护筒,水位以下施工时注意抽排水措施。并采用两道锚杆的桩锚体系,分别距桩顶2.4,4.9m,同时在桩顶浇筑冠梁,锚杆处设置腰梁,将所有灌注桩连在一起,并将锚固拉结力传递到每根围护桩上,锚杆布置见图2。由于锚杆的构造要求自由段长度不宜小于5m,而基坑侧壁距防空洞仅有4.5m,且无锚固长度,决定将锚杆的一端锚固在防空洞的侧壁上。4分层开挖结构内力及支撑体系由于基坑边缘2.5m处有住宅楼,需考虑固定超载,而且第(1)层土体为杂填土,可将其等效为堆载,住宅楼荷载按每层18kN/m2计算,则该基坑在地面以下1.4m处的超载q为:基坑开挖顺序为:第一阶段开挖3.6m;第二阶段开挖6.0m,并在2.4m处设第1道锚杆;第三阶段开挖至坑底8.2m处,在4.9m处设第2道锚杆,各开挖阶段土压力分布见图3。每一开挖阶段分别按等值梁法计算结构内力及支点力,得排桩截面弯矩设计值为M=283.2kN·m,截面剪力设计值V=319.7kN,桩身混凝土强度等级C30,计算排桩纵向配筋14ue78820,箍筋ue7888@150,加劲筋ue78818@2000;第1层支点力设计值Td1=131.8kN,取1ue78825钢筋;第2层支点力设计值Td2=116.3kN,配1ue78822钢筋。排桩嵌固深度根据JGJ120—99附录A圆弧简单条分法计算得hd=2.6m,因此排桩桩长为11m。5件承载力的计算由于距基坑开挖面4.5m处有一防空洞,锚杆锚固段严重不足,考虑可将锚杆锚固在防空洞侧壁上,因此需计算锚头压板的尺寸。GB50003—2001根据《砌体结构设计规范》中受剪构件计算,沿通缝或沿阶梯形截面破坏时受剪构件承载力按式(2)计算:式中:V为截面剪力设计值,kN;fv为砌体抗剪强度设计值,MPa;α为修正系数;μ为剪压复合受力影响系数;σ0为永久荷载设计值产生的水平截面平均压应力,MPa;A为水平截面面积,m2。防空洞为砌体结构,壁厚370mm,砂浆强度等级为M10,砖强度等级为MU25,可知fv=0.19MPa,砌体抗压强度设计值f=2.98MPa,取σ0=0.1f,γG取1.35,查表得αμ=0.14,V=Td1=131.8kN,可得:由式(3)可知,所需灰缝长度L=0.568/0.37=1.53m,经计算(300×300)mm2的压板可满足要求,且考虑到防空洞侧壁外土体也可承担部分锚杆拉力,可将其视为安全储备,因此,该方案是安全的。6基本稳定性试验6.1基坑极限承载力参照太沙基(Terzaghi)及普朗德尔(Prandtl)的地基承载力公式,将桩底面的平面作为求极限承载力的基准面,其滑动线形状如图4所示,安全系数Ks为:式中:D为排桩插入深度,m;H为基坑开挖深度,m;q为地面超载,kPa;γ1为基坑外地表至桩底各土层的加权平均重度,kN/m3;γ2为基坑内开挖面以下至桩底各土层的加权平均重度,kN/m3;Nq、Nc为地基极限承载力计算系数。按照太沙基公式:按照普朗德尔公式:由表1,计算γ1=18.9kN/m3;γ2=20.0kN/m3;q=115.2kPa,见式(1);根据太沙基公式得Nq=10.8,Nc=22.5;代入式(4)可得Ks=6.48≥1.2;根据普朗德尔公式得Nq=9.3,Nc=18.9,代入式(4)可得Ks=5.48≥1.2,均满足安全要求。从计算看出,桩底以下的风化泥岩,其力学强度指标较大,对基坑隆起起到极大抑制作用,抗隆起安全系数较大。6.2稳定性验算为防止该基坑围护结构绕桩底发生倾覆破坏,还需进行抗倾覆稳定性验算。由图3c知,水平抗力及支点力对桩底抗倾覆力矩Mp=2272kN·m/m,水平荷载对桩底倾覆力矩Ma=1803kN·m/m,则抗倾覆安全系数Kq为:7锚固体系的设计根据深基坑工程相关规范,对西宁市某基坑的加固方案进行了论证,确定采用人工挖孔灌注桩,桩径1.0m,桩距2