苏州某办公大楼深基坑工程地质设计

苏州某办公大楼深基坑工程地质设计

1地下工程施工设计方案已建成的商务大楼位于苏州工业区。建筑面积共计5120公顷，建筑面积45953.08公顷，地下4层（约18m），地上23层，建筑面积99.6m。基础形式为桩基础。该项目基坑呈规则矩形,基坑长边方向长度约74m,短边方向长度约58m,基坑周长约266m,开挖面积约4290m2,开挖深度为17.1～18.3m。地下车库深坑超挖0.8～1.6m,核心筒区域深坑超挖3.8～4.8m,基坑侧壁安全等级为一级。本基坑的设计方案采用地下连续墙/钻孔灌注桩挡土+三轴水泥土搅拌桩止水(局部高压旋喷桩)+三道钢砼水平支撑的围护形式。其中临地铁侧(南侧)采用1000mm地下连续墙挡土,L=34m,紧贴地墙内外两侧为3Φ850@1200三轴水泥土搅拌桩,L=25.5m,地下连续墙与三轴搅拌桩间距为80mm;其余三侧采用Φ1050@1250灌注桩挡土,L=30～32m,止水帷幕一般区域采用3Φ850@1200三轴水泥土搅拌桩,L=25.5m,核心筒区域深坑采用Φ800@500高压旋喷桩围护并封底。2工程和水文条件2.1项目的地理条件根据本工程地勘报告,自上而下分,对基坑有影响的7个土层分层描述如表1所示。2.2填土微承压水赋存状态本场地内对工程建设有影响的地下水主要为潜水、微承压水及第Ⅰ承压水(上段)。潜水主要赋存于浅部填土层中,其稳定水位标高在1.30～1.35m。微承压水主要赋存于④层土中,富水性及透水性中等。其稳定水位标高为1.00～1.05m。第Ⅰ承压水主要赋存于⑦层土中,其富水性及透水性均较好,稳定水位标高在-3.00m左右。3间隧道隧道概况本工程场地南侧基坑内边线距离用地红线1.9～3.1m,红线外为苏华路,路下为苏州轨道交通1号线星海街站至星港街站区间隧道。其相互关系如图1所示。根据苏州市轨道交通集团有限公司提供的资料,轨道交通1号线区间隧道隧道埋深约为9.67～12.46m,盾构外侧距离本工程基坑内边线约10.9～12.1m,盾构隧道管片设计相关参数:管片宽度为1.2m,内径为5500mm,外径为6200mm,管片厚度为350mm,管片分六块错缝拼装。由于星海街站至星港街站区间长度仅为540m,轨道交通设计单位通过调整线路纵坡,在该区间没有设置联络通道兼泵站。该区间隧道位于本基坑3倍挖深影响范围内,且从埋置深度来看,正好位于本基坑变形较大的位置,对其保护不利,故为本工程基坑设计、施工过程中重点保护对象。因轨道交通区间隧道对变形控制要求极高,基坑施工、土方开挖所引起的各种卸载和加载活动对区间隧道的影响限度必须控制在其允许变形值之内。4加载过程对运营区间隧道的影响根据苏州市轨道交通集团有限公司的要求,周边各种卸载和加载活动对运营区间隧道的影响限度必须符合隧道结构设施绝对沉降量及水平位移量≤10mm的要求。监测报警值如表2所示。5为铁路区域隧道辩护5.1地下连续墙下桩间坑底虾群桩方案(1)靠区间隧道一侧的围护结构选用1000mm厚的地下连续墙,增大围护体刚度。(2)靠区间隧道一侧的坑内被动区土体采用Φ850三轴水泥土搅拌桩坝体裙边加固(坑底以上15.2m,水泥掺量10%;坑底以下4m,水泥掺量16%)。(3)地下连续墙内外两侧先施工一排Φ850三轴搅拌桩,搅拌桩套打施工,与地下连续墙槽段净间距80mm,形成“夹心饼”,以确保地墙成槽质量。(4)增加地下连续墙底后注浆,减少因地下连续墙下沉对区间隧道的拖带效应。(5)要求先施工三轴搅拌桩止水帷幕,再施工工程桩和围护桩,以减少大规模灌注桩施工对区间隧道的不利影响。(6)南北方向设置钢筋砼对撑,结合砼角撑和边桁架,形成稳定的支撑体系,控制地墙变形。邻近轨道交通区间隧道的基坑剖面如图2所示。5.2基坑变形及支护(1)土方开挖阶段是区间隧道保护的关键阶段,对土方开挖的方向、顺序、分层等均严格按照专家评审通过的施工方案进行施工。(2)加快土方开挖进度,立足一个“抢”字,即力争以最快的施工速度完成基坑工程施工,这对支护结构的稳定,区间隧道的安全无疑都是极其重要的。土方开挖时现场设专人负责、指挥。(3)及时进行砼支撑的施工。(4)当基坑变形速率大、水平位移超标时,立即停止开挖,及时查找原因,采取补设钢支撑等措施,直至变形稳定。(5)明确行车和出土方向,空车从南侧进,重车从北侧出,避免重车在靠近区间隧道区域行走。(6)第一道支撑下的每一层土方(最后一层土方除外)采用“盆式”开挖,即先开挖中间对撑区域的土方,到标高后72小时内必须形成南北向或东西向的对撑,最后开挖角部土方,尽快形成完整的支撑体系。(7)基坑最后一层土方分块开挖,每一小块限时在24小时之内完成开挖,配筋垫层随挖随浇,无垫层暴露面积不超过200m2,无垫层暴露时间控制在8小时以内,等其中的一小块垫层浇筑完毕后才能开挖另一小块。(8)南侧裙房区域的下翻承台很多,落深不一,与主体结构协调后仍无法改变。为了尽快形成平整的垫层传力体系,要求每一小块统一开挖到普遍的承台底标高,在8小时内浇筑好该区域300mm厚的配筋垫层。对于没有下反承台的区域,利用砖胎膜结合素砼快速回填到设计标高,再尽快绑扎底板钢筋,浇筑基础砼。(9)等南侧裙房区域基础大底板浇筑完成后才允许开挖主楼核心筒土方。(10)抢险材料准备:开挖前准备足够优质木桩和脚手板,装土袋,以备护坡。5.3降低对区间隧道的影响(1)区间隧道是基坑施工监测的重点。基坑南侧的区间隧道监测由苏州市轨道交通集团有限公司委托第三方监测机构全权负责,其监测项目、测点位置、监测频率和报警值均应取得苏州市轨道交通集团有限公司的认可。根据区间隧道的监测情况及时调整施工工况,项目参建各方应服从轨道公司的统一指挥,真正做到信息化施工,把基坑开挖对区间隧道的影响降低到最小程度。(2)对土方开挖加强基坑施工监测,采用信息化方法指导施工。由业主聘请第三方观测,并及时将监测信息反馈给施工方等单位,便于其掌握信息,调整施工方法,必要时采取紧急措施。(3)对于监测项目在基坑开挖前应测得初始值,且不应少于三次。基坑开挖过程中,每天监测2次,位移及变形稳定后每天监测1次,直至基础工程施工结束。特殊情况下加密监测。(4)建立监测险情预报制度,施工单位自行监测的有关数据达到预警值时,首先应复测,以确保监测数据的正确性;其次与专业的第三方监测单位的监测数据进行对比分析,证实确为达到预警值时,方可预警。预警步骤为:①监测数据经过复测超过预警值时,立刻口头通知监理。②针对预警部位,2小时内整理监测报告,提供给监理。③6小时内出预警通知,提供给监理、业主及施工方等单位。6基础施工方法6.1基坑支护施工根据本工程的特点,按照业主、监理对安全质量和工期的要求,拟将本工程按施工顺序划分为六个施工阶段。第一阶段:施工准备阶段,主要是组织专家对本工程施工方案进行二次评审、场地临设搭建、设备进场调试等。第二阶段:基坑围护工程的三轴搅拌桩止水帷幕、钻孔灌注桩、地下连续墙施工以及坑底加固施工;期间穿插完成工程桩试桩施工及其静载测试工作。第三阶段:工程桩的施工。期间穿插完成本工程21口管井的施工。第四阶段:基坑土方分层开挖,本工程根据支护结构设计方案,土方分四次进行开挖,第一次开挖自然地面至-2.60m,进行第一道支撑的施工;待支撑养护至设计要求强度后,分层进行第二次开挖至-9.60m,进行第二道支撑的施工;待支撑养护至设计要求强度后,分层进行第三次开挖至-14.60m,进行第三道支撑的施工;待支撑养护至设计要求强度后,分层进行第四次开挖底板底设计标高(17.6m)以上20～30cm,人工清土后完成垫层浇筑,再开挖承台及局部坑中坑。第五阶段:工程竣工验收完工、基坑移交阶段。在基坑开挖过程中对支护结构进行监测,并提交竣工资料;在基坑开挖至设计坑底标高后,组织有关单位对基坑支护工程进行竣工验收。第六阶段:地下结构施工阶段,根据设计工况分别完成结构施工及传力带施工,待结构及传力带强度达设计要求后,自下而上拆除支撑。最后具备条件时回填基坑。6.2撑梁与第三道支撑梁之间的土体开挖基坑设计三道混凝土内支撑,根据每道支撑的布置情况及相互净高度,为减少基坑的位移,土方开挖采取“盆式”开挖方法:(1)第一层土体从北侧出入口出土。出土方向是从南向北依次出土。(2)第二层土体(第一道支撑梁与第二道支撑梁之间的土体),利用大型挖土机接力驳土,土方车在栈桥上,不下入基坑。该层土体再分两个亚层开挖,分别是-2.60～-6.10m和-6.10～-9.60m,每层高度为3.50m。开挖剖面如图3～图4所示。(3)第三层土体(第二道支撑梁与第三道支撑梁之间的土体),由于深度达12m,利用小型挖机进入基坑底部翻土,长臂挖机在栈桥上装车外运。该层土体再分两个亚层开挖,分别是-9.60～-12.10m和-12.10～-14.60m,每层高度为2.50m,如图5～图6所示。(4)第四层土体(第三道支撑梁与坑底之间的土体),按照设计思路,此阶段是基坑变形最大阶段,必须合理安排挖土工序,为此,采取以下方法:①合理分块。为严格控制地铁区间隧道的变形,将第四层土体在平面上分为7块,如图7所示。②合理安排施工顺序。经项目参建各方协调,实际施工中按以下顺序进行开挖:首先,开挖分区1-1、1-2、1-3,分区1-1开挖至相对标高-18.900m、分区1-2开挖至相对标高-18.700m、分区3开挖至相对标高-17.700m。其中分区1-1设置300mm垫层(内配12@200×200,基础垫层底至-18.900m标高处采用素砼填实)。其次,开挖分区2-1、2-2,分区2-1开挖至相对标高-18.900m、分区2-2开挖至相对标高-17.700m。其中分区2-1设置300mm配筋垫层(内配12@200×200,基础垫层底至-18.900m标高处采用素砼填实)。再次,施工分区1-(1～3)、2-(1～2)底板,待以上底板达到一定强度后,开挖分区3,施工核心筒区底板。最后,开挖分区4。③合理利用栈桥加快土方外运。由于开挖第四层土体时,基坑坑底深度已达17m,采用普通长臂挖机无法完成施工任务,因此选用抓式挖土机在栈桥上装车外运,坑底采用挖机短驳、翻土。详细剖面如图8所示。6.3控制分块开挖、垫层浇筑的并按照要求范围施工(1)基坑开挖至坑底后应先限时浇筑垫层,再开挖施工局部深坑。(2)在开挖最后一层土方时,土方从分块开挖到垫层浇筑完必须控制在12～24小时内。(3)施工必须编制每块土方的详细施工进度计划,并应得到设计、监理单位的认可,土方开挖实际工况自始至终应与设计各计算工况相吻合。(4)开挖施工过程中,应同时保证坑内临时边坡稳定,防止临时边坡的突然坍塌造成基坑坑壁瞬间超大位移的产生。7基坑地下水位基坑施工从2010年12月1日开工至2011年9月1日总包方底板浇灌完毕,历时300天,比计划工期提前20天。根据监测数据,基坑施工期间,基坑东、西、北三侧最大的位移量仅18mm。基坑南侧区间隧道的最大位