银行大厦深基坑工程支护稳定性分析研究 土木工程管理专业

南宁市兴业银行大厦深基坑工程支护稳定性分析 1、 绪论 1.1基坑稳定性研究分析背景 随着城市的飞速发展，高层建筑物如雨后春笋般涌现，地上地下空间资源紧缺，使得基坑开挖深度与难度变大，也促使我国深基坑支护技术的发展。在城市中施工，场地狭小，城市地下管线错综复杂，对周边建筑物稳定性影响等因素都是选择深基坑工程开挖及支护方式的重中之重。 1.2基坑稳定性研究分析意义 由于基坑施工致使基坑外侧土层的变形从而对地面建筑物或地下管线造成损害的事故经常发生。因此,对深基坑工程中支护结构稳定性的研究,显得越发迫切。 1.3基坑工程国内研究动态 基坑工程是地下基础工程一个重要的的研究部分。近代随着计算机的应用和施工环境的复杂化，支护形式和计算理论的多样化，新型的支护形式和理论研究大量涌现,基坑工程的发展也扩展了人类的生活空间[ ]。到了20世纪90年代我国也在总结我国实践经验的基础上制定了多部国家及地方行业标准和相关法规,深基坑工程技术已形成体系[ ]。 对基坑工程的研究主要有经验公式、模型观测、理论分析以及数值模拟等方法[ ]。之前主要以“弹性法、“弹塑性法”、“山肩邦男法”等解析方法为主，但这些理论计算力学模型簿单，计算误差较大[ ]。常用的经验半经验公式是Peck(1963)经验曲线，同济大学的侯学渊[ ]等在此基础上，借鉴三角形沉降公式提出了确定地面沉降的地层损失法。刘建航[ ]院士在参考新奥法时空效应理论和上海软土基坑实践的基础，提出了软土地基开挖的时空效应法，孙钧[ ]等用有限元、边界元法分析了基坑开挖与围岩的共同作用，引入了弹性、塑性、粘弹塑性等不同的岩土介质本构模型龚晓南、俞建霖[ ]用三维有限元法，分析了基坑开挖过程中围护结构变形、土压力的空间分布等，对基坑的变形控制得到了较直观、较综合的数据[ ]。 1.4基坑工程国外研究动态 1943 年，Terzaghi 和 Peck[ ]等人在研究基坑的基础上第一次提出了计算基坑的理论方法。1971年Clough和Hansen[ ]首次利用有限元分析考虑基坑土体各向异性，得到破坏区域显著扩大，支护体水平位移和地表沉降明显增加；Faheem [ ]等用有限元法对软土地基基坑的稳定性进行了二维分析，得到底板的稳定性与开挖深度及宽度的比值、软土层的厚度、围护结构插入坑底深度及围护结构刚度有关[ ] 2、 深基坑工程概况 2.1南宁市兴业银行大厦深基坑工程概况 项目名称：兴业银行大厦工程，该项目位于南宁市五象新区云英路与宋厢路交汇处，周边建筑有南宁五象总部大厦，太平金融大厦，北投大厦，京华广场在建项目。拟建建筑物为南宁分行兴业银行大厦，地上19层办公楼及5层商业裙楼，设有3层地下室，建筑面积有67000平方米。该大厦基坑支护概况：本工程基坑底标高约81.00m，ABCDE段周边为城市道路，坑顶标高约为93.2~96.80m，基坑支护深度约10.4~16.5m，EF段邻近已开挖到基底的在建京华广场项目，其基底标高为84.20m，高于本工程基坑底，需进行支护，支护深度约3.2m。，根据基坑所处环境、深度及其破坏后果的严重性，依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012），南宁市兴业银行大厦基坑支护侧壁安全等级为一级，据规范要求重要性系数为1.1。 2.2南宁市兴业银行大厦深基坑工程地质概况 2.2.1自然条件 南宁市五象新区云英路、宋厢路位于南宁市良庆区西部，沿线为：丘陵，沿线道路穿越的地层上覆盖第四系坡残积的粘性土、角砾石粘性土，下伏第三系泥岩、泥页岩、泥岩、硅质岩互层及石岩系灰岩等。南宁地势东北高西南低，以丘陵为主，但市区周边平地居多，平地也是南宁市面积最大的地形地貌，分布在左、右江下游汇合处和邕江两岸。拟建项目在南宁市五象新区总部基地，处于南宁盆地西南侧较平整平地上。 2.2.2气候条件 南宁市位于北回归线以南，属于南亚热带季风气候，主要特点是炎热湿润，干湿季分明，夏长冬短，霜雪少见，四季常青。多年平均日照时间长，年平均气温为21℃，极端最高温达40℃，极端最低为-2.2℃。南宁降水丰富，雨季多集中在4月至9月，10月至次年3月降雨量少，为旱季。 2.2.3水文概况 地表水：南宁市兴业银行大厦基坑项目范围内无河流、水库等地表水体分布。 地下水：根据场地工程勘察资料，该基坑场地地下水主要为上层滞水。上层滞水主要赋存于素填土层中，其水量及水位埋深与季节性降水和周边排水环境密切，年水位变幅约1~2m。因素填土成分粘性土为主，局部含较多砾石，其透水性一般，监测期间，该上层滞水水量较小，水位变化较大，无统一稳定水位。 3、南宁市兴业银行基坑开挖及支护 在基坑工程中，较为主要的是土方开挖及基坑支护体系设计与施工，基坑工程为系统工程，综合性较强。基坑支护结构具有的风险性好在基坑支护体系是临时结构，起到基坑稳定辅助作用，在地下工程施工完成后，基坑围护体系则不再被需要。 3.1 基坑开挖方法 基坑开挖基本分为有支护开挖与无支护开挖。 （1）无支护开挖 无支护开挖多为放坡开挖，选定安全合理的边坡坡度，在开挖后土体在没有加固和支撑的情况下，依靠土体自身的强度，取得稳定边坡并且能使基坑维持稳定状态，既能提供建造基础或地下室的安全可靠作业空间，又能使基坑周边工程环境不受影响同时也满足预定的工程环境要求，此种做法称之为放坡开挖。其特点为：①工程费用低；②施工工期短；③还能为主体结构的施工提供较宽敞作业空间④涉及的施工技术简易；⑤易于组织施工；⑥对周边环境和地区的地质条件要求高。 （2）有支护开挖 在基坑开挖过程中，通过设置挡土墙，内支护，锚索加固等借助土体外力的方法保持基坑的稳定性的做法称之为支护开挖。根据基坑重要的级别程度和工程特点因地制宜的选择支护方式。 3.2基坑支护方式 基坑支护是一种很复杂的工程，常见的有以下几种支护： （1）拉锚式围护结构 拉锚式围护结构有锚固体系围和围护结构体系两部分。围护结构体系相当于内撑式围护结构，比较常用的是钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙。锚固体系有锚杆式和地面拉锚式两种分法。 （2）土钉墙围护结构 土钉一般是通过钻孔、插筋和注浆来设置，也可采用打入或射入方式设置，传统称之为砂浆锚杆。设置土钉于边坡中，将钢筋网铺设在坡面上，将混凝土喷射成混凝土面板，形成土钉墙围护结构。如今国内开发了一种打入注浆式土钉，它是直接将带孔的钢管打入土中，然后高压注浆形成土钉，这种土钉特别适合十成孔困难的砂层和软弱土层，具有广泛的应用前景。根据已有工程经验，土钉墙支护一般适用于开挖深度不大于 20m，侧壁安全等级为二、三级的非软土基坑。 基坑支护结构方案对比表 表3-5 方案 优点 缺点 人工挖孔 桩加锚杆 1、 支护桩强度高，对周边管线及建筑物变形起到限制作用； 2、 速度快、工期短、造价低； 3、 施工无污染、噪音，不扰民 1、 挖孔时需进行降水； 2、 距建筑物近，危险性比较大； 3、 地下水位高且砂层容易塌孔 钻孔灌注 桩加锚杆 1、 结构整体性好； 2、 能够保证基坑安全； 3、 地表土层不需处理也能钻孔 1、 涉及泥浆外运，环境污染； 2、 机械噪音大、扰民； 3、 造价高、工期相对长； 4、 场地狭小，不利于钻机摆布 超流态桩 加锚杆 1、 结构整体性好； 2、 能够保证基坑安全； 3、 施工速度快，工期短、工程造价低； 4、 钻孔无振动、无噪音、不扰民、无污染 1、 地表杂填土需要开挖处理； 2、 受地层的限制，钢筋笼不易下到位 螺旋钻孔压 灌桩加锚杆 1、 结构整体性好； 2、 施工速度快，工期短； 3、 降低工程造价； 4、 钻机无振动、无噪音、不扰民，无污染 1、 桩身为无砂混凝土； 2、 水泥用量大 根据设计图，基坑监测平面布置图如（监测图1）所示，南宁市兴业银行大厦基坑周围环境，围护结构结构如下所述： （1）南宁市兴业银行大厦基坑周边环境 南宁市兴业银行大厦基坑位于五象新区云英路与宋厢路交汇处，周边有北投大厦项目在建，邻近有建京华广场项目在建，兴业银行基坑开挖已至京华广场项目基底不远处，京华广场项目基坑底标高为84.20m，高于本工程基坑底，支护深度约3.2m。 （2） 南宁市兴业银行大厦基坑支护结构形式 南宁市兴业银行大厦基坑支护深度约10.4~16.5m，根据表3-5对比分析，并结合南宁市兴业银行大厦基坑工程的特点，选择采用螺旋钻孔压灌桩加锚杆支护方案。 4、基坑工程监测 4.1 监测目的 在基坑施工过程中，对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻的构筑物进行全面、系统的监测，可使得基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面性的了解，在出现异常情况时及时反馈，以确保工程的顺利进行。 基坑支护工程是为主体结构地下部分的施工而采取的临时性措施。因基坑开挖涉及到基坑周边环境安全，支护结构除满足主体结构施工要求外，还应满足基坑周围环境要求。支护结构的设计与施工应把保护基坑周边环境安全放在重要地位。 4.2基坑变形控制标准 基坑的变形控制指标有：基坑的自由土体变形、构（建）筑物的承受能力、构（建）筑物的附加变形等，主要指标包括：①围护结构的侧向位移②地表下沉量及下沉速率③邻近构（建）筑物的沉降、测斜等。 基坑监测项目如下： 1、水平位移及围护墙（边坡）顶部水平兼竖向位移； 2、深层水平位移； 3、周边地表及建筑物竖向位移； 4、锚索内力； 5、地下水位； 基坑工程的监测项目与基坑工程设计、施工方案相匹配。基坑工程的监测项目应针对监测对象的关键部位（基坑长边中点），做到重点观测、项目配套并形成有效的、完整的监测系统。参照设计图纸（图名：南宁市兴业银行大厦基坑监测及地表地下水控制平面布置图，图号：TY-04） 4.3 基坑监测方案 4.3.1水平位移、竖向位移监测 1.水准基点 现场条件具备和工程进度到该阶段后，到现场确定水准基点的具体埋设位置，拟在现场设置稳定可靠基准点3个，基准点距离边坑线不应少于基坑开挖深度的2倍。 2.位移监测内容 （1）基坑顶水平、竖向位移监测。 根据委托方提供的设计图纸要求，该工程共布设21个基坑顶位移监测点（水平位移和竖向位移共用同一个点），埋设观测点详见检测图1。 （2）周边地表及建筑物竖向位移监测。 根据设计图纸要求，该工程基坑周边地表共埋设12个竖向位移监测点，埋设位置见检测图1。 3.监测方法 根据南宁市兴业银行大厦基坑工程实际情况，拟用全站仪采用视准线法结合极坐标法的综合测量方法完成水平位移监测工作。根据南宁市兴业银行大厦基坑工程设计要求，并对照《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2010，本工程水平位移监测精度为：监测点坐标中误差≤1.0mm。 竖向位移监测采用几何水准测量，各监测点和水准基点组成闭合环水准路线，观测精度为监测点测站高差中误差≤0.3mm。 支护的监测点，等施工条件满足，即浇注、固化后，开始进行埋设，强度达到后也即进行初始值观测。 各监测项目在基坑开挖前进行连续三次观测，取平均值作为初始值。 4.3.2支护桩深层水平位移（测斜） 根据设计图纸的要求需对基坑进行深层水平位移监测，该工程共布设5个支护桩深层水平位移监测点（测斜点），监测点位置布设在桩号为21（15米）、57（19米）、86（22.5米）、105（21.5米）、126（20.5米）的桩身。 桩身测斜孔埋设与支护桩施工同步，测斜管绑扎在桩身钢筋笼内，埋设深度与支护桩同深，各测斜管的埋设位置详见检测图1。 检测采用圆形测斜管，在测斜管埋设和监测期内，承建各方需加强对测斜管的保护，防止施工时破损测斜管，以及建筑垃圾或其它杂物掉入测斜管中，造成该点位报废或测试深度达不到要求。其测量原理如下图1：