深基坑施工技术应用探究

更新时间:2023-12-25 作者:用户投稿原创标记本站原创

高水位、深基坑施工的影响因素很多,施工工艺复杂,安全隐患多。技术、工艺、施工机具的选择都是重中之重。本文中所述项目从设计及基坑施工完毕进展顺利,没有出现大的隐患,特在此介绍以兹同行指教。

一、 工程概况

诺富特宜必思酒店坐落于阿布扎比海边,位于穆萨法S25区C38和C39地块。本工程由同一基础的两座塔楼构成,总建筑面积25000㎡,总高度26层,地下4层,两塔楼共享地下室及裙楼。项目基坑大小约为40×50m,内部深度16.5m,局部部深度18.5m。项目基础设计为桩基础,除塔楼底部外满布长度约为8m的摩擦抗拉桩以防止基础拉裂。

二、 工程地质水文条件

项目地处海边,距海岸线不足15m,地下水位距地表1.0m到2.1m不等,土壤构成自上而下为粉砂、粘土砂、不良级配粉砂、泥岩,具体如图所示:

三、 项目主要困难

1 基坑深16.5m深4层地下室,混凝土护坡桩顶端荷载虽然无永久性荷载但是依然很大,原设计护坡桩直径1.2m,经反复验算降为0.9m,护坡桩长度入坑底1.5m,护坡桩长度20m。
2 基础基坑较大(40×50m),中间采用钢顶撑绕度大不便于施工。故采用多层桩-锚支护结构作为支护体系,锚头处采用3道结合UC钢梁拉结。
3 底下水位高,坑底的水压尤其较高,采用重型井点降水。四周每侧护坡桩内预留2个备用井点。基坑内部采用4个井点,基坑底部留纵横各两道深度1.5m的永久性内填砾石排水沟,将内部与护坡桩上的备用井点相连。实践证明,由于基底的泥岩闭水性较好,护坡桩上的备用井点只在基础底板施工完到基础结构完成前偶尔使用,除此之外的其他时间并未使用。
本工程相当于建在水中的建筑物,锚杆施工防止流浆,降低锚杆强度以及带水施工困难、钻孔机器选择都有很大的难度。护坡桩施工过程中施工质量也很重要,否则漏水甚至部分漏水地区的水压过高放水材料不能解决问题时,只能采用引导管导流到上述的排水沟中。
4 土方开挖
降水到20天时间段以后才能适合土方开挖,否则土壤含水量过高。另外由于基坑护坡施工UC横梁较重,需要作业面。所以土方开挖分层施工,运输坡道需多次倒转位置以便锚杆交圈,最后土方需要专用长臂机械转出基坑。
5 周边观测
为防止降水引起的地表沉降或护坡桩变形引起的土层变化,需注意地表沉降情况,观测地表裂缝扩展情况。如有重大险情,启动应急预案。减少边坡上的压力,严格控制大荷载施工机具到边坡上作业。

四、支撑体系计算

1 支撑体系概述
该支撑体系采用多层桩-锚支护结构。桩为直径900mm的咬合桩,咬合桩中心距离800mm,桩底标高-20m,安全开挖深度16.5m;锚头的水平标高在源于:论文要求www.808so.com
-2.5m、-7.25m和-11.5m。支撑体系设计参数来源于Mrs\ Arab Center的岩土报告,并采用ReWarD v2.5 Rel. 9计算机程序验算;同时,设计中考虑桩墙后地面超载为20kN/m2。
2 受力模型
根据开挖施工方案、预应力锚施工的位置、地下水文情况,受力分析过程被分为4个阶段。采用“British Standard 8002”标准计算,土压力系数类型是“Kerisel & Absi”,受力模型示意图如下所示:
第1阶段第2阶段第3阶段第4阶段
3 计算结果
3.1咬合桩配筋验算
咬合桩分别在第2阶段承受最大弯矩804kN•m,在第1阶段承受最大剪力318kN;根据“British Standard 8110”标准验算,咬合桩配筋12 Φ 32,Φ10 @150mm(钢筋Fcu=40 N/mm²、 Fy=460 N/mm²)满足要求。
3.2 预应力锚验算
现以-2.5m标高处的预应力锚为例,依次简述预应力锚的钢绞线选型、锚固长度、锚头承载力、模的伸缩变形的计算过程,预应力张拉采用特殊的张拉和锁定装置,锁定力约为张拉力的80%。
1)钢绞线选型:根据FIP规范,ASTMA416 GRADE 270预应力钢绞线每股可承受的拉力为162.75kN(钢绞线型号: 1524/1860 N/mm²),由于每间距3.2m内所需的锚固力为745kN,所以选用5股此规格的钢绞线可满足要求;
2)锚固长度:安全系数选为1.5,那么极限锚固力为11N,锚固端选用摩擦锚固,摩擦系数为σ=1.0mN/m²;锚固长度计算公式为l0=Pu/(n×C×σ),其中Pu为极限锚固力,n,C分别为钢绞线股数和周长;计算得到l0=4.6m,取锚固长度为5m,满足要求;
3)锚头承载力:锚头张拉力930kN,依据G.S Little John理论,密砂砂石之间的摩擦系数在350 ~1000 kN/m²之间,此处选取500 kN/m²;依公式计算可知5个直径200m的锚头承载力为1570kN,满足要求;
4)模的伸缩变形:锚最大承受拉力为930kN,依据弹性理论,钢绞线弹性伸长量为61.5mm;
将不同标高预应力锚的计算结果汇总于下表:

3.3UC钢梁验算
采用UC钢梁拉结定位模具,如下图所示:

将UC钢梁的受力及经过计算后选定截面列表如下:

五、结论
本文结合作者在国外的实际工程的经验,总结了该工程深基坑开挖过程中的困难,简述了基坑支护结构计算过程。该项目已完工,从实际效果看,该项目采用的深基坑开挖方法以及支护体系是可行的。
锚杆拉拔试验数据上看第一层锚杆效果较好,是由于锚杆端部在地下水位之上,施工过程中流失水泥浆较少,保证了锚杆长度。第三层锚杆效果也较好,是由于锚杆端部处于泥岩层,锚杆端部与泥岩嵌固较容易。第二层理论设计需要每根拉力较大,同时由于存在施工误差、施工过程中施工工艺和施工工具的限制,导致锚杆端部水泥浆流失严重,在拉拔时有约10%的锚杆不能带到设计强度就遭到破坏。采用的补救办法是在附近的桩上增加补做预应力锚,实践证明可以达到设计承载力的要求。
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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