天津?yàn)I海新區(qū)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

天津?yàn)I海新區(qū)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

1基坑和支護(hù)結(jié)構(gòu)該項(xiàng)目位于天津市濱海新區(qū)香螺灣，靠近天津市濱海。地基長(zhǎng)126m，寬99.3m，占地面積1.2萬(wàn)米，建筑面積220m。本工程地下室共三層,電梯坑最深處達(dá)到了22.68m,主樓部分基坑深度達(dá)到了16m,裙樓部分基坑深度為14.3m,本工程基坑支護(hù)的豎向支護(hù)結(jié)構(gòu)為三軸水泥攪拌樁+鉆孔灌注樁,三軸攪拌樁樁徑為850mm;鉆孔灌注樁樁徑為1100mm,并同時(shí)設(shè)計(jì)三道臨時(shí)鋼筋混凝土支撐,具體見(jiàn)圖1所示。2基地降水目標(biāo)2.1開(kāi)挖安全和周邊管線根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)要求,基坑須通過(guò)井點(diǎn)降水來(lái)提高土體的強(qiáng)度。合理的降水方案是確保本工程基坑開(kāi)挖安全和周邊管線、建筑物不受損壞的關(guān)鍵。因而本工程基坑疏干潛水的目的:(1)對(duì)基坑底部的土體進(jìn)行加固,達(dá)到提高土體承載力的目的,減少因承載力不足導(dǎo)致基坑底部隆起和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形,同時(shí)防止基坑外土體的過(guò)度沉降。(2)有利于邊坡穩(wěn)定,防止滑坡。(3)方便坑內(nèi)施工人員的挖掘作業(yè)。2.2地下地下含承壓水水層高度變化的支護(hù)根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,本工程基坑受承壓水的影響。因此,針對(duì)該工程需要合理布置基坑內(nèi)部和外部的降壓井?dāng)?shù)量、深度、抽水量,將地下含承壓水水層的高度降至安全的高度,以防止基坑出現(xiàn)突涌現(xiàn)象,確保基坑在土方開(kāi)挖和基礎(chǔ)底板施工過(guò)程中的穩(wěn)定性。3工程地質(zhì)特性該工程地貌單元屬第四系沖擊-海積平原?，F(xiàn)場(chǎng)地地勢(shì)較平坦,孔口高程介1.34-1.79M之間,根據(jù)該場(chǎng)地的勘測(cè)資料,在該項(xiàng)目埋深120m范圍內(nèi)基本分布規(guī)律為:1、人工填土層2、河床-河漫灘相沉積地層3、巨厚海相地層4、沼澤相沉積地層5、濱海-潮汐帶沉積地層6、淺海-濱海相沉積地層7、濱海-三角州相沉積地層。縱觀本場(chǎng)地120m深度范圍內(nèi)的地層,其工程地質(zhì)特性表現(xiàn)如下規(guī)律:垂向上巖性變化較大,黏性土與砂性土交互沉積;成因界限清晰;土層強(qiáng)度受成因控制明顯,總體自上而下強(qiáng)度變大,黏性土層越深土質(zhì)越硬,砂性土層越深土質(zhì)越密實(shí)。根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》,場(chǎng)區(qū)需要考慮的地下水分為潛水(埋深19.0m以上)和承壓水(埋深23.0～50.0m)兩個(gè)含水組。3.1地下水的補(bǔ)給源及水質(zhì)根據(jù)勘察結(jié)果,結(jié)合區(qū)域水質(zhì)資料,本場(chǎng)區(qū)淺部地下水屬潛水類型,場(chǎng)地東側(cè)臨近海河,海河河面高程約為0.36m,河水深約8.0m。河水和大氣降水為地下潛水的主要補(bǔ)給源。根據(jù)周?chē)匦渭爸脖磺闆r,大氣蒸發(fā)是地下水主要排泄方式。天津地區(qū)多年年平均降水量為600毫米左右。年降水量主要集中在7～9月份,占全年降水量的70%～80%,年高水位期出現(xiàn)在融凍期后的3～4月份,年最低水位期出現(xiàn)在10～12月份,年水位變幅值為0.5～1.0m。在勘察期間,測(cè)得本場(chǎng)地潛水穩(wěn)定水位埋深在1.4～1.9m左右,相應(yīng)水位標(biāo)高在-0.1～-0.2m左右;潛水初見(jiàn)水位埋深在1.5～2.0m左右,相應(yīng)水位標(biāo)高在-0.2～-0.3m左右。3.2地下水承壓水層水位動(dòng)態(tài)變化嚴(yán)重本場(chǎng)區(qū)承壓水含水組頂板埋深在23.0m左右,主要含水層由(9)1粉土層、(9)2粉砂層、(10)粉砂層、⑾粉砂層組成的承壓水含水層。承壓水水位動(dòng)態(tài)變化受大氣降水季節(jié)分配影響程度低于潛水。場(chǎng)區(qū)地下水承壓水層靜止水位埋深約為8.5m左右,相當(dāng)于大沽標(biāo)高-7.0m左右。抗浮設(shè)計(jì)水位由于勘察期間為全年的枯水季節(jié),結(jié)合勘察期間地下水位觀測(cè)成果,根據(jù)勘察期間所測(cè)地下水位及區(qū)域水文資料,基于50年設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),本場(chǎng)地地下水抗浮設(shè)計(jì)水位可按大沽高程1.20m考慮(并隨將來(lái)室外地坪抬高而提高)。4降壓井的選擇和降壓方案基坑底板抗突涌穩(wěn)定條件為在至承壓含水層頂板以上土重大于水壓力,按下式進(jìn)行承壓水位控制:其中,F為安全系數(shù),取1.1;h為開(kāi)挖深度(m);D為承壓水頭埋深值(m);為基坑底板至承壓含水層頂板間的土層重度的平均值,本工程取值18kN/m;為地下水的重度,10kN/m。以該地承壓含水層承壓水位較高值(承壓水位埋深為8.60m)考慮,當(dāng)開(kāi)挖深度到17.1m時(shí),開(kāi)始啟動(dòng)減壓井降壓。且只有主樓局部電梯坑區(qū)域需要降壓,最大降壓2.67m,其他區(qū)域不需要降壓。微承壓水降壓應(yīng)按照“按需降壓”的原則,根據(jù)微承壓水頭埋深的觀測(cè)結(jié)果確定降壓井的運(yùn)營(yíng),在確保上覆土重滿足微承壓水突涌穩(wěn)定性要求的條件下,結(jié)合土方分層開(kāi)挖逐漸降低微承壓水水頭高度。5降壓井的布置由于基坑面積近一萬(wàn)平方米,本地區(qū)承壓含水層單井影響半徑在50m以上,所以在基坑四周布置10口減壓井,完全可以滿足基坑承壓水的降壓需求。減壓井井深32.0m,減壓井孔徑600mm,井管采用ue000273/6mm鋼管,濾水管范圍內(nèi)回填2～4mm石屑濾料,含水層部位采用橋式過(guò)濾器外包2層40目尼龍網(wǎng),井口用粘土封填防止地表水流入。6基坑降水井及井段為基坑順利開(kāi)挖,需降低開(kāi)挖深度內(nèi)的土體含水量,需疏干的層位包括(1),(3)層潛水。疏干井?dāng)?shù)量按下式計(jì)算:其中,n為井?dāng)?shù);A為需疏干面積;n#為單井有效疏干面積,以粉質(zhì)粘土為主的潛水含水層中,單井有效疏干面積本次取145m?；咏邓畢^(qū)面積為1萬(wàn)m,單井有效疏干面積取300m,所以布置69口疏干井。其中21m無(wú)砂管井24口;23m無(wú)砂管井17口;21m鋼管井8口;23m鋼管井10口;24m鋼管井10口。井管500mm,井徑800mm。無(wú)砂混凝土井管濾料宜采用4～6mm左右中粗砂或無(wú)粉碎石屑,濾料厚度宜大于150mm。同時(shí)坑外還設(shè)置水位觀測(cè)井,共24口。其中,觀測(cè)井為19口,井管500mm,井徑800mm,無(wú)砂管井,深16m;承壓觀測(cè)井為5口,Φ273鋼管,井深32m。成井要求同降水井。土方開(kāi)挖前提前兩周左右開(kāi)始降水,坑內(nèi)地下水位降至坑底以下0.8～1.0m左右可開(kāi)挖第一道支撐以下土方。具體布置如圖2所示。7主要機(jī)械設(shè)備的選用根據(jù)施工順序、設(shè)計(jì)工程量及現(xiàn)場(chǎng)用水、用電量等因素綜合考慮本工程計(jì)劃進(jìn)5套鉆機(jī),本工程的主要機(jī)械設(shè)備配備見(jiàn)表1。成孔施工機(jī)械設(shè)備選用M200-Ⅰ型工程鉆機(jī)及其配套設(shè)備。采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)泥漿護(hù)壁的成孔工藝及下井壁管、濾水管,圍填填礫、粘性土、止水等成井工藝,成井工藝流程如下:7.1返回降水井根據(jù)降水井平面位置布置圖放置降水井,如有降水井位置受到施工條件的影響不能按照特定位置設(shè)置時(shí),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可做一定的調(diào)整。7.2固定的護(hù)口管護(hù)口管管底應(yīng)伸入原狀土層中,為防止在施工過(guò)程中出現(xiàn)返漿現(xiàn)象,管外壁應(yīng)用粘性土封嚴(yán),護(hù)口管的頂部應(yīng)高出自然地面0.10m～0.30m。7.3安裝挖掘機(jī)機(jī)臺(tái)應(yīng)水平安裝,同時(shí)保證有足夠的穩(wěn)定性,保證大鉤、轉(zhuǎn)盤(pán)與孔的中心三者在同一條直線上。7.4地層鉆孔施工真空疏干井的開(kāi)孔孔徑為φ800mm、降壓井的開(kāi)孔孔徑為φ600mm。鉆井在開(kāi)孔的過(guò)程中,應(yīng)該時(shí)刻保證大鉤鋼絲繩是吊緊的,且轉(zhuǎn)盤(pán)要輕壓慢轉(zhuǎn),保證在井的垂直度,鉆孔的孔斜不超過(guò)1%,孔壁要圓整光滑,采用孔內(nèi)自然造漿的方法成孔,在鉆孔過(guò)程中要控制泥漿的密度在1.10-1.15,當(dāng)機(jī)械停止工作或者提升鉆井設(shè)備時(shí),為防止孔洞坍塌,必須使得孔洞內(nèi)充滿泥漿。7.5調(diào)整灌漿密度在整個(gè)施工過(guò)程中,孔洞的清孔換漿工序是保證排水井質(zhì)量的關(guān)鍵工序,為了保證在在鉆入含水層部位時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)厚的泥皮,當(dāng)鉆機(jī)鉆至含水層頂部位置處,開(kāi)始自上而下加入清水調(diào)整泥漿的密度。當(dāng)鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,在提鉆前將鉆桿提至離孔底0.50m,進(jìn)行沖孔,清除孔內(nèi)雜物,同時(shí)將孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)至1.05,孔底沉淤小于30cm,返出的泥漿內(nèi)不含泥砂為止。第一次清孔換漿是成井質(zhì)量得以保證的關(guān)鍵,它將直接影響成井質(zhì)量,因此施工時(shí)清孔換漿工作沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的要求絕不允許進(jìn)入下一道工序的施工。7.6濾管、管口的安裝管子進(jìn)場(chǎng)后,應(yīng)檢查過(guò)濾器的縫隙是否符合設(shè)計(jì)要求。下管前必須測(cè)量孔深,孔深符合設(shè)計(jì)要求后,開(kāi)始下井管。井管應(yīng)平穩(wěn)入孔,每節(jié)井管的兩端口要找平,焊接時(shí)二節(jié)井管應(yīng)用經(jīng)緯儀從成90°端二個(gè)方向找直,并有二人對(duì)稱焊接,確保焊接垂直,完整無(wú)隙,保證焊接強(qiáng)度,以免脫落。下管時(shí)在濾水管上下兩端各設(shè)一套直徑小于孔徑5cm的扶正器(找正器),以保證濾水管能居中,下到設(shè)計(jì)深度后,井口固定居中。下井管過(guò)程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,不得中途停止,如因機(jī)械故障等原因造成孔內(nèi)坍塌或沉淀過(guò)厚,應(yīng)將井管重新拔出,掃孔、清孔后重新下入,嚴(yán)禁將井管強(qiáng)行插入坍塌孔底。7.7孔內(nèi)微漿調(diào)漿填濾料前在井管內(nèi)下入鉆桿至離孔底0.30m～0.50m,井管上口應(yīng)加悶頭密封后,從鉆桿內(nèi)泵送泥漿進(jìn)行邊沖孔邊逐步調(diào)漿使孔內(nèi)的泥漿從濾水管內(nèi)向外由井管與孔壁的環(huán)狀間隙內(nèi)返漿,使孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)到1.05,然后開(kāi)小泵量按前述井的構(gòu)造設(shè)計(jì)要求填入濾料,并隨填隨測(cè)填濾料的高度。直至濾料下入預(yù)定位置為止。7.8回填部位按井結(jié)構(gòu)確定各井在濾料的圍填面以上均回填粘性土,回填時(shí),為防止產(chǎn)生“架橋”現(xiàn)象,回填前需將塊狀的粘性土碾碎(粒徑小于3cm為宜)后填入,下入速度不宜太快,沿著井管周?chē)俜怕碌幕靥?回填部位按井結(jié)構(gòu)圖的要求。當(dāng)土方開(kāi)挖到支撐面停挖后,根據(jù)需要可將井管四周的濾料清出并回填粘性土密實(shí),深度為支撐面以下0.5m。7.9封鎖噴泉為防止泥漿及地表污水從管外流入井內(nèi),在地表以下回填2.00m厚粘性土止水,或采用水泥漿封孔。7.10集中洗井,控制管出孔口在提出鉆桿前利用井管內(nèi)的鉆桿接上空壓機(jī)先進(jìn)行空壓機(jī)抽水洗井,待井能出水后提出鉆桿再用活塞洗井,活塞必須從濾水管下部向上拉,將水拉出孔口,對(duì)出水量很少的井可將活塞在過(guò)濾器部位上下竄動(dòng),沖擊孔壁泥皮,此時(shí)應(yīng)向井內(nèi)邊注水邊拉活塞。當(dāng)活塞拉出的水基本不含泥砂后,可換用空壓機(jī)抽水洗井,吹出管底沉淤。洗井應(yīng)在下完井管、填好濾料后立即進(jìn)行,一氣呵成,以免時(shí)間過(guò)長(zhǎng),護(hù)壁泥皮逐漸老化,難以破壞,影響滲水效果。絕不允許擱置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或完成鉆探后集中洗井。洗井沖除塵渣,直到井管內(nèi)排出的水由渾變清,達(dá)到正常出水量為止。7.11電纜與管道系統(tǒng)成井施工結(jié)束后,在降水井內(nèi)及時(shí)下入潛水泵與接真空管、排設(shè)排水管道、地面真空泵安裝、出水口水表安裝、鋪設(shè)電纜等,電纜與管道系統(tǒng)在設(shè)置時(shí)應(yīng)注意避免在抽水過(guò)程中被挖土機(jī)、吊車(chē)等碾壓、碰撞損壞,因此,現(xiàn)場(chǎng)要在這些設(shè)備上進(jìn)行標(biāo)識(shí)。抽水與排水系統(tǒng)安裝完畢,即可開(kāi)始試抽水。先采用真空泵與潛水泵交替抽水,真空抽水時(shí)管路系統(tǒng)內(nèi)的真空度不宜小于-0.04MPa,以確保真空抽水的效果。7.12排水洗井及降水運(yùn)行時(shí)應(yīng)用管道將水排至場(chǎng)地四周的明渠內(nèi),通過(guò)排水渠將水排入場(chǎng)外市政管道中。8技術(shù)處理措施8.1底冒水、涌砂8.1.1勘探孔未進(jìn)行封孔處理或處理不當(dāng),造成深部承壓水向坑底冒水、