杭州地区钱塘江边特大基坑工程围护技术研究
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摘要
基坑工程是一个古老而具时代特点的岩土工程课题,针对不同的地质条件进行合理的围护方案设计是目前专家和学者正在研究的课题。钱塘江边建设高楼大厦是最近几年的事,涉及钱塘江边砂性土地质条件的深基坑围护工程设计施工案例较少,虽然有一些工程实践,但工程规模均不大,且设计与施工中尚存在不少问题,还没有在理论与实践上进行过深入探索。结合该区域具有代表性的华润新鸿基综合项目的深基坑工程围护技术研究非常有必要。
本文结合前人研究的一些成果,针对华润新鸿基综合项目基坑平面尺寸超大、开挖深度超深的特殊情况,对可能采用的各种围护形式在技术经济上进行了分析比较,重点分析了钻孔灌注桩复合土钉支护结构及“中心岛”施工方法;通过研究基坑的地下水渗流理论,对深基坑工程降水止水方案的选择、坑内及坑外的降水深度、深井或井点的布设等提出一套比较可行的方案;根据基坑的环境要求,对止水帷幕进行优化设计,利用有限元法分析降水引起的地表沉降,并进行环境评估;结合基坑工程的现场测试资料,对复合支护结构的受力性状进行了分析,并对地下水的处理效果进行了评估。
研究表明:在粉性土地基上,对开挖深度在10m左右的基坑,当场地条件紧张,不具备放坡空间或基坑变形有严格要求时,可采用钻孔灌注桩复合土钉支护措施。采用该方案,既能确保基坑的稳定,有效控制基坑的变形,由于不设内支撑,故又大大方便了挖土施工,加快了工期;对超深、超大基坑,采用复合型的支护结构结合“中心岛”施工方法,可在不影响建设工期的基础上,将整个基坑分块实施,提高支护体系的整体安全度,方便施工,同时降低围护造价;对粉性土地基上的超深基坑而言,设置止水帷幕是必要的;与其它帷幕形式相比,连续套打的三轴水泥搅拌桩是经济有效的止水帷幕形式;对超大、超深基坑的砂性土基坑,采用自流深井降水经济有效、合理可行。
The foundation trench project is an old and contemporary soil and rock engineering subject, which many experts and researchers have been conducting research on the reasonable trench protection schemes for the specific geological conditions. Only in recent years, the construction of high-rise building on the sandy soil along the Qiantang River has been started. Although there have some small-scale engineering practices in this area, many problems exist in the trench protection design and construction. In addition, no extensive exploration have been made on the relationship between the theory and the practice. Therefore, it is necessary to make technical research on the large and deep foundation trench protection means along the Qiantang River according to the specific geological conditions of the representative project-CHINA RESOURCES SUN HUNG KAI PROPERTIES.
In this paper, in accordance with the research results of other experts and scholars, analysis and comparison was made on the possible trench protection schemes based on the trench protection dimension and depth of the representative project. Great attention was given to the structure of the drilled and poured pile plus compound soil nail and the construction method of "central island" during the research process. The feasible scheme of the water-level reduction scheme, the reduction depth inside and outside the trench as well as the layout of deep well or well-point system were put forward in conformity with the trench seepage theory. The optimum water-tight curtain design, the surface settlement caused by water-level reduction using the limit-element calculation method and the environmental impact evaluation were made based on the trench environmental requirements. Analysis was made on the force bearing features of the compound protection structure and the underground water treatment was evaluated according to the project site testing and monitoring.
It was stated that the drilled and poured pile plus compound soil nail protection system is feasible when the project site is spaciously limited to have a sloping, the trench deformation is strictly required and the excavation depth is around 10 meters in the sandy soil ground. The aforesaid scheme could ensure the foundation trench stability, effectively control the trench deformation, excavate easily and shorten the construction period without the inner supporting system. For the extra deep and large foundation trench, the application of the compound protection and supporting system could construct the trench in step without affecting the construction period, improve the whole system safety, reduce the trench protection cost, and easy for the construction process. In addition, it is necessary to arrange water-tight curtain for the extra-deep trench in the sandy soil foundation. Compared with other type of curtains, the continuously overlapped casting tri-axial cement mixing pile is the most economic and efficient water-tight form. For the extra large and deep trench in the sandy soil foundation, the gravity deep well is one of the reasonable and economic way to reduce underground water level.
本文结合前人研究的一些成果,针对华润新鸿基综合项目基坑平面尺寸超大、开挖深度超深的特殊情况,对可能采用的各种围护形式在技术经济上进行了分析比较,重点分析了钻孔灌注桩复合土钉支护结构及“中心岛”施工方法;通过研究基坑的地下水渗流理论,对深基坑工程降水止水方案的选择、坑内及坑外的降水深度、深井或井点的布设等提出一套比较可行的方案;根据基坑的环境要求,对止水帷幕进行优化设计,利用有限元法分析降水引起的地表沉降,并进行环境评估;结合基坑工程的现场测试资料,对复合支护结构的受力性状进行了分析,并对地下水的处理效果进行了评估。
研究表明:在粉性土地基上,对开挖深度在10m左右的基坑,当场地条件紧张,不具备放坡空间或基坑变形有严格要求时,可采用钻孔灌注桩复合土钉支护措施。采用该方案,既能确保基坑的稳定,有效控制基坑的变形,由于不设内支撑,故又大大方便了挖土施工,加快了工期;对超深、超大基坑,采用复合型的支护结构结合“中心岛”施工方法,可在不影响建设工期的基础上,将整个基坑分块实施,提高支护体系的整体安全度,方便施工,同时降低围护造价;对粉性土地基上的超深基坑而言,设置止水帷幕是必要的;与其它帷幕形式相比,连续套打的三轴水泥搅拌桩是经济有效的止水帷幕形式;对超大、超深基坑的砂性土基坑,采用自流深井降水经济有效、合理可行。
The foundation trench project is an old and contemporary soil and rock engineering subject, which many experts and researchers have been conducting research on the reasonable trench protection schemes for the specific geological conditions. Only in recent years, the construction of high-rise building on the sandy soil along the Qiantang River has been started. Although there have some small-scale engineering practices in this area, many problems exist in the trench protection design and construction. In addition, no extensive exploration have been made on the relationship between the theory and the practice. Therefore, it is necessary to make technical research on the large and deep foundation trench protection means along the Qiantang River according to the specific geological conditions of the representative project-CHINA RESOURCES SUN HUNG KAI PROPERTIES.
In this paper, in accordance with the research results of other experts and scholars, analysis and comparison was made on the possible trench protection schemes based on the trench protection dimension and depth of the representative project. Great attention was given to the structure of the drilled and poured pile plus compound soil nail and the construction method of "central island" during the research process. The feasible scheme of the water-level reduction scheme, the reduction depth inside and outside the trench as well as the layout of deep well or well-point system were put forward in conformity with the trench seepage theory. The optimum water-tight curtain design, the surface settlement caused by water-level reduction using the limit-element calculation method and the environmental impact evaluation were made based on the trench environmental requirements. Analysis was made on the force bearing features of the compound protection structure and the underground water treatment was evaluated according to the project site testing and monitoring.
It was stated that the drilled and poured pile plus compound soil nail protection system is feasible when the project site is spaciously limited to have a sloping, the trench deformation is strictly required and the excavation depth is around 10 meters in the sandy soil ground. The aforesaid scheme could ensure the foundation trench stability, effectively control the trench deformation, excavate easily and shorten the construction period without the inner supporting system. For the extra deep and large foundation trench, the application of the compound protection and supporting system could construct the trench in step without affecting the construction period, improve the whole system safety, reduce the trench protection cost, and easy for the construction process. In addition, it is necessary to arrange water-tight curtain for the extra-deep trench in the sandy soil foundation. Compared with other type of curtains, the continuously overlapped casting tri-axial cement mixing pile is the most economic and efficient water-tight form. For the extra large and deep trench in the sandy soil foundation, the gravity deep well is one of the reasonable and economic way to reduce underground water level.
引文
[1]赵志缙、赵帆深基坑工程技术的进步与展望北京:建筑技术,2003
[2]Bierrum L,Eide O.(1956).Stability ofSturtted Exeavations in Clay Geoetehnique,Vol.6,NO.1:32-47
[3]Terzaghi,K Peek R B.Soil Mechanics in Engineering Practice,2~(nd)ed,JohnWiley&Sons.Inc,NewYork,1967:729
[4]K Peek R B,Deep Excavations and Tunneling in Soft Gorud.7~(th)ICSMFE,Stare-of-the-Art Volume,1969:22-290
[5]Thomas.Ground Movement caused by Braced Excavation.ASCE,vol..07,GT9,1981
[6]Kai S.wong.Lateral W all Deflections of Braced Excavations In clay.ASCE,Vol.115,NO.6,1989
[7]龚晓南 深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998
[8]龚晓南 基坑工程发展中应重视的几个问题 北京:岩土工程学报 2006年11月
[9]谢康和,柳崇敏,应宏伟,杨伟 成层土中基坑开挖降水引起的地表沉降分析 浙江大学学报(工学版)2002年5月
[10]陈锦剑,范巍,王建华 深基坑坑外降水引起土体沉降的有限元分析北京:岩土工程学报 2006年11月
[11]金小荣,俞建霖,龚晓南,祝哨晨,邓超 基坑降水引起沉降计算初探《工业建筑》增刊,第三届基坑工程学术讨论会沦文 2004年
[12]孙强,李厚恩,秦四清,杨继红,张晓科 地下水引起的基坑破坏分析北京:岩土工程学报 2006年11月
[13]吴林高 工程降水设计施工与基坑渗流理论[M]北京:人民交通出版社出版 2003年9月第一版
[14]章杨松,李俊才,董平 止水帷幕深度对控制周围地面沉降的影响研究北京:建筑技术2006年12月
[15]林伊方,高庆新,徐志恒,沈汉桦,张军 大风栖花园基坑支护设计的剖析与思考 工程建设实践与研究 北京:中国建筑工业出版社 2002年12月
[16]袁国焕,郭文军,华锦耀 开元名都大酒店工程深基坑复合支护实例工程建设实践与研究 北京:中国建筑工业出版社 2002年12月
[17]胡一心,张勇利群大厦深基坑施工技术处理 工程建设实践与研究北京:中国建筑工业出版社 2002年12月
[18]马其彬,周建华,骆宇亭 深基坑围护中喷锚技术应用的问题探讨工程建设实践与研究 北京:中国建筑工业出版社 2002年12月
[19]林旭武,张洁,金三爱 深基坑围护桩最大间距分析 北京:建筑技术 2006年12月 第37卷第12期
[20]应宏伟,初振环,李冰河,刘兴旺 双排桩支护结构的工程应用及优化设计 北京:建筑技术 2006年12月 第37卷第12期
[21]黄锡刚,金澜,陈炜 咬合桩支护技术在钱江路地下通道工程中的应用施工技术 2006年6月
[22]段建立,谭跃虎,樊有维 玄武湖隧道工程基坑支护技术 《工业建筑》增刊 第三届基坑王程学术讨论会论文 2004年
[23]张志山,张义东,李和山,查振衡 润扬长江大桥深基坑高压旋喷桩防滲墙 第八届全国地基处理学术讨论会论文集 2006年
[24]王步云,高顺峰 土钉技术在边坡稳定中的应用 山西:煤矿设计,1990年10期
[25]秦四清 深基坑工程优化设计[M]北京:地震出版社,1998
[26]谢康和,周健岩土工程有限元分析理论与应用[M]科学出版社,2002,5
[27]杨光华 深基坑支护结构的实用计算方法及其应用[M]北京:地质出版社,2004
[28]姜清华,颜克诚,蔡枫浅谈基坑降水发展及优化设计 北京:中国水运,2003年12月
[29]滕凯 关于地下水位动态预测模型的进一步研究 中国农村水利水电,2004年4月
[30]虎维岳 地下水疏干井群优化设计的遗传算法 煤田地质与勘探 1999年
[31]王德强,曹淑敏,郑玉华 高压旋喷止水帷幕在深基坑支护工程中的应用北京:建筑技术,2007年2月
[32]袁辉 高压旋喷机在复杂深基坑止水围扩中的应用 北京:煤炭科学技术2005年12月
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