地下连续墙边坡支护.docx

1、地下连续墙边坡支护中华人民共和国国家大剧院深基坑降水、土方挖运、边坡支护施工方案1、 前言1.1工程概况国家大剧院是国家重点工程，拟建场地位于北京市西城区西长安街南街人民大会堂西路西侧，为一多功能特大型公共建筑，由椭圆穹形结构的主体建筑国家大剧院及南北两侧的地下票务大厅、地下停车库及商业区组成，总建筑面积为10万平方米，地下面积3.5万平方米，接待面积为2.9万平方米。其中，主体结构东西轴长216m，南北轴长146m，结构基础埋深分别为-22.0m、-28.6m和-41.0m，本工程0.00=46.00m，室外自然地坪标高在46.0m左右。拟建场区总平面图详见图(一)。1.2工程地质及水文地质

2、概况1.2.1工程地质概况根据业主提供的场区岩土工程勘察报告，拟建场区地层性状下：1.2.1.1地形及地物概况拟建场区大部分区域地形平坦，地面标高在46.00m左右，在场区的北端、靠近已废弃的建筑基坑处，地形有明显的高低变化。局部需做回填处理。我方1月上旬勘察现场时，现场原有建筑物尚未拆完。1.2.1.2地层土质概述见下表。地层主要岩性特征一览表地层类别地层序号亚层序号岩 性颜 色湿 度压 缩 性层顶标高(m)人工堆积层1房渣土、碎石填土杂稍湿湿饱和/449646.74(局部40.18)1粉质粘土填土、粘质粉土填土黄褐湿饱和/新近沉积层2砂质粉土、粘质粉土褐黄(暗)黄褐湿饱和低中低37.184

3、0.291含有机质粘土、重粉质粘土灰黑褐湿饱和中高高2粉砂、细砂褐黄(暗)黄褐湿低第四纪沉积层3卵石、圆砾杂湿饱和低33.7335.741中砂、细砂褐黄稍湿湿低中低4粉质粘土、重粉质粘土褐黄湿饱和低中低28.1630.491粘质粉土、砂质粉土褐黄湿饱和低2粘土、重粉质粘土褐黄湿饱和中低低5卵石、圆砾杂饱和低22.2825.461细砂、中砂褐黄饱和低2重粉质粘土、粘土褐黄湿饱和中中低3粉质粘土、粘质粉土褐黄湿饱和低6粉质粘土、粘质粉土褐黄湿饱和低6.419.091砂质粉土褐黄湿饱和低2粘土、重粉质粘土褐黄棕湿饱和低3粉砂、细砂褐黄饱和低7卵石杂饱和低0.741.691细砂、粉砂褐黄饱和低2粘质粉

4、土、粉质粘土褐黄湿饱和低1.2.2拟建场区的地下水条件本阶段勘察期间(1999年11月中旬12月上旬)，量测的地下水静止水位类型、埋深见下表。水层序号地下水类型静上水位(测压水头)测量时间埋深(m)标高(m)1上层滞水3.705.4040.4942.941999.11.1011.302层间潜水9.9016.5029.7130.993承压水12.6019.3026.5928.86地下水水质的腐蚀性评价:场区内第1、2、3层地下水水质对混凝土结构均无腐蚀性，但在干湿交替环境下均对钢筋砼结构中的钢筋具有弱腐蚀性。详见北京市勘察设计研究院提供的岩土工程勘察报告。1.3基础施工概况拟建工程0.00=46

5、.00m，基础埋深分-7.0m、-8.0m、-11.0m、-17.0m、-22.0m、-26.0m、-28.6m、-41.0m(不含基础底板与垫层厚)，包括底板与垫层厚度后，基础埋深分别为-8.2m、-9.2m、-12.2m、-18.2m、-27.2m、-31.2m、-33.8m、-43.2m。为了方便大型钢屋架的整体安装工作，将南区做为前期施工利用场区，先对北区与中心区进行降水、分层开挖以及支护工作。由于中心区基坑超深，承压水头高，水位降至槽底标高难度很大。通过对多种方案的技术经济综合比较，我方认为采用浅层降水、深层用地下连续墙做止水帷幕，及支护体系，上部无水区采用土钉墙支护的方法是最为快速

6、安全、最经济可行的。方案设计如下：疏干上部潜水，降低第一层承压水水头；在中心区周边-17.0m标高以下，作一圈封闭的地下连续墙止水帷幕；地下连续墙内浅基坑（-27.2-33.8m）处采用护坡桩（排桩）支护，深基坑（-43.2m）采用地下连续墙作支护(止水帷幕)。中心区钢屋架安装完毕后，再进行南区剩余部分的基坑降水、土方开挖、边坡支护工作。1.4编制依据1.4.1业主提供的招标文件。1.4.2根据北京市勘察设计研究院99年12月10日提供的岩土工程勘察报告。1.4.3 法国巴黎机场公司(ADP)提供的相关建筑设计平面、剖面图。1.4.4 业主提供的招标答疑和补充文件之一。1.4.5 有关施工规范

7、及规程1.4.5.1 建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99 )。1.4.5.2 基坑降水技术规范（补充）1.4.5.2 钢筋焊接及验收规程（JGJ18-96）。1.4.5.3 地基与基础工程施工及验收规范（GBJ202-83）。1.4.5.4 建筑机械使用安全技术规程（JGJ33-96）。1.4.5.5 建筑地基基础设计规范(GBJ11-89)。1.4.5.6 建筑桩基技术规范(JGJ94-94)。1.4.5.7 施工现场临时用电技术规范（JGJ46-88）。1.4.5.8北京市建筑施工现场安全防护基本标准（91）京建施字第124号。1.4.5.9北京市建设工程现场管理基本标准（91）京建

8、施字第125号。1.4.5.10北京市建设工程现场管理环境保护工作基本标准（91）京建施字第126号。1.4.5.11北京市建设工程施工现场保卫工作基本标准（91）京建施字127号。1.4.6 本公司贯标质量标准，管理制度。2、深基坑降水设计该工程施工面积大，承压水厚度大，水量丰富，主体部位基础埋深超深，因此，降水的成败关系到基坑支护的成败。经我公司专家多次论证，认为该工程南区和北区的降水采用四周布设抽渗结合井可达到支护施工要求；中心区采用浅层降水，深层用地下连续墙做止水帷幕，兼做支护体系。降水井情况一览表编 号类 型 名 称孔径(mm)井 深(m)井 距(m)打井面标高(m)井 底标高(m)

9、过滤器顶标高(m)过滤器长度(m)数量(眼)置泵类型(m3/h)类型1周边抽渗结合井(回灌井)60026.07.5自然地面-26.0-23.02.017012类型2中心区周边降水井60030.07.5自然地面-30.0-27.02.08456类型3北区渗井60020.025.016现有地坪-27.0-24.02.018类型4中心区内疏干井60036.0见图自然地坪-36.0-33.02.02220类型5台仓区周边减压井60035.06.4-17.0-52.0-46.04.0165080类型6台仓区疏干降水井60013.0见图-30.0-45.0-42.02.042050类型7观测井20019见

10、图-11.0-30-26420类型8中心区PVC自渗井20024自然地面-3020说明：1、采用砾石砼井管，外径400mm，内径300mm。(考虑台仓减压井的重要性，为防止开挖时井管损坏，井管采用内径300mm的钢管井，在-49.0m以下设4.0m长钢管滤管。)2、滤料采用26mm的粒豆石。3、中心区疏干井在连续墙合拢前下56t/h的潜水泵，在疏干坑内存水时下20t/h的潜水泵。4、降水井共计321眼。5、观测井距连续墙外皮10m，每隔5个降水井设一个观测井，共20眼。6、中心区内部和其余部位的渗井，抽渗结合井可兼做水位观测井。2.1 北区、南区浅基坑降水设计 疏干上层滞水与层间潜水，降低第一

11、层承压水水头。 南区与北区基坑较浅，主要为上层滞水与上层潜水，水量不大，按降深至-13.0m计算时，基坑涌水量约为4000m3/d，为疏干上层水，根据我公司在该地区的施工经验，可在基坑四周布设抽渗结合井，井距7.5m，井深26m(井底标高-26m)，共约170眼。在主体结构基坑降水期间，这些抽渗结合井主要用做回灌井，为了增强自渗及回灌效果，可在-24m下加一节长2m的钢筋网过滤器井管。北区跨度较大，为了加快和保证降水效果，在北区中部沿东西方向布两排自渗井，排向井距16m共18眼井，井底标高及构造详见“降水井情况一览表”。 抽渗结合井既保护地下水资源，又可减轻周围市政排水管道的排水压力。根据我们

12、以往对同类工程进行的施工监测，所抽出的是低压缩性土层卵石层中的空隙水，只要严格控制井管过滤管的质量，不带出较多泥砂，一般不会对周围建筑物造成有影响的不均匀沉降。由于该工程地理位置的重要性，采取回灌措施后，更有利于控制不均匀沉降，有利于保障四周建筑物的安全。2.2 中心区降水设计 施工地下连续墙，形成一个完整的阻水结构。中心区降水设计参数： 中心区降水面积：F=Rr+1664=116.580.5+1024=30486m2 降水深度：S=30.45-264.45m 平均渗透系数：K=(1001.53+0.12.92)/4.45=34.45m/d2.2.1 井点布置2.2.1.1 井点类型：管井井点

13、、井管采用400水泥砾石井管。2.2.1.2 平面布置：详见“2.2.2.6”井点计算中的管井数量及“降水井平面图”。2.2.1.3 竖向布置管井井深：H=H1+iL+h1=20+0.135+3=26.5其中：H1：本设计中要求降水深度i: 管井降水坡度，环行布井取1/10；L：坑边井至坑中间井的1/2水平距离，取45m；h1：泵底距井底的安全系数及沉淀高度，取3m。2.2.2 井点计算2.2.2.1 基坑假想半径：x0=F/=30486/=98.5m2.2.2.2 含水层厚度：H=30.45-19.5=10.95m2.2.2.3 排水影响半径： R=x02+2KtH/m =98.52+234

14、.45410.95/0.23151.07m其中 t：抽水稳定时间，取4日， m：土的排水率，取0.23。2.2.2.4 中心区基坑总涌水量：Q=1.366K(H2-S2)/(g(R+x0)-gx0) =1.36634.45(10.952-4.452)/(g(151.07+98.5)-g98.5) =11378m3/d2.2.2.5 单井涌水量：g=2rhwK/15其中：r：井点管半径m hw：滤管长度m，hw=17%H=0.1710.95=1.86m。g=20.21.8630486(34.45/30486 )/15=159m3/d2.2.2.6 管井数量2.2.2.6.1 计算井数n=Q/g1

15、.10=11378/1591.1=78眼其中：1.1表示增井系数，考虑降水井损坏，堵塞等情况，井数增加1%。2.2.2.6.2 初步布置井数 中心区周边总长L=2(R2+r2)= 2(116.52+80.52)=629m为加快上层滞水与潜水的降低效果，实际井距7.50m，井深30.0m(井底标高-30.0m)布井84眼，采用流量56t/h、扬程40m的潜水泵抽水。加深井深既可加快降水速度，也对局部适当加大降深留有余地，根据我们在该地区的降水经验，当井深30米时，井内可保证20t/h的潜水泵连续抽水。实际额定抽水量： Q1=84624=12096m3/dQ=11378m3/d中心区降水设计满足要

16、求，连续墙施工期间，水质不好勿需回灌。水质变清后，可考虑回灌。为了保证回灌速度，增大渗透面积，四周抽渗结合井每隔6眼井增大1眼井深，井深38米，共约28眼（含在170眼抽渗结合井内）。经估算，170眼抽渗结合井做回灌井时，可回灌水量约为3万立方米/天，基本满足回灌要求。2.3 中心区深基坑降水设计 施工结构内疏干井及第二层承压水减压井。2.3.1中心区基坑中间降水设计 在中间均匀布设22眼疏干抽水井，从自然地面打井，井底标高-36.0m，在-33.0m下部设钢筋过滤器井管，由于中心区跨度大，为加快前期降水较果，中心区四周连续墙未合拢前下56t/h潜水泵，抽上层水保证上层水位整体降至-20m以下

17、，中心区四周连续墙合拢后，井内下20t/h潜水泵，用来疏干中心区坑内存水。2.3.2 台仓区降水设计台仓区基坑开挖至-43.2m时，隔水层距第二层承压水顶标高仅剩4.0m左右，已不够承受第二层承压水的压力，需将台仓区第二层承压水的水头高度降低17.0m左右才能满足隔水层抗压要求，因此需布设一定数量的减压井。经计算，将水头降低17.0m时，台仓区减压井的排水量约2万m3/d，由于打井已穿透第二层承压水，实际降深按降至-44米考虑。基坑降水井中心周长：L=(28.4+26.3)2=109.4m采用50t/h潜水泵时，井数n=20000/24/50=16.6（也可部分采用80t/h潜水泵）井距：d=

18、109.4/17=6.4m井深：H=(44-17)+200.1+6=35m，实际取35m。井底标高-（17+35）=-52米。因为减压降水井已穿透第二层承压水，为了保证施工安全，从-17.0m标高处打井，井深35m(井底标高-52.0m)，井距6.4m，共16眼减压降水井，该部分井出水水质较好，可考虑回灌至四周抽渗结合井，这样既保护地下水资源，又可避免四周建筑物不均匀沉降。台仓内疏干井设计：在台仓内均匀布设4眼疏干井，从-30.0m标高面打井，井底标高-45m。说明：为避免连续墙灌砼时淤死降水井，可在台仓区连续墙完成后的区段紧随打井。降水布置详见图(三、五、十一)。2.4 为加快中心区的降水，

19、在中心区内布设PVC自渗井20眼，井径200mm，井深24.0m，井内设PVC管做滤管，滤管孔隙率不小于20%。3、基坑支护设计 基坑采用分段分层支护，在四周-7.0-17.0m采用既经济实用又能保证快速施工的土钉墙护坡；在中心区周围-17.0m以下采用地下连续墙做止水帷幕和支护体系；坑底标高-33.8m区域在其周围做护坡桩支护，对于基坑内高差较小的边坡，均采用插筋挂网喷砼处理方法。坑内台仓在-30.0m标高面采用地下连续墙做止水帷幕和支护体系。详细支护形式、范围及构造详见图(二、五、六、七、八、九)。3.1土钉墙支护设计计算方法：分别按照Schiosser方法及王步云法经电算优化，并进行内部

20、稳定性验算及土钉抗拉强度验算。土钉墙支护区主要为基础埋深-12.2m、-9.2m的基坑边坡，设计参数为：锚筋118(20)，面层钢筋网规格6.5250mm250mm和114横向压筋，喷射80mm厚的C20细石混凝土；坡顶做高出地面0.1m、宽1.0m散水(翻边)，坡比1：0.1(反坡)，基坑边坡放坡系数比为1：0.2。-12.2m处土钉墙支护设计数据表层序锚孔直径(mm)垂直间距(m)水平间距(m)土钉倾角()土钉直径(mm)土钉长度(m)压筋直径(mm)编网规格(mmmm)一1101.01.510208.0146.5250250二1101.51.510209.014三1101.51.5102

21、010.014四1101.51.5102010.014五1101.51.510208.014六1101.51.510207.014七1101.51.510206.014八1101.51.510204.014-9.2m处土钉墙支护设计数据表层序锚孔直径(mm)垂直间距(m)水平间距(m)土钉倾角()土钉直径(mm)土钉长度(m)压筋直径(mm)编网规格(mmmm)一1101.01.510207.0146.5250250二1101.51.510208.014三1101.51.510209.014四1101.51.510208.014五1101.51.510207.014六1101.51.51020

22、5.014基坑周边局部放坡处采用插筋挂网喷砼处理。3.2 护坡桩支护设计 护坡桩为钢筋砼灌注桩，桩顶标高位于-27.2m，挡土高度6.60米，桩径800mm，桩间距1.6m，桩长9.9m，嵌固深度3.3m。桩顶设800500mm冠梁一道，桩体、冠梁砼强度标号C25，桩间土采用插筋挂网喷砼处理，配筋详见图(十)。（注：该部位护坡也可考虑超前花管土钉墙的支护形式）。 注：土钉墙及排桩支护视实际地质条件及设计图纸做适当调整。4、土方挖运、回填设计北区与中心区部分先行开挖，由北向南逐步开挖，每次开挖深度根降水、喷锚、连续墙、护坡桩作业面需求决定。北区旧基坑内局部护坡桩需要破碎拆除，局部位置需要回填压实

23、。由于现场周围环境特殊，在场区南侧设两个施工车辆出入口，为提高机械效率，基坑南侧设循环坡道。详见土方挖运、回填施工方案及图(四、五)。5、工程量(估算) 见下页工程量表：项 目直径(mm)长度(m)数 量备 注降水井(类型1)60026.5170眼从自然地面打井降水井(类型2)60030.084眼从自然地面打井降水井(类型3)6002025.018眼从自然地面打井抽渗结合井(类型)60036.022眼从自然地面打井减压钢管井 (类型5)60035.016眼从-17.0m标高面打井台仓区疏干井(类型6)60013.04眼从-30.0m标高面打井观测井(类型7)20019.020眼从-11.0m标

24、高面打井中心区PVC自渗井(类型8)20024.020从自然地面打井挖运土方约122万m3回填土方约1万m3旧基坑回填回填级配砂石约5万m3中心区槽底回填回填土方约9.7万m3肥槽回填拆除旧桩喷锚护坡约2万m2护 坡 桩2000 m2地下连续墙第二部分 施工组织方案1、施工布置 由于该工程是重点工程，2003年年初要交付使用，而基坑降水、边坡支护、土方开挖及回填只给了280天，施工难度大，任务紧，为此我们的方针是确保280天准时完成任务。具体安排是上层降水、土方开挖、边坡支护同时穿插进行，施工中以机械挖土为主线，打井降水为上层大部分土方开挖创造条件，分层挖土为下部各层支护创造条件，工程开工后，

25、三个项目降水、挖土、边坡支护同时进场，相互穿插，齐头并进，降水进1215台设备进行打井，挖土进1015台挖土机。由于北区与中心区部分基坑先行开挖，因此北区与中心区周围要先进行打井降水。-11.0m标高以上的边坡采用喷锚支护，局部需要进行二次开挖的临时支护段，可采用插筋挂网处理方法。当中心区水位降至-17.0m以下时，可从中心区周围从-11m做喷锚支护至-17.0m，然后，在-17.0m标高面上，进行周圈地下连续墙施工。椭球体内连续墙锚杆、内支撑护坡桩、台仓区连续墙等视基坑内水位下降及各层作业面标高情况逐级向下进行施工。施工平面布置详见图(十二)。2、施工准备2.1 进行地上、地下建筑物拆除和各

26、种管道、线路的挪移，切断、封堵通往施工区域内一切管道、线路，防止发生安全事故。2.2 进行测量定位和观测点的埋设工作，并做好初测记录。2.3 进行现场围挡，设置出入口，加固管沟上道路路面。2.4 做好施工用电，经计算深基坑施工阶段，用电量约为1500KVA（降水与喷锚同时施工时），在现场设置四个630KVA的变压器，其位置分别设在主体结构的东南、西南、西北、东北角各一台。2.5 做好施工用水，经计算现场埋设200mm供水钢管，降水井抽水后，施工用水可以用井里抽出的水，以节约用水。2.6 在现场搭设办公及暂住用房。2.7 办理交通、城建、市容、环卫等有关手续，办理降水工程向市政雨、污水管排放手续

27、。2.8协同甲方妥善处理支护结构范围内地下管线和构筑物。2.9落实所需各种设备材料，根据需要组织部分材料进场。提前进行钢筋加工。2.10组织施工人员熟悉地质报告、施工方案及有关规范规程。2.11对施工人员进行安全责任教育。2.12根据施工图纸、总进度计划、劳动力规模划分土钉墙的作业流水段，与土方挖运专业队协调、配合。2.13为确保工程的施工进度，布署各工种昼夜施工。2.14现场需设置两处约10m3/h的水源，电量应满足约550KVA(仅针对桩施工)。3、降水工程3.1 降水工艺流程 放线定井位钻机就位开挖循环水池钻孔下井管洗井做排水管线试抽水正式抽水。3.2 由于先开挖北区及中心区部位基坑，因此沿椭圆基坑四周打一圈封闭降水井，井距7.5m，孔径600mm，井底标高-30.0m，在-27.0m标高下设2m长钢筋网过滤井管，主体北侧已有旧基坑，因此该位置处的降水井及主体内部降水井从现有地坪面打井，其余基坑四周抽渗结合井均在自然地面打井。详见“降水井情况一览表”。3.3深基坑东西两侧自然地面上的抽渗结合井（回灌井）距坑内相临降水井不小于20m。地面上降水井影响车辆行驶时，可在井口加盖市政井盖，排水采用挖沟铺钢管暗排。3.4为了保证主体部分降水井的排水及回灌问题，北区及南