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【摘 要】近年来，随着国民经济的发展，城市建设的掘进，深基坑问题也迅猛出现，若处理不当，极易造成经济损失。本文就针对某工程深基坑的支护等问题进行了探讨。
【关键词】深基坑；支护设计；方法探讨
Discuss design of deep excavation and method analysis
Ding Zhi-wei
(Hangzhou Xiaohong Construction Group Co., Ltd Hangzhou Zhejiang 310052)
【Abstract】In recent years, with the national economic development, urban construction, excavation, deep excavation problems occur rapidly, if not handled properly, can easily result in economic losses. In this paper, for a Deep Foundation's support and other issues were discussed.
【Key words】Deep excavation;Support design;Method
1. 引言
随着社会的发展,改造工程的推进,对基坑开挖技术提出了更高、更严的要求,如确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全。必须准确估计开挖引起的土体和支护系统的变形和土的计算参数的正确性。
2. 某工程基坑支护方案
2.1 基坑支护方案。某工程距交通道路较近,天然气、电信、污水管等管线较多,基坑围护设计时要考虑对道路及地下管线进行保护,施工期间更要严格控制周边道路的沉降及土体位移。为此,根据基坑的特点、实际施工条件及以往工程经验,选取出以下两种支护结构体系:地连墙体系和排桩体系。采用钻孔灌注桩外加密排高压旋喷桩的方式虽然较为经济,但由于本基坑土体的渗透性较大,采用高压旋喷桩止水效果并不理想;支护结构变形较大对工程外道路的正常运营影响也较大,特别是本工程基坑深度较深(达17m),灌注桩和高压旋喷桩的施工质量难以保证,一旦出现桩间漏土和渗流就会危及基坑安全。地下连续墙结构整体性好,刚度大,防渗性能好,施工质量较好,但造价偏高。因此,最终选取了地下连续墙加三道钢筋混凝土水平内支撑的支护结构体系。
压顶梁顶标高为-1.3m,截面尺寸为850×1500,第一道围护支撑梁梁顶标高为-3.5m,围护梁截面尺寸为900×1200,支撑梁截面尺寸多为800×1000,弧梁截面尺寸为2500×800。第二道、第三道围护支撑梁梁顶标高为-7.5m和-12.2m,围护梁尺寸为900×1400,支撑梁截面尺寸为900×1000,圆弧梁截面尺寸为2800×900。混凝土强度等级为C30。
2.2 地下连续墙计算方法及配筋。地下连续墙墙幅深度为32.3m,嵌固部分深度为16m,上部深度为16.3m,厚度为850mm,混凝土强度等级为C30。由于三道水平支撑体系较长,相比地下连续墙刚度而言,不能按照固定铰支座考虑,而应简化成带有一定压缩模量的弹簧支座考虑。弹簧的刚度系数K1,K2,K3按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)公式(C.2.2)计算。
KT=2aEALSaS
公式中α=0.8,E为支撑梁混凝土的弹性模量(C30);A为梁断面面积,L为支撑梁的跨度;s为支撑的水平间距,sa为地下连续墙的计算宽度1m,取其中一幅地连墙进行计算,由此可知:K1=5.44×103KN/m,K2=K3=6.12×103KN/m。
由于地下连续墙的三道水平支撑是在土方开挖过程中分阶段浇筑,达到混凝土设计强度后方能对地连墙起到支撑的作用。因此,在围护设计时要按照挖土和支撑浇筑中的不同施工阶段来考虑地下连续墙的最不利荷载工况,以此进行地下连续墙配筋。具体可分为以下5种工况:第1种荷载工况:当土体开挖到接近第二道支撑梁顶标高(-7.5m)时,单位宽度(1m)地连墙在土压力作用下的计算简图及对应的弯矩,上部超载按照10KPa考虑。此时第一道支撑反力为293KN,土压力最大值正负分别为103KN/m和-383KN/m,地连墙上正负弯矩最大值分别为846KN-m和-876KN-m。第2种荷载工况:当土体开挖到接近第三道支撑梁顶标高(-12.2m)时,地连墙在土压力作用下的计算简图及对应的弯矩。此时第一道支撑反力为287KN,第二道支撑反力为403KN,土压力最大值正负分别为158KN/m和-692KN/m,地连墙上正负弯矩最大值分别为1326KN-m和-1498KN-m。第3种荷载工况:当土体开挖到基坑底标高(-17m)时,地连墙在土压力作用下的计算简图及对应的弯矩。此时第一道支撑反力为210KN,第二道支撑反力为462KN,第三道支撑反力为397KN,土压力最大值正负分别为207KN/m和-576KN/m,地连墙上正负弯矩最大值分别为603KN-m和-1146KN-m。第4种与第5种荷载工况发生在支撑拆除换撑的时候,由于不是控制内力,这里不再赘述。因此,地连墙设计时按最大正负弯矩1326KN-m和-1498KN-m进行配筋,因此最终配筋分别为Ω28@110和Ω28@120。
3. 挖土方案
3.1 先挖第一道围梁及角撑、对撑部位,挖土时按1:2坡度一次挖至第一道围梁(-2.8m)位置。基坑被中间南北向对撑分隔成2个较大的中心岛,在开挖第二道围梁(-7.5m)前在东西两侧出土口位置回填塘渣作为挖土施工道路。
3.2 在挖掘第二道围梁下土体时,为加快施工进度,在南北向对撑位置设置斜坡车道,斜车道从第一道圆弧梁顶面处按1:8坡度向下斜伸到第二道支撑梁顶面标高(-7.5m)处,并在第二道围护支撑梁中部设置挖土平台,方便自卸汽车行驶到基坑内运土,同时可使用长臂挖机在挖土平台上直接挖土。
3.3 支撑下方的挖土采用小型反铲挖机钻到支撑下挖土,然后接力式传送土方到自卸汽车上,也可采用长臂反铲机站在有立柱的支撑顶作业,作业前需在支撑顶回填塘渣且铺垫路基板,以确保支撑安全。
3.4 第三道围梁支撑下的土体要严禁超挖,当距基坑底面1m左右时,应采用人工挖土和修土,避免机械挖土造成的工程桩破坏。
4. 施工应注意的措施
4.1 防渗漏及止水措施。
4.1.1 按设计要求设好放坡区土体面层,并在基坑外侧地表设80厚C15防水混凝土面层,避免地表水大量渗入基坑。
4.1.2 围梁四周杂填土用粘性土换填夯实,以防杂填土内的孔隙水大量渗入基坑。
4.1.3 基坑挖土施工过程中若发生漏土现象,立即把相邻桩间清理干净,用块石、砖浆砌堵缝或模板灌浆。
4.1.4地连墙墙幅连接处设高压旋喷桩以防水土流失。
4.2 地表及坑底降排水措施。
4.2.1 沿基坑外侧四周设置400×400mm砖砌排水沟,所有施工临时道路均按一定的坡度坡向排水沟,并沿排水沟每30m设置800×800×800集中排水井,通过沉淀池沉淀后排入市政排水系统。
4.2.2 基坑内根据实际情况随挖随做临时排水沟,并用潜水泵排出坑外,保证基坑开挖时坑内不积水,并做到纵横贯通,形成网沟系统。待基础垫层混凝土浇筑完成后,则利用基础承台作为临时集水井。如必要,可在地下室后浇带、地梁下设置盲沟。
4.3 应急措施。根据现场测试数据及现场情况,若发现异常现象,可根据实际情况采取以下应急措施:
4.3.1 在水平围梁上增设钢管角撑、对撑或斜撑。
4.3.2 在水平变位最大部位设置型钢围檩,并设钢管对撑、角撑或斜撑。
4.3.3 在支撑间设置钢筋混凝土板带。
4.3.4 在基坑外侧卸土或坑底设支撑板带及围檩。
4.3.5 编织袋装碎石在坑内快速回填。为确保基坑及其周围建筑物的安全,须备有一定数量的钢管、编织袋等应急用材料。
5. 基坑监测及检测
5.1 深层土体位移观测。在基坑支护结构较薄弱和较重要的部位,设置一定数量的深层土体位移观测孔。测斜管埋深35m左右,并在土体开挖前10天埋设完成。
5.2 支撑轴力监测。在支撑关键部位、轴力较大或内力集中部位设置钢筋应力计进行轴力监测,以掌握基坑开挖过程中支撑轴力的变化。
5.3 水平位移观测。在水平围梁、支撑上设点进行水平位移观测,随时掌握监测对象的水平变位情况。其中在围梁上约每隔15m布置一个观测点;其余观测点位置根据实际情况另定。
5.4 沉降观测。在立柱、支撑节点、围梁顶、基坑内外土体设点进行沉降观测,以掌握基坑开挖过程中支撑体系竖向变位、基坑内土体隆起、基坑外土体沉陷等情况。
5.5 周边环境监测。设点对周边道路沉降及变形进行监测。监测点的数量和位置监测单位可根据周边环境的特点和自身经验进行确定。
5.6 周边管线监测。设点加强对周边管线如电信管线、各市政管线的沉降及变形进行监测。监测点的数量和位置监测单位可根据周边管线的特点和自身经验进行确定。
5.7 墙身应力及位移监测。在基坑每边中间位置各选取一个墙幅进行墙身应力及位移监测。
5.8 地下水位监测。在基坑周围埋设若干水位监测孔以监测坑外水位的变化情况。
5.9 基坑监测要求。基坑开挖初期,深层土体位移及水平位移每1～2天一次,当接近坑底至坑底垫层浇筑前,每天观测一至二次;发现异常情况跟踪监测。垫层施工完毕后至基础底板浇筑完成期间,1～2天观测一次,以后适当放宽。若在基坑开挖期间出现观测数据变化较大或遇恶劣气候等情况时,需适当加密观测次数。
［文章编号］1006-7619（2011）03-03-149
【关键词】深基坑；支护设计；方法探讨
Discuss design of deep excavation and method analysis
Ding Zhi-wei
(Hangzhou Xiaohong Construction Group Co., Ltd Hangzhou Zhejiang 310052)
【Abstract】In recent years, with the national economic development, urban construction, excavation, deep excavation problems occur rapidly, if not handled properly, can easily result in economic losses. In this paper, for a Deep Foundation's support and other issues were discussed.
【Key words】Deep excavation;Support design;Method
1. 引言
随着社会的发展,改造工程的推进,对基坑开挖技术提出了更高、更严的要求,如确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全。必须准确估计开挖引起的土体和支护系统的变形和土的计算参数的正确性。
2. 某工程基坑支护方案
2.1 基坑支护方案。某工程距交通道路较近,天然气、电信、污水管等管线较多,基坑围护设计时要考虑对道路及地下管线进行保护,施工期间更要严格控制周边道路的沉降及土体位移。为此,根据基坑的特点、实际施工条件及以往工程经验,选取出以下两种支护结构体系:地连墙体系和排桩体系。采用钻孔灌注桩外加密排高压旋喷桩的方式虽然较为经济,但由于本基坑土体的渗透性较大,采用高压旋喷桩止水效果并不理想;支护结构变形较大对工程外道路的正常运营影响也较大,特别是本工程基坑深度较深(达17m),灌注桩和高压旋喷桩的施工质量难以保证,一旦出现桩间漏土和渗流就会危及基坑安全。地下连续墙结构整体性好,刚度大,防渗性能好,施工质量较好,但造价偏高。因此,最终选取了地下连续墙加三道钢筋混凝土水平内支撑的支护结构体系。
压顶梁顶标高为-1.3m,截面尺寸为850×1500,第一道围护支撑梁梁顶标高为-3.5m,围护梁截面尺寸为900×1200,支撑梁截面尺寸多为800×1000,弧梁截面尺寸为2500×800。第二道、第三道围护支撑梁梁顶标高为-7.5m和-12.2m,围护梁尺寸为900×1400,支撑梁截面尺寸为900×1000,圆弧梁截面尺寸为2800×900。混凝土强度等级为C30。
2.2 地下连续墙计算方法及配筋。地下连续墙墙幅深度为32.3m,嵌固部分深度为16m,上部深度为16.3m,厚度为850mm,混凝土强度等级为C30。由于三道水平支撑体系较长,相比地下连续墙刚度而言,不能按照固定铰支座考虑,而应简化成带有一定压缩模量的弹簧支座考虑。弹簧的刚度系数K1,K2,K3按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)公式(C.2.2)计算。
KT=2aEALSaS
公式中α=0.8,E为支撑梁混凝土的弹性模量(C30);A为梁断面面积,L为支撑梁的跨度;s为支撑的水平间距,sa为地下连续墙的计算宽度1m,取其中一幅地连墙进行计算,由此可知:K1=5.44×103KN/m,K2=K3=6.12×103KN/m。
由于地下连续墙的三道水平支撑是在土方开挖过程中分阶段浇筑,达到混凝土设计强度后方能对地连墙起到支撑的作用。因此,在围护设计时要按照挖土和支撑浇筑中的不同施工阶段来考虑地下连续墙的最不利荷载工况,以此进行地下连续墙配筋。具体可分为以下5种工况:第1种荷载工况:当土体开挖到接近第二道支撑梁顶标高(-7.5m)时,单位宽度(1m)地连墙在土压力作用下的计算简图及对应的弯矩,上部超载按照10KPa考虑。此时第一道支撑反力为293KN,土压力最大值正负分别为103KN/m和-383KN/m,地连墙上正负弯矩最大值分别为846KN-m和-876KN-m。第2种荷载工况:当土体开挖到接近第三道支撑梁顶标高(-12.2m)时,地连墙在土压力作用下的计算简图及对应的弯矩。此时第一道支撑反力为287KN,第二道支撑反力为403KN,土压力最大值正负分别为158KN/m和-692KN/m,地连墙上正负弯矩最大值分别为1326KN-m和-1498KN-m。第3种荷载工况:当土体开挖到基坑底标高(-17m)时,地连墙在土压力作用下的计算简图及对应的弯矩。此时第一道支撑反力为210KN,第二道支撑反力为462KN,第三道支撑反力为397KN,土压力最大值正负分别为207KN/m和-576KN/m,地连墙上正负弯矩最大值分别为603KN-m和-1146KN-m。第4种与第5种荷载工况发生在支撑拆除换撑的时候,由于不是控制内力,这里不再赘述。因此,地连墙设计时按最大正负弯矩1326KN-m和-1498KN-m进行配筋,因此最终配筋分别为Ω28@110和Ω28@120。
3. 挖土方案
3.1 先挖第一道围梁及角撑、对撑部位,挖土时按1:2坡度一次挖至第一道围梁(-2.8m)位置。基坑被中间南北向对撑分隔成2个较大的中心岛,在开挖第二道围梁(-7.5m)前在东西两侧出土口位置回填塘渣作为挖土施工道路。
3.2 在挖掘第二道围梁下土体时,为加快施工进度,在南北向对撑位置设置斜坡车道,斜车道从第一道圆弧梁顶面处按1:8坡度向下斜伸到第二道支撑梁顶面标高(-7.5m)处,并在第二道围护支撑梁中部设置挖土平台,方便自卸汽车行驶到基坑内运土,同时可使用长臂挖机在挖土平台上直接挖土。
3.3 支撑下方的挖土采用小型反铲挖机钻到支撑下挖土,然后接力式传送土方到自卸汽车上,也可采用长臂反铲机站在有立柱的支撑顶作业,作业前需在支撑顶回填塘渣且铺垫路基板,以确保支撑安全。
3.4 第三道围梁支撑下的土体要严禁超挖,当距基坑底面1m左右时,应采用人工挖土和修土,避免机械挖土造成的工程桩破坏。
4. 施工应注意的措施
4.1 防渗漏及止水措施。
4.1.1 按设计要求设好放坡区土体面层,并在基坑外侧地表设80厚C15防水混凝土面层,避免地表水大量渗入基坑。
4.1.2 围梁四周杂填土用粘性土换填夯实,以防杂填土内的孔隙水大量渗入基坑。
4.1.3 基坑挖土施工过程中若发生漏土现象,立即把相邻桩间清理干净,用块石、砖浆砌堵缝或模板灌浆。
4.1.4地连墙墙幅连接处设高压旋喷桩以防水土流失。
4.2 地表及坑底降排水措施。
4.2.1 沿基坑外侧四周设置400×400mm砖砌排水沟,所有施工临时道路均按一定的坡度坡向排水沟,并沿排水沟每30m设置800×800×800集中排水井,通过沉淀池沉淀后排入市政排水系统。
4.2.2 基坑内根据实际情况随挖随做临时排水沟,并用潜水泵排出坑外,保证基坑开挖时坑内不积水,并做到纵横贯通,形成网沟系统。待基础垫层混凝土浇筑完成后,则利用基础承台作为临时集水井。如必要,可在地下室后浇带、地梁下设置盲沟。
4.3 应急措施。根据现场测试数据及现场情况,若发现异常现象,可根据实际情况采取以下应急措施:
4.3.1 在水平围梁上增设钢管角撑、对撑或斜撑。
4.3.2 在水平变位最大部位设置型钢围檩,并设钢管对撑、角撑或斜撑。
4.3.3 在支撑间设置钢筋混凝土板带。
4.3.4 在基坑外侧卸土或坑底设支撑板带及围檩。
4.3.5 编织袋装碎石在坑内快速回填。为确保基坑及其周围建筑物的安全,须备有一定数量的钢管、编织袋等应急用材料。
5. 基坑监测及检测
5.1 深层土体位移观测。在基坑支护结构较薄弱和较重要的部位,设置一定数量的深层土体位移观测孔。测斜管埋深35m左右,并在土体开挖前10天埋设完成。
5.2 支撑轴力监测。在支撑关键部位、轴力较大或内力集中部位设置钢筋应力计进行轴力监测,以掌握基坑开挖过程中支撑轴力的变化。
5.3 水平位移观测。在水平围梁、支撑上设点进行水平位移观测,随时掌握监测对象的水平变位情况。其中在围梁上约每隔15m布置一个观测点;其余观测点位置根据实际情况另定。
5.4 沉降观测。在立柱、支撑节点、围梁顶、基坑内外土体设点进行沉降观测,以掌握基坑开挖过程中支撑体系竖向变位、基坑内土体隆起、基坑外土体沉陷等情况。
5.5 周边环境监测。设点对周边道路沉降及变形进行监测。监测点的数量和位置监测单位可根据周边环境的特点和自身经验进行确定。
5.6 周边管线监测。设点加强对周边管线如电信管线、各市政管线的沉降及变形进行监测。监测点的数量和位置监测单位可根据周边管线的特点和自身经验进行确定。
5.7 墙身应力及位移监测。在基坑每边中间位置各选取一个墙幅进行墙身应力及位移监测。
5.8 地下水位监测。在基坑周围埋设若干水位监测孔以监测坑外水位的变化情况。
5.9 基坑监测要求。基坑开挖初期,深层土体位移及水平位移每1～2天一次,当接近坑底至坑底垫层浇筑前,每天观测一至二次;发现异常情况跟踪监测。垫层施工完毕后至基础底板浇筑完成期间,1～2天观测一次,以后适当放宽。若在基坑开挖期间出现观测数据变化较大或遇恶劣气候等情况时,需适当加密观测次数。
［文章编号］1006-7619（2011）03-03-149