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[摘 要] 本文结合某深基坑工程实例对采用深基坑支撑式排桩支护结构的支护技术的应用进行了分析,包括方案设计,施工技术等,提出了一些具有应用价值的建议和措施。
[关键词] 建筑 基坑支护 施工技术
0.前言
随着各大城市高层建筑、地下建筑、隧道等工程数量的不断增多,不少工程具有场地紧凑、 工程规模大,建筑物距离近、基坑开挖深度大和尺度大等特點。 近年来,基坑支护工程施工中事故频频发生,造成了重大的财产损失和严重的后果,己成为各方面密切关注的重要问题。 因而深基坑支护工程是高层建筑和大型地下建筑施工中极其重要的环节,而基坑支护施工技术成为保证工程顺利进行、安全稳健的关键。
1.基坑开挖支护的方案设计
(1)工程地质及水文地质概况。根据钻探资料揭露,土质自上而下为杂填土:层厚2.80～4.10m,平均层厚3.69m。三角洲相沉积层:淤泥质土,淤泥呈流塑、软塑状,属高压缩性、 高含水率,高空隙比及低强度、低压缩模量、低渗透性的软土,平均层厚271m,埋深3.8～7.8m冲积层粉质黏土:呈软塑～可塑状,饱和,含粉、中细砂。 强度低,埋深4.1～8.9m,平均层厚2.63m。 残积层坚硬状粉质黏土承载力较高,埋深7.2～11.2m,平均层厚0.89m。全风化层坚硬土状,强风化层主要呈半岩半土状,强度较高,埋深9.3～12.8m,平均层厚2.41m。中风化岩,强度高,可作为嵌岩桩基持力层。微风化岩强度高,是嵌岩桩的理想持力层场区0.00～2.6m为第四系土层水,透水性强,地表水2.6～8.8m,依次为杂填土、淤泥、 粉质黏土,透水性极差;8.8～20.20m属透水性强,主要层次为粗砂、粉质黏土、强风化岩和中风化岩。在钻探期间实测,钻孔稳定水位表高为8.36～9.26m,刚好在地下室底板施工范围内。
(2)基坑开挖支护的方案设计。基坑支护采用“深基坑钻(挖)孔排桩支护并在基坑内设支撑” 结构方案,支护桩由钻孔灌注桩和水泥土搅拌桩组成,钢筋混凝土钻孔灌注桩的直径为1000mm,长度分别为13～17m,其顶部设置钢筋混凝土冠梁GL,断面为1000mm×1000mm。 水泥土搅拌桩设两排,布桩方式为Φ500＠350,前后左右相互重叠组成止水帷幕,桩长11～13m,水泥掺量15％,且每米(深度)55KG,采用二喷三搅工艺。坑内设置上下两道钢筋混凝土支撑,第一道支撑断面为:主撑ZC1000mm×1000mm,斜撑XC1800mm×1000mm,斜撑XC600mm×600mm,第二道支撑断面为:主撑ZC1000mm×1000mm,斜撑XC2800mm×1000mm,腰梁YL1000mm×1000mm。第一道支撑标高为1.3m,第二道支撑标高为－2.7m,由于属超大型地下室基坑,在基坑内设置36根钢构柱作为内支撑的中间支座。
(3)深基坑支撑式排桩支护结构的特点。①排桩下部插入土体中,在基坑开挖面以上设置一层或数层支撑,共同承坦基坑外的土体侧压力。 ②支撑式排桩支护结构抗力大,可用于开挖深度大的基坑。 ③支撑式排桩支护结构能够较好地控制基坑变形。
(4)深基坑支撑式排桩支护结构的适用条件。支撑式排桩支护结构的适用条件是基坑周围施工宽度狭小;邻近基坑边有建(构)筑物或地下管线需要保护;基坑开挖深度大;对基坑边土体的水平位移控制要求严格和软土层较厚等。
(5)支撑式排桩支护结构主要计算内容:①支撑式排桩支护结构稳定计算和排桩内力计算;②深基坑整体稳计算;③支撑的内力和变计算以及支撑承载力和稳定性计算
2.深基坑开挖支护的施工
深基坑开挖支护的施工需要针对工程的特点难点解决好排桩支护结构、基坑内钢筋混凝土支撑及支撑钢构柱施工之外还要关注地下水控制;基坑开挖;支撑拆除;现场监测等问题。
2.1 工程特点及难点
工程的特点及难点可归纳为以下四个方面:
(1)基坑面积大,开挖深度较深,是占地面积最大的基坑之一。
(2)工程所处的地质、环境条件较差,地层变化大,地质复杂,地下淤泥层较厚,地下水位高。
(3)施工场地非常狭窄,停车库基坑的东面和南面是交通繁忙的道路,西面紧靠民居,北面为文化公共建筑以及国家重点文物保护单位。在基坑开挖过程中必须严格控制边坡位移和土体的稳定。
2.2 基坑开挖
基坑挖深约11m,土方量接近12万m3,由于有两道混凝土内支撑加上工程场区超高近2m多,给挖土作业带来较大的难度,经研究和设计的要求,采用 “分层开挖,先撑后挖,修筑坡道,下坑装土” 的挖土方法。
第一层土:由+2.0m至-0.6m,用斗容量为0.9m3大挖掘机在地面直接挖土装车。
第二层土 :由 -0.6m至 -3.4m,在第一到支撑强度达到90％以上后进行,挖掘机在第一道支撑面标高处(下铺路基箱)作业,先回填土,修筑下坑坡道,让运土车开到坑内装土,土坡两侧用尼龙编织袋装土堆垛。最后将坡到土方边后退边挖除,基坑中部土方有意任留一部分供下层修坡道用。
第三层土:由-3.4m～-10.7m,第二道支撑混凝土强度达到设计要求的90％以后,对原坡道再回填,用0.4m3挖掘机下坑挖土,用0.25m3小挖掘机钻到第二道支撑下面掏土外驳,通过 “接力” 将土方装车运出,最后挖运坡道土方推出挖掘机,用抓斗在坑旁收尾,吊出0.25m3小挖掘机,土方全部完成。
第一层土方采用大开挖形式,整个基坑可多部挖土机同时作业,快速完成第一道支撑的施工,第二层土方先挖除南北,东西对撑,中央段土方,形成支撑,再挖除支撑靠围护桩部分土方,将南北、 东西向对撑延伸至围护桩,再挖除4个角撑部位土方,形成角撑。 这样在挖除南北、 东西向对撑的中央段土方时,该对撑围护桩部位尚未挖除,形成土堤,以抵挡围护桩的变形。
第一、 二层土方属浅层土方,挖土机可以上撑,边挖边装,运土车沿修筑的入坑便道入坑装土,挖土运土动作一气呵成,效率高,成本较低。
第三层土方属深层土方,挖掘机需到撑下坑内作业,挖掘机倒土次数增多,运土效率低下,成本较高,考虑到本工程将第三层土方进行分段开挖,在第一、第二层土方开挖结束后,修筑东南面入坑便道,以第二道支撑面为转换场地,变第三层土方的深层土方为浅层土方,降低挖土成本,提高效率。
2.3 支撑拆除
(1)内支撑拆除时考虑现场周边环境特点,按先置换后拆除的原则制定详细的作业方案,认真执行,在拆除每层内支撑的前后必须加强对周围环境的监测,出现异常情况立即停止拆除,并立即采取措施,确保换撑安全、可靠。
(2)内支撑相应层的主体结构达到规定的强度等级,并可承受该层内支撑的内力时,按规定的换撑方式将支护结构的支撑荷载传送到主体结构后,方可拆除该层内支撑,在拆除下层内支撑时,支撑立柱及支护结构在一定时期还处于工作状态,必须小心断开支撑与立柱、支撑与支护桩的节点,使其不受损伤,最后拆除支撑立柱时,必须作好立柱穿越底板位置的加强防水处理。
(3)第一、第二道支撑净距2.3m,为减少变形,在拆除方法上采用人工拆除,平缓完成支撑体系的转换。
2.4 现场监测
(1)基坑冠梁、腰梁沉降及支护桩沉降、位移监测:在基坑冠梁上每隔20m左右设置一个沉降和位移观测点,供测定基坑在土方开挖过程中冠梁的稳定情况。 沉降观测采用高精度水准仪,精度要求达到1.0mm,位移监测采用经纬仪,利用工程平面控制导线点,设置观测控制点,在周边冠梁上两端对称布置,共设21个观测点。监测控制点在基坑边外15m以上,以防止基坑变形对控制点的影响。
(2)钻孔桩体测斜:本工程测斜管共8处,测点间距0.5m,分别设在基坑周边的灌注桩体内,利用测斜仪测出不同深度处的水平位移。精度要求1.0mm。
(3)基坑周围地下水位监测。基坑周围地下水位监测共设8个观测点。对基坑周围
地下水位的监测,一方面可监测周边邻近建筑物的下沉情况,另一方面可监测水泥搅拌桩止水帷幕的效果。地下水位观测井采用管井井点降水相同的成井方法成孔,井深按17m考虑,地下室基坑开挖前先成井进行观测,基坑开挖时,每天观测一次,基坑井电降水及人工挖孔墩基础施工时每三天观测一次。
(4)基坑内支撑轴力监测。在整个基坑两道水平支撑中部和端部设22个轴力测点,每层支撑11个,每个轴力监测点由上下混凝土应变仪组成。目的在于测出各道混凝土内支撑的轴力变化是否组设计允许的范围之内,实际上也反映了土体的主动土压力情况。
3.结语
高层建筑、大型地下建筑深基坑支护工程是高层建筑和大型地下建筑施工中极其重要的环节,而基坑支护施工技术成为保证工程顺利进行、安全稳健的关键。作为建造师和岩土工程师必须根据地下建筑的特点、 施工现场周边环境和场地工程地质与水文地质情况,坚持因地制宜的原则,做出合理的深基坑支护的施工方案设计,才能保证建筑基坑安全和工程项目顺利实施。
[关键词] 建筑 基坑支护 施工技术
0.前言
随着各大城市高层建筑、地下建筑、隧道等工程数量的不断增多,不少工程具有场地紧凑、 工程规模大,建筑物距离近、基坑开挖深度大和尺度大等特點。 近年来,基坑支护工程施工中事故频频发生,造成了重大的财产损失和严重的后果,己成为各方面密切关注的重要问题。 因而深基坑支护工程是高层建筑和大型地下建筑施工中极其重要的环节,而基坑支护施工技术成为保证工程顺利进行、安全稳健的关键。
1.基坑开挖支护的方案设计
(1)工程地质及水文地质概况。根据钻探资料揭露,土质自上而下为杂填土:层厚2.80～4.10m,平均层厚3.69m。三角洲相沉积层:淤泥质土,淤泥呈流塑、软塑状,属高压缩性、 高含水率,高空隙比及低强度、低压缩模量、低渗透性的软土,平均层厚271m,埋深3.8～7.8m冲积层粉质黏土:呈软塑～可塑状,饱和,含粉、中细砂。 强度低,埋深4.1～8.9m,平均层厚2.63m。 残积层坚硬状粉质黏土承载力较高,埋深7.2～11.2m,平均层厚0.89m。全风化层坚硬土状,强风化层主要呈半岩半土状,强度较高,埋深9.3～12.8m,平均层厚2.41m。中风化岩,强度高,可作为嵌岩桩基持力层。微风化岩强度高,是嵌岩桩的理想持力层场区0.00～2.6m为第四系土层水,透水性强,地表水2.6～8.8m,依次为杂填土、淤泥、 粉质黏土,透水性极差;8.8～20.20m属透水性强,主要层次为粗砂、粉质黏土、强风化岩和中风化岩。在钻探期间实测,钻孔稳定水位表高为8.36～9.26m,刚好在地下室底板施工范围内。
(2)基坑开挖支护的方案设计。基坑支护采用“深基坑钻(挖)孔排桩支护并在基坑内设支撑” 结构方案,支护桩由钻孔灌注桩和水泥土搅拌桩组成,钢筋混凝土钻孔灌注桩的直径为1000mm,长度分别为13～17m,其顶部设置钢筋混凝土冠梁GL,断面为1000mm×1000mm。 水泥土搅拌桩设两排,布桩方式为Φ500＠350,前后左右相互重叠组成止水帷幕,桩长11～13m,水泥掺量15％,且每米(深度)55KG,采用二喷三搅工艺。坑内设置上下两道钢筋混凝土支撑,第一道支撑断面为:主撑ZC1000mm×1000mm,斜撑XC1800mm×1000mm,斜撑XC600mm×600mm,第二道支撑断面为:主撑ZC1000mm×1000mm,斜撑XC2800mm×1000mm,腰梁YL1000mm×1000mm。第一道支撑标高为1.3m,第二道支撑标高为－2.7m,由于属超大型地下室基坑,在基坑内设置36根钢构柱作为内支撑的中间支座。
(3)深基坑支撑式排桩支护结构的特点。①排桩下部插入土体中,在基坑开挖面以上设置一层或数层支撑,共同承坦基坑外的土体侧压力。 ②支撑式排桩支护结构抗力大,可用于开挖深度大的基坑。 ③支撑式排桩支护结构能够较好地控制基坑变形。
(4)深基坑支撑式排桩支护结构的适用条件。支撑式排桩支护结构的适用条件是基坑周围施工宽度狭小;邻近基坑边有建(构)筑物或地下管线需要保护;基坑开挖深度大;对基坑边土体的水平位移控制要求严格和软土层较厚等。
(5)支撑式排桩支护结构主要计算内容:①支撑式排桩支护结构稳定计算和排桩内力计算;②深基坑整体稳计算;③支撑的内力和变计算以及支撑承载力和稳定性计算
2.深基坑开挖支护的施工
深基坑开挖支护的施工需要针对工程的特点难点解决好排桩支护结构、基坑内钢筋混凝土支撑及支撑钢构柱施工之外还要关注地下水控制;基坑开挖;支撑拆除;现场监测等问题。
2.1 工程特点及难点
工程的特点及难点可归纳为以下四个方面:
(1)基坑面积大,开挖深度较深,是占地面积最大的基坑之一。
(2)工程所处的地质、环境条件较差,地层变化大,地质复杂,地下淤泥层较厚,地下水位高。
(3)施工场地非常狭窄,停车库基坑的东面和南面是交通繁忙的道路,西面紧靠民居,北面为文化公共建筑以及国家重点文物保护单位。在基坑开挖过程中必须严格控制边坡位移和土体的稳定。
2.2 基坑开挖
基坑挖深约11m,土方量接近12万m3,由于有两道混凝土内支撑加上工程场区超高近2m多,给挖土作业带来较大的难度,经研究和设计的要求,采用 “分层开挖,先撑后挖,修筑坡道,下坑装土” 的挖土方法。
第一层土:由+2.0m至-0.6m,用斗容量为0.9m3大挖掘机在地面直接挖土装车。
第二层土 :由 -0.6m至 -3.4m,在第一到支撑强度达到90％以上后进行,挖掘机在第一道支撑面标高处(下铺路基箱)作业,先回填土,修筑下坑坡道,让运土车开到坑内装土,土坡两侧用尼龙编织袋装土堆垛。最后将坡到土方边后退边挖除,基坑中部土方有意任留一部分供下层修坡道用。
第三层土:由-3.4m～-10.7m,第二道支撑混凝土强度达到设计要求的90％以后,对原坡道再回填,用0.4m3挖掘机下坑挖土,用0.25m3小挖掘机钻到第二道支撑下面掏土外驳,通过 “接力” 将土方装车运出,最后挖运坡道土方推出挖掘机,用抓斗在坑旁收尾,吊出0.25m3小挖掘机,土方全部完成。
第一层土方采用大开挖形式,整个基坑可多部挖土机同时作业,快速完成第一道支撑的施工,第二层土方先挖除南北,东西对撑,中央段土方,形成支撑,再挖除支撑靠围护桩部分土方,将南北、 东西向对撑延伸至围护桩,再挖除4个角撑部位土方,形成角撑。 这样在挖除南北、 东西向对撑的中央段土方时,该对撑围护桩部位尚未挖除,形成土堤,以抵挡围护桩的变形。
第一、 二层土方属浅层土方,挖土机可以上撑,边挖边装,运土车沿修筑的入坑便道入坑装土,挖土运土动作一气呵成,效率高,成本较低。
第三层土方属深层土方,挖掘机需到撑下坑内作业,挖掘机倒土次数增多,运土效率低下,成本较高,考虑到本工程将第三层土方进行分段开挖,在第一、第二层土方开挖结束后,修筑东南面入坑便道,以第二道支撑面为转换场地,变第三层土方的深层土方为浅层土方,降低挖土成本,提高效率。
2.3 支撑拆除
(1)内支撑拆除时考虑现场周边环境特点,按先置换后拆除的原则制定详细的作业方案,认真执行,在拆除每层内支撑的前后必须加强对周围环境的监测,出现异常情况立即停止拆除,并立即采取措施,确保换撑安全、可靠。
(2)内支撑相应层的主体结构达到规定的强度等级,并可承受该层内支撑的内力时,按规定的换撑方式将支护结构的支撑荷载传送到主体结构后,方可拆除该层内支撑,在拆除下层内支撑时,支撑立柱及支护结构在一定时期还处于工作状态,必须小心断开支撑与立柱、支撑与支护桩的节点,使其不受损伤,最后拆除支撑立柱时,必须作好立柱穿越底板位置的加强防水处理。
(3)第一、第二道支撑净距2.3m,为减少变形,在拆除方法上采用人工拆除,平缓完成支撑体系的转换。
2.4 现场监测
(1)基坑冠梁、腰梁沉降及支护桩沉降、位移监测:在基坑冠梁上每隔20m左右设置一个沉降和位移观测点,供测定基坑在土方开挖过程中冠梁的稳定情况。 沉降观测采用高精度水准仪,精度要求达到1.0mm,位移监测采用经纬仪,利用工程平面控制导线点,设置观测控制点,在周边冠梁上两端对称布置,共设21个观测点。监测控制点在基坑边外15m以上,以防止基坑变形对控制点的影响。
(2)钻孔桩体测斜:本工程测斜管共8处,测点间距0.5m,分别设在基坑周边的灌注桩体内,利用测斜仪测出不同深度处的水平位移。精度要求1.0mm。
(3)基坑周围地下水位监测。基坑周围地下水位监测共设8个观测点。对基坑周围
地下水位的监测,一方面可监测周边邻近建筑物的下沉情况,另一方面可监测水泥搅拌桩止水帷幕的效果。地下水位观测井采用管井井点降水相同的成井方法成孔,井深按17m考虑,地下室基坑开挖前先成井进行观测,基坑开挖时,每天观测一次,基坑井电降水及人工挖孔墩基础施工时每三天观测一次。
(4)基坑内支撑轴力监测。在整个基坑两道水平支撑中部和端部设22个轴力测点,每层支撑11个,每个轴力监测点由上下混凝土应变仪组成。目的在于测出各道混凝土内支撑的轴力变化是否组设计允许的范围之内,实际上也反映了土体的主动土压力情况。
3.结语
高层建筑、大型地下建筑深基坑支护工程是高层建筑和大型地下建筑施工中极其重要的环节,而基坑支护施工技术成为保证工程顺利进行、安全稳健的关键。作为建造师和岩土工程师必须根据地下建筑的特点、 施工现场周边环境和场地工程地质与水文地质情况,坚持因地制宜的原则,做出合理的深基坑支护的施工方案设计,才能保证建筑基坑安全和工程项目顺利实施。