关于深基坑支护技术的探究

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  摘要:基坑工程是一门具有综合性强、危险性大等特点的系统工程,支护技术的优劣对工程质量、成本及进度产生直接影响,选择合理的基坑支护技术,对保证基坑顺利开挖、地下构筑物安全、施工期间临近建(构)筑物及附近地下工程免受破坏起着决定性的作用。本文简要阐述了某工程的概况,依据工程周边环境,对施工部署及支护方案进行分析研究,希望保障工程项目顺利进行。
  关键词:工程施工;既有基坑;支护
  前言
  随着社会经济的飞速发展,在现代城市的建设中,城市地面的空间已经渐渐趋于饱和,导致地面设施的密集程度增加,在城市用地日益紧张的情况下,经常遇见在已有建筑周边进行深基坑开挖,并施做支护结构。深基坑建设在土木工程运用中最为繁杂的工程技术之一,在遵循安全可行、经济合理、施工便捷、环境保护等原则找出一套科学合理且可操作强的深基坑支护方案优选方法,是十分必要及有意义的。
  1.基坑支护设计概况
  某工程总建筑面积为229107m2,地上包括4个单体,基坑面积约21000m2,基坑开挖深度约22.65m。深基坑采用挡土墙+护坡桩+预应力锚杆支护形式,局部采用复合土钉墙支护,美术馆区域顶部采用1道钢管对撑+格构柱组合内支撑。根据挖深及周边情况不同,基坑支护形式见图1。
  2.美术馆周边环境分析
  美术馆基坑北侧高层建筑为昆仑公寓,其基础为天然地基,坑底埋深-18.5m,与之相邻的美术馆北侧坑底埋深-23.35m,高差为4.85m。昆仑公寓基坑支护形式为钻孔灌注桩+预应力锚杆支护,支护桩φ800mm@1500mm,桩长21.8m,埋深-24.3m,与之相邻的美术馆北侧支护桩埋深-27.7m,高差达3.4m。美术馆基坑支护桩距离昆仑公寓原有支护桩约3~8m,肥槽宽度为1m,见图2。
  3.施工部署及支护方案调整
  3.1 施工部署调整
  原基坑土方开挖方案为“先撑后挖,分层对称开挖”,开挖方向从东向西退后开挖,出土马道设置于基坑西侧。由于美术馆基坑东侧有1根φ2000mm给水管道影响支护桩施工,需要将给水管改道,审批手续及改道时间对项目的整体工期影响很大,因此需调整土方开挖方向,改为由西向东开挖,东西塔楼及酒店主体结构先行施工,出土坡道置于美术馆区域,由于美术馆第一道支撑采用水平钢管对撑,对撑结构影响下部土体的开挖进度,因此需要调整支护设计方案,改善出土条件。
  3.2 美术馆基坑支护方案调整
  美术馆原基坑支护见图3。一道钢管对撑+格构柱组合内支撑;东侧及南侧采用4-4剖面,即支护桩+3道预应力锚杆。北侧采用5-5剖面,即支护桩+花管注浆+1道预应力锚杆,见图4。
  经现场调查研究并经专家论证后,方案调整如下,见图5和图6。
  美术馆基坑对撑钢管及钢梁取消,在基坑4个角部设置钢管角撑,酒店相邻的角部以酒店框架柱为支座,设置钢管角撑。
  昆侖公寓支护桩与美术馆支护桩之间降土4m,昆仑公寓原支护桩与美术馆支护桩在-4.0m处浇筑混凝土拉梁连成整体,地面进行袖阀管注浆,卸土后形成的边坡喷射混凝土并对卸土范围进行防雨处理,采取雨水引流措施。
  -0.7m处冠梁转角设置混凝土斜拉梁,竖向-8.7、-11.7m增加2道预应力斜拉锚索。
  将5-5剖面花管注浆取消,改为利用昆仑公寓原基坑支护设计锚索对拉、锁定,作为一道可靠支撑。
  将5-5剖面中-18.7m处1道30°角预应力锚杆改为-12.7m处1道40°角预应力锚杆,-17.7m处1道35°角预应力锚杆。
  在4-4剖面中-8.7m处增加1道30°角预应力锚杆,锚杆间距为1600mm(一桩一锚),杆长15.0m。
  4.施工要点
  4.1 预应力斜拉锚索施工
  在酒店东北侧基坑支护阳角位置竖向增加2道预应力斜拉锚索,标高分别为-8.7、-11.7m。锚杆钻机以45°在阳角位置钻孔,钻通后每个孔内放2根钢绞线,两侧上I25B钢腰梁对拉,张拉锁定值为20t。
  4.2 混凝土斜拉梁施工
  基坑支护阳角冠梁-0.7m处增加2道混凝土斜拉梁,斜拉梁截面尺寸分别为600mm×800mm和600mm×1500mm,混凝土强度等级为C40,见图7。新增连梁主筋与支护桩植筋连接,植筋深度  4.3 对拉锚索施工
  基坑土方开挖至-10m时,在美术馆支护桩内侧-9.5m处,利用昆仑公寓已有锚索,安装I25B钢腰梁及锁具,张拉锁定,作为一道稳定支撑。避免张拉力过大引起土体变形,锚索张拉锁定力按15t考虑。张拉前先取设计轴向力的0.1倍对锚杆预张拉1~2次,进行锚具受力调整,再正式张拉。钢绞线正式张拉时宜分3~4次张拉至设计荷载,回缩锁定在设计荷载的80%后,停留10min左右,在预应力没有明显衰减时,用夹片锁紧。
  4.4 混凝土对拉连梁施工
  将美术馆及昆仑公寓基坑支护桩通过混凝土对拉连梁连成整体,对拉连梁水平间距为3.6m,即每隔一根桩设置一道对拉连梁。梁顶标高为-4.7m,连系梁截面尺寸为1.2m×0.8m,混凝土强度等级为C40。卸载区土方开挖至-4.7m,清理出两侧基坑支护桩,将其-5.5~4.7m范围内的混凝土保护层剔掉,露出钢筋笼主筋。用φ22mm钢筋将新旧基坑支护桩钢筋连接在一起,连接方式为焊接,单面焊  4.5 钢管角撑安装
  设置。美术馆区域东侧设置2道钢管角撑,标高分别为-6.05、-14.2m,西侧设置一道钢管角撑,标高为-14.2m。钢管角撑均为φ609mm×16mm的钢管,钢管角撑长度超过15m设置1个格构柱支点,在格构柱下方设置支托桩。   加工。钢围檩及托架采用Q235钢,单段钢围檩长度以6m为主,现场拼装。钢围檩由两块紧贴桩的厚度为20mm的连续钢板和双拼I45B钢梁、钢肋板及钢缀板焊接而成。角撑处钢围檩上的剪力蹬角度与角撑角度一致。根据基坑的宽度钢管支撑设置各种长度规格的管节,钢管角撑一端设固定端、一端设活动端。
  安装。安装前根据计算,将标准管节先在地面进行预拼接并检查支撑的平整度,其两端中心连线的偏差度控制在20mm以内,采用汽车吊一次性吊装到位。吊装前需将预先加工好的牛腿用膨胀螺栓固定在护坡桩上,按设计图纸要求,在其上安设已有抗剪凳的钢围檩并用混凝土填充钢围檩与护坡桩间空隙。
  角撑与围护结构有一定的夹角,安装前先将角撑支座与双拼钢围檩的加强钢板四周满焊,焊接检查合格后安装支撑。斜支撑和钢围檩的连接构造必须满足抗剪要求。[30B槽钢连系梁与钢管支撑通过φ16mm钢丝绳连接牢靠。
  牛腿支座施工。靠近酒店一側的钢管角撑一端顶在支护桩围檩上,另一端顶在框架柱根部,-3层框架柱施工时预留埋件。在框架柱两个方向增加混凝土牛腿,混凝土牛腿宽度与结构梁宽度一致,见图9。
  4.6 基坑土方开挖安排
  美术馆区域的土方开挖执行“先撑后挖”的原则,即“由上向下分层支撑,分层对称开挖”。为保证基坑安全,基坑内-18.0m以下土方分2次开挖,美术馆基础底板分2次施工,施工缝设置在5m轴与6m轴之间的伸缩后浇带位置,第一段基础底板施工完成后,再进行第二段土方开挖。
  4.7 换撑及拆撑
  钢管角撑位于-4层板顶及-2层板顶,随着结构施工进度逐步拆除钢管角撑。-4层结构施工完成后,对外墙基层进行清理,施工外墙防水,外墙及顶板混凝土强度达到75%后,回填C15素混凝土并回填300mm厚C30素混凝土换撑带,拆除-14.2m钢管角撑。-2层地下室结构施工完成后,依上述步骤拆除-6.05m钢管角撑,见图10。
  5.结语
  深基坑工程是一个复杂性高、风险性大、周期性长的综合工程,而深基坑支护技术的好坏,将直接对建筑的整体安全及稳定性产生极大影响。选取既安全又合理地选择施工方法与支护结构,进行紧邻已有基坑支护结构的超深基坑施工,能帮助工程的顺利进行,提高深基坑施工经济效益、社会效益。
  参考文献:
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