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深基坑支护设计及施工

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《浙江建筑杂志》2014年第八期

1基坑支护设计

支护桩、冠梁、内支撑、锚杆等的设置如下。

1.1支护桩设计支护结构的侧压力主要包括土压力、水压力和地面附加荷载产生的侧压力。支护结构的土侧压力应分层按土的重度、内摩擦角、粘聚力由朗肯或库仑土压力公式予以计算[1]。支护桩采用钻孔灌注桩,设计直径为1000、1100、1200mm,桩身混凝土强度为C30;支护桩桩顶标高为-3.85m(相对标高,余同),桩底标高以进入中风化基岩不小于2m控制桩底标高。支护桩配筋为9种形式,主筋最大配筋为3625,主筋最小配筋为2425,箍筋为8@100,加强箍为18@1500。支护桩主筋锚入冠梁长度应不小于800mm,支护桩超灌高度为800mm。见图1。图1基坑支护典型剖面图

1.2冠梁设计为增强支护桩的整体刚度,桩顶设置冠梁,梁截面为1400mm×900mm,混凝土强度等级为C40,冠梁两侧各配825,梁面、梁底各配820;冠梁沿基坑周边形成封闭结构。

1.3冠梁梁面标高以上放坡、喷锚设计梁面标高为-3.00m,其上部土体按1∶0.5放坡,坡面进行80厚C20喷射混凝土内配6.5@200双向钢筋网片,并设置48×3钢管土钉@1200,L=4.5m。

1.4局部锚杆设计在局部坑底设置28钢筋锚杆@1600,L=12m,90,锚杆倾斜角为倾角20°,以增加支护桩桩端稳定性。

1.5内支撑杆设计内支撑杆分三层,内支撑杆混凝土强度为C40。第一层内支撑杆标高为-3.000m,截面尺寸及配筋分别为900mm×1000mm(配筋为杆上下各配825,杆两侧各配320,箍筋为8@200(四肢箍)+8@400双肢箍);第二层内支撑杆标高为-8.500m,截面尺寸分别为1000mm×1200mm[配筋为杆上下各配925,杆两侧各配325,箍筋为10@200(四肢箍)+10@400双肢箍];第三层内支撑杆标高为-14.000m,截面尺寸分别为1100mm×1200mm[配筋为杆上下各配1025,杆两侧各配325,箍筋为10@200(四肢箍)+10@400双肢箍]。

1.6坑内支撑的立柱设计格构式井字形钢构架作为立柱便于施工,且抗压能力及稳定性方面都较好,因此立柱设计采用格构式井字形钢构架。立柱采用Q235钢,焊条E50型,用4根角钢∠180×16与缀板440mm×200mm×10mm三边围焊焊接而成,均为满焊,焊接尺寸不得小于6mm,缀板中心间距为500mm,焊接完成的钢格构柱外包尺寸为500mm×500mm,井型钢构架的四根角钢的接头可采用剖口熔透焊,接头应错开600mm。钢构架的放置方位应有利于基础钢筋的穿越,当基础钢筋数量较多且难以穿越时,可在钢构架上开孔,但角钢开孔面积不得大于角钢全面积的20%。竖向立柱桩桩底除部分锚入工程桩,其余均锚入新打设的直径900mm的灌注桩内。钢格构柱应与钢筋笼一起置入,格构柱制作时应复核其长度,钢构柱顶部锚入支撑梁内不小于400mm、下部插入钻孔桩内3000mm。钢构架的止水片应在挖土结束后,地下室底扳混凝土浇注前施工,止水片应设在承台或底板厚度的中部附近,止水片与角钢、止水片与止水片之间焊接,焊缝高度不得小于5mm。

1.7基坑降排水设计对于施工用水及雨水等地表水,应在基坑坡顶修筑400mm×400mm砖砌排水沟截流、汇集然后抽排。基坑壁外围设置简易管井降水,钻孔D800,波纹管Φ300,外包二层80目尼龙网布,再外包一层7目铁丝网。基坑支护桩外侧设置三轴水泥搅拌桩止水帷幕,搅拌桩直径3Φ850@600,标准套打,相邻两桩施工间隔不得超过12h;采用42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比1∶1.5,水泥掺入量22%;水泥搅拌桩28d无侧限抗压强度不低于1.2MPa。局部设置高压旋喷桩止水帷幕,高压旋喷桩采用三重管法高压旋喷工艺,设计采用直径Φ800@500。基坑西南角碎石层分布处采用Φ800自流管井降水。局部基坑内壁上挂网、喷射混凝土并设置泄水孔。坑底设置明沟、集水井抽水。

1.8换撑设计施工底板时,底板混凝土浇至支护桩边形成传力带;施工楼板时,应同步实施传力构件,支护桩上的泥皮应清理干净。换撑构件(宽×高:1500mm×200mm),板面标高同楼板顶标高,配筋为14@150双层,分布筋为10@200,混凝土强度等级同地下室楼板(C30),与楼板同时浇注,最初设计换撑构件达到C30强度后方可拆除相应支撑,换撑构件间距为3000mm,但由于工期要求,难以等到换撑构件达到100%再拆除内支撑[2],因此将换撑构件中心间距调整为1500mm,换撑构件达到C20强度后拆除相应支撑。支撑拆除宜采用人工凿除,应先撑后拆,先拆除次撑,后拆除主撑。

1.9地下室后浇带处内支撑设计本工程内支撑主要为对撑与角撑相结合,由于后浇带分割楼面,导致楼面作为换撑构件时对撑方面抗压刚度减弱,同时由于本地下室结构工程中沿对撑方向布置抗侧移的混凝土墙很少,建筑结构本身不足以承担基坑侧壁的土压力,易导致基坑侧壁发生较大变形,为增强楼面轴向抗压刚度,减小轴向变形,在后浇带处增设Q235A[14槽钢,间距为1500mm,每段锚入混凝土350mm。见图2。

2土方开挖

根据本工程特点,土方开挖遵循分层、分段、分步、对称、限时的原则,尽量减少未支护暴露时间[3],在支护结构及支撑体系未达到要求之前,不得进行下层土方的开挖。机械挖土方式开挖时,严禁挖土机械碰撞支撑、立柱和支护桩。挖土机械不得直接压在支撑上,应在支撑两侧先填土,填土须高出支撑顶面,然后铺设路基箱,方可在上面通行机械车辆。每层土开挖深度不得超过1.5m。因本基坑挖深达20.8m,基坑自身狭长且周边场地狭小,通过与传统土坡道挖土方式分析对比,选择混凝土栈桥具有提高机械施工效率、节省工期、节约投资等优点。栈桥用钢格柱桩(同内支撑下的钢格柱桩)支撑;行车顶板中梁截面尺寸为900mm×1400mm(配筋为杆上下各配1025,杆两侧各配418,箍筋为10@150(四肢箍),梁侧拉筋为8@300),行车顶板厚300mm(配筋18@150双层双向),混凝土强度为C30。栈桥的纵向跨度为8m,主支撑间设置联系梁与斜撑使其连成整体,坡度1∶8,栈桥设计荷载为50kPa,并设防滑及安全防栏,栈桥平面布置见图3。

3施工顺序

三轴水泥搅拌桩施工→支护桩(钻孔灌注桩)施工→高压旋喷桩施工→冠梁标高上放坡及第一层土方开挖施工→冠梁施工及第一道内支撑施工→第二层土方开挖施工→第二道内支撑施工→第三层土方开挖施工→第三道内支撑施工→第四层土方开挖施工→地下室底板结构及底板传力带施工→地下室第五层顶板结构、换撑构件施工及第三道内支撑拆除→地下室第四层顶板结构、换撑构件施工及第二道内支撑拆除→地下室第三层顶板结构、换撑构件施工及第一道内支撑拆除→地下室外墙防水施工及回填土。

4基坑监测、检测

根据本工程基坑特点,为准确掌握基坑支护及土体变形情况,需要监测内容为土体沉降、深层土体水平位移、支撑轴力监测、地下水位观测、立柱沉降监测等。观测构件、建筑物为支撑、支护桩、周围建筑物、道路裂缝的产生和开展情况。监测频率为开挖前至少测3次初值,开挖期间1次/d,底板浇好图3栈桥平面布置示意图7d后2d1次,拆除支撑及拆后3d内2次/d。经过详细计划,落实措施,在土方开挖期间最大地面沉降为65.6mm(西面3层楼房处,出现在土方开挖完成后,地面沉降65.6mm一方面是由基坑开挖引起的,另一方面是该新建楼的自然沉降引起的)。深层土体水平位移最大一个点为60.71mm(该点位于瑏瑡轴/轴处,最大水平位移深度为11m,在土方开挖至坑底时出现,是由于土方开挖后在坑侧土压力作用下产生的),监测数据都符合要求。

5结语

(1)对于在城市的深基坑工程中,应根据基坑周边环境特点、基坑深度合理选择基坑支护方案,实践证明,本基坑工程选择的基坑支护技术是经济可行的,基坑周边土体变形相对较小,位移=60.71/20800=0.29%,符合建筑基坑监测技术规范的要求,基坑安全,说明支护设计很可靠。(2)对于本工程中存在透水性较差的粉质黏土,在三轴水泥搅拌桩做止水帷幕后,坑外降水减少水压力,坑内有碎石处设疏水井的降排水方案是经济、可行的,本工程成功解决了基坑降、排水难题。(3)对于深基坑支护应仔细研究、分析各种工况以及其带来的影响,并做好相应的措施。如利用土层被动土压力嵌固桩底端,应充分考虑开挖至底层后雨水进入坑底土层削弱被动土压力,特别对于砂土。(4)基于对本工程中深层土体水平位移、支撑轴力监测、地下水位等观测所得到的监测数据分析,得到了基坑施工中的关于基坑支护及土体变形的重要信息,做到了信息化施工。监测数据的分析应用能及时采取相应的技术措施指导施工,确保了基坑安全。

作者:包仁华秦学刘达杜耀进单位:浙江省建工集团有限责任公司杭州润灏置业有限公司

浙江建筑杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次