摘要:对于地下室基坑支护,是项目开工的开始,对于基础的施工,对周边建筑物的影响,甚至整个工程施工的顺利进行起到关键作用,特别需要引起重视。本文结合某工程实际,提出了深基坑支护方案的优化与施工方法。
关键词:地下室;深基坑;支护方案;施工
一、工程概述
该工程位于某市新城中心地下室,基坑开挖面积12660m2左右,支护结构延长米约452m;基坑周边自然地坪绝对标高为2.400m,基坑周圈开挖深度为11.4～13.1m。邻周环境:东侧:基坑边有一条16m宽的规划道路,现作为临近几个工地的主要施工道路,将来很可能作为本工程的主要施工道路,因此车辆荷载非常大。北侧:有一条20m宽的规划道路,道路对面为某单位大楼基坑,地下室施工期间,南侧将作为材料制作场地和某单位大楼的主要的施工堆场和行车通道。西侧:有一条20m宽的规划道路,地下室施工期间西侧作为一些材料堆场。南侧:场地非常开阔,全部临时施工用房位于南侧,距离基坑边较远,南侧同时也用作材料周转场地。
二、深基坑支护方案的优化与施工
(一)平面支撑体系
根据本基坑的特点、实际施工条件及以往工程经验,经过多个方案的选择和比较,最后决定选用以下支护体系:
基坑采用排桩+三道钢筋混凝土水平内支撑的支护结构形式:支护桩采用ø700～ø800的钻孔灌注桩,支撑体系提供了两种方案:
方案一:采用两个半圆+三肢对撑的结构形式;该结构形式具有刚度好,变形小,无支撑挖土作业面大,同时方便地下室按后浇带分区施工,充分考虑了地下室由西向东分区施工,四个角和对撑均可以独立拆除,极大地方便了地下室地作业,缩短工期。
方案二:采用多道角撑的形式布置;该支护结构形式具有安全可靠变形小、挖土施工相对比较方便及施工经验丰富等优点,为本地区经典的地下室基坑支护形式,并在设计院设计的多个类似基坑工程中得到成功应用。
(二)竖向支护体系(三道支撑)
未采用两道支撑的原因:由于地下一层楼板标高较低,若采用两道支撑,则换撑时存在较大问题:如果一道支撑标高位于一层楼板以上,则二道支撑拆除时一道支撑与地下室底板间高度达到8m多,变形将会很大;如果一道支撑标高位于一层楼板以下,则一道支撑拆除时支护结构上部悬臂过大,变形也会很大。
一道围梁面标高设置在自然地坪以下0.5m处(为了与某单位大楼支撑体系的连接,并确保二者南北向的平衡,二个基坑的支撑面标高基本统一),二道围梁及支撑面标高降到自然地坪以下4.9m处,三道围梁及支撑面标高降到自然地坪以下9.35m处,这样做改善了桩身内力分布,减少了桩身变形,同时保证两道支撑之间净间距在3.7m以上,保证施工车辆和挖机可以在支撑间(主支撑适当加高)行走作业,为基坑施工提供尽可能充足的空间。
支护桩均穿越淤泥质土进入土性相对较好的粘土或粉质粘土层,以防止踢脚,减少变形。
为了保证支护桩竖向承载力满足施工期间荷载(三道支撑自重、暴露段围护桩自重、桩侧负摩阻以及施工车辆等)要求,避免由于支护桩竖向承载力不够,支撑体系产生较大的差异沉降,出现支护结构失稳的问题,支护桩采用长短桩间隔布置的形式。
支护桩桩外侧设置大功率水泥搅拌桩,以防止桩间水土流失,从而减少坑外土体的变形;同时拉大桩净间距至200以减少了钻孔桩的数量,节省了造价。
考虑到基坑北侧临近同期施工的交通委大楼三层地下室基坑,基坑南北向存在很严重的土压力不平衡问题,在基坑的北侧设置格栅式水泥搅拌桩进行主动区加固,以改良北侧主动区土性,增加抵抗北侧不平衡抗力,同时北侧围护结构与交通委大楼围护结构通过连梁和板连接,北侧围护桩在计算桩径基础上放大一级设计,确保该侧围护结构的整体刚度。尽可能利用工程桩作为立柱桩,并减小计算深度。
(三)基坑土方开挖
基坑开挖施工是整个地下工程施工的关键工序,土方开挖应注意以下几点:支护桩施工完成后,施作压顶梁、竖向钢格构支撑和第一道钢筋混凝土水平支撑。当支撑的强度达到设计要求时,进行土方的开挖。挖地槽至二道环梁及支撑底标高,设二道环梁及支撑,当二道支撑的强度达到设计要求时,进行土方的开挖。重复完成至第三道支撑。土方开挖严格按设计工况分层分区进行,并且要对称开挖,竖向分层的厚度根据基坑深度不同而不同,每层中又分几个开挖亚层,每次开挖亚层的厚度不能超过1.0m。挖土以机械为主,人工为辅,底板底以下土体必须用人工开挖。机械挖土至设计标高后,立即进行人工修土和设垫层,并必须在12h内完成。用机械挖土时必须注意,挖土深度严禁超过设计标高,避免扰动开挖面以下的坑内土体原状结构,不得损坏工程桩、支护桩、立柱及支撑。基坑内挖出的土方及时外运,基坑四周卸土范围内不得堆载,否则会使支护结构变形过大,危及基坑安全。
三、施工监测
(一)监测点埋设
基坑土体开挖施工期间加强对基坑支护结构、周围建筑物、工程桩、邻近道路及管线的观测,发现异常情况必须及时通知有关单位,以便采取有效措施,消除隐患,确保基坑内外的安全。
(1)深层土体位移观测。在基坑支护结构较薄弱和较重要部位,设置10个深层土体位移观测孔。测斜管埋深28～37m左右,并在土体开挖前10d埋设完成。
(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。
(3)水平位移观测。在水平围梁、工程桩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。
(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)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。
(6)地下水位的监测。设孔来加强对基坑北侧的地下水位监测。
(7)桩身应力测试。选取两根长桩进行桩身应力测试,通过对桩身应力变化的全程监控,可以更好地指导施工。钢筋计的数量和位置监测单位可结合自身的经验进行确定。
(二)监测结果分析
深层土体位移观测。在基坑支护结构外侧四周埋置13根测斜管,埋深约为30m;观测孔必须在土体开挖前15d埋设。
监测情况:水平位移拆撑前最大45mm,拆撑后最大增加15mm。表明基坑的围护结构及支护系统施工较为成功,在基坑开挖时各监测项目实测值都在预测警戒值范围以内。
四、结语
(1)由于整个施工过程进行了监测,及时获得有关数据,对整个施工进行了合理的安排,对挖土速度进行有效控制,使得整个施工过程得以顺利进行。
(2)采用水平拱圈加对撑的支护体系,最大化地减小了基坑覆盖面积,便于施工。而且环形结构充分利用了混凝土的高受压性能,使得工程的造价更趋经济。
(3)埋设检测项目完整,检测的数据均在设计控制范围,信息应用及时,应急措施及时正确。
(4)应急预案须考虑充分,出现问题第一时间及时处理,把对邻周环境影响降至最小。
参考文献:
[1]王文灿、仲晓梅、詹学智:软土地区深基坑逆作法施工下立柱的竖向位移分析,建筑结构,2010(3)
[2]曹维昌:周边有建筑存在条件下的深基坑施工策略分析,建筑设计管理,2010(2)
[3]李金刚、张锦灵、谢林:驻马店新百汇大厦深基坑支护设计与施工,探矿工程(岩土钻掘工程),2010(2)
关键词:地下室;深基坑;支护方案;施工
一、工程概述
该工程位于某市新城中心地下室,基坑开挖面积12660m2左右,支护结构延长米约452m;基坑周边自然地坪绝对标高为2.400m,基坑周圈开挖深度为11.4～13.1m。邻周环境:东侧:基坑边有一条16m宽的规划道路,现作为临近几个工地的主要施工道路,将来很可能作为本工程的主要施工道路,因此车辆荷载非常大。北侧:有一条20m宽的规划道路,道路对面为某单位大楼基坑,地下室施工期间,南侧将作为材料制作场地和某单位大楼的主要的施工堆场和行车通道。西侧:有一条20m宽的规划道路,地下室施工期间西侧作为一些材料堆场。南侧:场地非常开阔,全部临时施工用房位于南侧,距离基坑边较远,南侧同时也用作材料周转场地。
二、深基坑支护方案的优化与施工
(一)平面支撑体系
根据本基坑的特点、实际施工条件及以往工程经验,经过多个方案的选择和比较,最后决定选用以下支护体系:
基坑采用排桩+三道钢筋混凝土水平内支撑的支护结构形式:支护桩采用ø700～ø800的钻孔灌注桩,支撑体系提供了两种方案:
方案一:采用两个半圆+三肢对撑的结构形式;该结构形式具有刚度好,变形小,无支撑挖土作业面大,同时方便地下室按后浇带分区施工,充分考虑了地下室由西向东分区施工,四个角和对撑均可以独立拆除,极大地方便了地下室地作业,缩短工期。
方案二:采用多道角撑的形式布置;该支护结构形式具有安全可靠变形小、挖土施工相对比较方便及施工经验丰富等优点,为本地区经典的地下室基坑支护形式,并在设计院设计的多个类似基坑工程中得到成功应用。
(二)竖向支护体系(三道支撑)
未采用两道支撑的原因:由于地下一层楼板标高较低,若采用两道支撑,则换撑时存在较大问题:如果一道支撑标高位于一层楼板以上,则二道支撑拆除时一道支撑与地下室底板间高度达到8m多,变形将会很大;如果一道支撑标高位于一层楼板以下,则一道支撑拆除时支护结构上部悬臂过大,变形也会很大。
一道围梁面标高设置在自然地坪以下0.5m处(为了与某单位大楼支撑体系的连接,并确保二者南北向的平衡,二个基坑的支撑面标高基本统一),二道围梁及支撑面标高降到自然地坪以下4.9m处,三道围梁及支撑面标高降到自然地坪以下9.35m处,这样做改善了桩身内力分布,减少了桩身变形,同时保证两道支撑之间净间距在3.7m以上,保证施工车辆和挖机可以在支撑间(主支撑适当加高)行走作业,为基坑施工提供尽可能充足的空间。
支护桩均穿越淤泥质土进入土性相对较好的粘土或粉质粘土层,以防止踢脚,减少变形。
为了保证支护桩竖向承载力满足施工期间荷载(三道支撑自重、暴露段围护桩自重、桩侧负摩阻以及施工车辆等)要求,避免由于支护桩竖向承载力不够,支撑体系产生较大的差异沉降,出现支护结构失稳的问题,支护桩采用长短桩间隔布置的形式。
支护桩桩外侧设置大功率水泥搅拌桩,以防止桩间水土流失,从而减少坑外土体的变形;同时拉大桩净间距至200以减少了钻孔桩的数量,节省了造价。
考虑到基坑北侧临近同期施工的交通委大楼三层地下室基坑,基坑南北向存在很严重的土压力不平衡问题,在基坑的北侧设置格栅式水泥搅拌桩进行主动区加固,以改良北侧主动区土性,增加抵抗北侧不平衡抗力,同时北侧围护结构与交通委大楼围护结构通过连梁和板连接,北侧围护桩在计算桩径基础上放大一级设计,确保该侧围护结构的整体刚度。尽可能利用工程桩作为立柱桩,并减小计算深度。
(三)基坑土方开挖
基坑开挖施工是整个地下工程施工的关键工序,土方开挖应注意以下几点:支护桩施工完成后,施作压顶梁、竖向钢格构支撑和第一道钢筋混凝土水平支撑。当支撑的强度达到设计要求时,进行土方的开挖。挖地槽至二道环梁及支撑底标高,设二道环梁及支撑,当二道支撑的强度达到设计要求时,进行土方的开挖。重复完成至第三道支撑。土方开挖严格按设计工况分层分区进行,并且要对称开挖,竖向分层的厚度根据基坑深度不同而不同,每层中又分几个开挖亚层,每次开挖亚层的厚度不能超过1.0m。挖土以机械为主,人工为辅,底板底以下土体必须用人工开挖。机械挖土至设计标高后,立即进行人工修土和设垫层,并必须在12h内完成。用机械挖土时必须注意,挖土深度严禁超过设计标高,避免扰动开挖面以下的坑内土体原状结构,不得损坏工程桩、支护桩、立柱及支撑。基坑内挖出的土方及时外运,基坑四周卸土范围内不得堆载,否则会使支护结构变形过大,危及基坑安全。
三、施工监测
(一)监测点埋设
基坑土体开挖施工期间加强对基坑支护结构、周围建筑物、工程桩、邻近道路及管线的观测,发现异常情况必须及时通知有关单位,以便采取有效措施,消除隐患,确保基坑内外的安全。
(1)深层土体位移观测。在基坑支护结构较薄弱和较重要部位,设置10个深层土体位移观测孔。测斜管埋深28～37m左右,并在土体开挖前10d埋设完成。
(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。
(3)水平位移观测。在水平围梁、工程桩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。
(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)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。
(6)地下水位的监测。设孔来加强对基坑北侧的地下水位监测。
(7)桩身应力测试。选取两根长桩进行桩身应力测试,通过对桩身应力变化的全程监控,可以更好地指导施工。钢筋计的数量和位置监测单位可结合自身的经验进行确定。
(二)监测结果分析
深层土体位移观测。在基坑支护结构外侧四周埋置13根测斜管,埋深约为30m;观测孔必须在土体开挖前15d埋设。
监测情况:水平位移拆撑前最大45mm,拆撑后最大增加15mm。表明基坑的围护结构及支护系统施工较为成功,在基坑开挖时各监测项目实测值都在预测警戒值范围以内。
四、结语
(1)由于整个施工过程进行了监测,及时获得有关数据,对整个施工进行了合理的安排,对挖土速度进行有效控制,使得整个施工过程得以顺利进行。
(2)采用水平拱圈加对撑的支护体系,最大化地减小了基坑覆盖面积,便于施工。而且环形结构充分利用了混凝土的高受压性能,使得工程的造价更趋经济。
(3)埋设检测项目完整,检测的数据均在设计控制范围,信息应用及时,应急措施及时正确。
(4)应急预案须考虑充分,出现问题第一时间及时处理,把对邻周环境影响降至最小。
参考文献:
[1]王文灿、仲晓梅、詹学智:软土地区深基坑逆作法施工下立柱的竖向位移分析,建筑结构,2010(3)
[2]曹维昌:周边有建筑存在条件下的深基坑施工策略分析,建筑设计管理,2010(2)
[3]李金刚、张锦灵、谢林:驻马店新百汇大厦深基坑支护设计与施工,探矿工程(岩土钻掘工程),2010(2)