某培訓(xùn)中心大樓基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)

杲廣福 吳三斗 祁大鵬

由于城市土地資源愈來(lái)愈緊張,使得城市中心地帶建筑密度不斷增加,建筑物之間的距離越來(lái)越小。因此,在市中心進(jìn)行建筑開(kāi)發(fā)時(shí)基坑支護(hù)面臨的環(huán)境愈來(lái)愈復(fù)雜。某集團(tuán)內(nèi)部新建一高級(jí)培訓(xùn)中心大樓,該新建工程場(chǎng)地緊鄰一既有建筑物,本文以該工程為例,對(duì)復(fù)雜環(huán)境下基坑支護(hù)與鄰近建筑物基礎(chǔ)托換技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 工程概況與地質(zhì)條件

1.1 工程概況

擬建培訓(xùn)中心為10層框剪結(jié)構(gòu),地下1層,基坑開(kāi)挖深度為4.7 m,基坑?xùn)|西長(zhǎng)約 45 m,南北寬約19 m,基坑西側(cè)和東側(cè)均為既有多層建筑物,其中基坑西側(cè)建筑物6層,墻下條形基礎(chǔ),基礎(chǔ)外邊線距基坑開(kāi)挖線2.0 m;基坑?xùn)|側(cè)為4層建筑物,柱下獨(dú)立基礎(chǔ),基礎(chǔ)外邊線距基坑開(kāi)挖線3.5 m;基坑南側(cè)建筑物距開(kāi)挖邊線約16 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

①雜填土:雜色,松散,稍濕,含有磚、碎石、灰土等,以粉土為主,厚度0.40 m～4.60 m,平均厚度1.04 m。②粉土():灰褐色,稍密,很濕;水平層理,見(jiàn)銹斑浸染;干強(qiáng)度低,韌性低,搖振反應(yīng)中等,無(wú)光澤反應(yīng),夾薄層粉質(zhì)黏土。場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:0.50 m～4.20 m,平均厚度 2.43 m。③粉質(zhì)黏土():灰褐色,軟塑～可塑,見(jiàn)鐵錳浸染;干強(qiáng)度中等,韌性中等,無(wú)搖振反應(yīng),稍有光澤,多有機(jī)質(zhì)。場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:1.05 m～3.80 m,平均厚度2.20 m。④粉質(zhì)黏土():灰黃色,可塑,見(jiàn)鐵錳浸染,偶見(jiàn)姜石;干強(qiáng)度中等,韌性中等,無(wú)搖振反應(yīng),稍有光澤。場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:3.80 m～7.20 m,平均厚度4.95 m。⑤粉質(zhì)黏土():褐黃色,可塑,見(jiàn)鐵錳浸染,混 10%～20%姜石,直徑0.5 cm～3 cm;干強(qiáng)度中等,韌性中等,無(wú)搖振反應(yīng),稍有光澤。場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:3.50 m～6.60 m,平均厚度5.36 m。

以下土層情況此處省略,同時(shí),根據(jù)勘察報(bào)告,地下水穩(wěn)定水位埋深僅為1.0 m左右。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 方案比選

該基坑開(kāi)挖深度4.7 m,基坑?xùn)|西兩側(cè)建筑物基礎(chǔ)埋深均為1.0 m左右,雖然基坑開(kāi)挖深度一般,但由于距離建筑物較近,而且該工程場(chǎng)地土質(zhì)條件較差,地下水位較高。

根據(jù)該工程實(shí)際情況,主要考慮了以下基坑設(shè)計(jì)方案:1)采用基坑降水、灌注樁+錨桿支護(hù)方案;2)采用止水帷幕、灌注樁+錨桿支護(hù)方案;3)采用止水帷幕、超前支護(hù)錨桿+土釘支護(hù)方案;4)對(duì)相鄰建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行托換,采用止水帷幕,土釘支護(hù)方案。

方案1)采用灌注樁+錨桿支護(hù),現(xiàn)場(chǎng)空間能夠滿(mǎn)足施工要求,同時(shí)該支護(hù)形式安全系數(shù)大,施工質(zhì)量可靠,能有效控制基坑邊坡土體變形,確保建筑物安全,但工期相對(duì)較長(zhǎng),工程造價(jià)相對(duì)較高;而該場(chǎng)地地下水位較高,基坑降水將會(huì)引起周?chē)孛娌痪鶆虺两?從而可能導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)裂縫。

方案2)采用灌注樁+錨桿支護(hù)同樣可行,同時(shí)采用止水帷幕,能避免降水帶來(lái)的不利影響,但按該方案施工在空間上較為緊張,而且造價(jià)相對(duì)較高,工期較長(zhǎng)。

方案3)采用止水帷幕、超前支護(hù)錨桿+土釘支護(hù),止水帷幕同樣起到較好的止水作用,但由于相鄰建筑物荷載較大,且為舊磚混結(jié)構(gòu)房屋,對(duì)變形要求極為嚴(yán)格,故該方案危險(xiǎn)系數(shù)較高。

方案4)首先對(duì)相鄰建筑物進(jìn)行基礎(chǔ)托換,將建筑物荷載傳遞到基坑底部,大大減小了對(duì)基坑側(cè)壁的土壓力,同時(shí)對(duì)建筑物沉降的影響降至最低,再采用止水帷幕聯(lián)合土釘墻進(jìn)行支護(hù),就能夠滿(mǎn)足穩(wěn)定及安全性要求。

通過(guò)以上分析:方案4)傳力明確,支護(hù)費(fèi)用合理,技術(shù)先進(jìn),最終選擇方案4)為本工程基坑支護(hù)方案并進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2.2 基礎(chǔ)托換設(shè)計(jì)

根據(jù)總體支護(hù)方案,首先進(jìn)行既有建筑物的基礎(chǔ)托換設(shè)計(jì),此處采用應(yīng)用較廣的微型樁(或稱(chēng)為樹(shù)根樁),對(duì)西側(cè)條形基礎(chǔ)的托換設(shè)計(jì)如圖1所示。

根據(jù)既有建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行托換設(shè)計(jì),具體尺寸見(jiàn)圖2,在條形基礎(chǔ)靠近基坑一側(cè)采用微型樁進(jìn)行托換,微型樁間距為1.2 m,有效樁長(zhǎng)不小于9 m,微型樁穿透既有基礎(chǔ),并在既有基礎(chǔ)上新增混凝土承臺(tái),該新增承臺(tái)通過(guò)插筋與既有基礎(chǔ)緊密連接,形成一個(gè)整體,頂部伸入承臺(tái)50 mm,從而將上部荷載傳至微型樁及周?chē)钐幫翆印?/p>

2.3 支護(hù)剖面設(shè)計(jì)

由于相鄰建筑物進(jìn)行了托換設(shè)計(jì),基坑邊坡所受土壓力大大減小,因此,支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)采用土釘墻方案完全能夠滿(mǎn)足整體穩(wěn)定性要求,同時(shí)為進(jìn)行擋水而設(shè)置了止水帷幕,該支護(hù)剖面如圖2所示。

由于建筑物基礎(chǔ)距基坑開(kāi)挖邊線僅為2 m,現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖時(shí)將其完全挖出,可進(jìn)一步減少工程造價(jià)。止水帷幕采用兩排直徑500 mm的水泥土攪拌樁施工而成,其搭接長(zhǎng)度不小于150 mm。共設(shè)置兩排土釘,其中對(duì)第一排土釘注漿完成后,設(shè)置20a槽鋼作為腰梁,對(duì)其進(jìn)行張拉和鎖定,該設(shè)計(jì)能進(jìn)一步對(duì)邊坡施加主動(dòng)力,保持基坑邊坡穩(wěn)定。

3 基坑支護(hù)施工

該基坑雖開(kāi)挖深度較淺(4.7 m),但由于緊鄰既有磚混建筑物,施工要求較高。對(duì)該基坑支護(hù)施工要求及應(yīng)注意的主要問(wèn)題,本文列舉如下:

1)托換微型樁成孔應(yīng)采用泥漿護(hù)壁成孔,成孔清孔后,放入鋼筋籠,插入注漿管至樁孔底部,用壓力注 1∶0.3的水泥砂漿,直至灌滿(mǎn)為止,注漿壓力為0.2 MPa。2)微型樁施工5 d后進(jìn)行新增混凝土承臺(tái)的施工,承臺(tái)插筋長(zhǎng)度為500 mm,插筋孔深度250mm,插筋孔直徑為18 mm,內(nèi)灌結(jié)構(gòu)膠。3)止水帷幕應(yīng)沿基坑邊緣、在基坑周邊全部范圍內(nèi)設(shè)置,水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥做固化劑,水泥摻入比不小于15%;止水帷幕施工時(shí),應(yīng)時(shí)刻注意檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速率等參數(shù)是否符合要求,并隨時(shí)做好記錄。4)土釘與水平方向的安放角為10°,土釘施工前應(yīng)徹底查清周?chē)叵鹿芫€情況,堅(jiān)決避免意外事故發(fā)生;根據(jù)地質(zhì)情況,第一排土釘采用HPB335直徑20 mm鋼筋,當(dāng)注漿體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí),可以進(jìn)行張拉,應(yīng)注意此處張拉不同于預(yù)應(yīng)力錨桿,僅是對(duì)基坑邊坡提供一個(gè)主動(dòng)防護(hù)效果;第二排采用直徑48 mm(厚3.5 mm)的鋼管,并將其加工成花管形狀,花管按500 mm的行距,圓周3孔(直徑6 mm)均勻布置,通過(guò)花管壓力注純水泥漿。5)噴射混凝土面層厚度為80 mm,混凝土強(qiáng)度為C20,掛單層鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)固定時(shí),應(yīng)將HPB335直徑14 mm(長(zhǎng)度500 mm)的短鋼筋擊入土層,外部與面層鋼筋網(wǎng)連接,短鋼筋間距為2000 mm×2000 mm。6)基坑內(nèi)部設(shè)置疏干井,將基坑內(nèi)部的水位降低至基底以下至少0.5 m,內(nèi)部管井施工時(shí)需避開(kāi)工程樁樁位、樁承臺(tái)和剪力墻位置,同時(shí)在基坑四周,止水帷幕外側(cè)設(shè)置回灌井和觀測(cè)井,通過(guò)回灌進(jìn)一步減少周?chē)ㄖ锟赡墚a(chǎn)生的沉降。

4 結(jié)語(yǔ)

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)需緊密考慮其周?chē)闆r及地質(zhì)情況,通過(guò)多個(gè)方案的綜合比較,才能得到安全性高、經(jīng)濟(jì)合理、便于施工的設(shè)計(jì)方案。本文即綜合對(duì)比了四種方案,最終采用基礎(chǔ)托換和止水帷幕與土釘墻相結(jié)合的施工方案,既能較好地避免周?chē)ㄖ锏某两?同時(shí)減少了支護(hù)壓力,避免施工大型灌注樁帶來(lái)工期延長(zhǎng)和造價(jià)增高。工程實(shí)踐表明,該施工方案是一種經(jīng)濟(jì)、有效的針對(duì)緊鄰建筑物的深基坑支護(hù)方法,可為類(lèi)似工程提供較好的借鑒作用。

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