時(shí)空效應(yīng)法在深基坑工程中的應(yīng)用

□文/高志強(qiáng) 謝恩杰 高 斌 宋紅智

□謝恩杰、高 斌、宋紅智/天津三建建筑工程有限公司。

時(shí)空效應(yīng)法在深基坑工程中的應(yīng)用

□文/高志強(qiáng) 謝恩杰 高 斌 宋紅智

文章結(jié)合天津市泰安道一號(hào)院深基坑施工，介紹了利用時(shí)空效應(yīng)理論加快施工進(jìn)度，控制基坑變形的做法和體會(huì)。

深基坑；支撐；環(huán)梁；土方開(kāi)挖

軟土基坑工程的時(shí)空效應(yīng)法施工是近年來(lái)基坑施工的創(chuàng)新成果，時(shí)空效應(yīng)法強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)與施工的密切配合，通過(guò)合理的施工工藝，采用相應(yīng)的技術(shù)措施對(duì)基坑施工過(guò)程中每個(gè)開(kāi)挖步驟、開(kāi)挖空間幾何尺寸、支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)支撐暴露的時(shí)間和空間等施工參數(shù)進(jìn)行控制，來(lái)保證基坑穩(wěn)定，達(dá)到控制基坑變形目的。本文以英式風(fēng)情區(qū)泰安道一號(hào)院基坑工程為例，介紹在深基坑施工中合理應(yīng)用時(shí)空效應(yīng)法及混凝土早強(qiáng)技術(shù)、基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)，既加快了工期又保證安全的做法與經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

英式風(fēng)情區(qū)泰安道一號(hào)院工程位于天津市和平區(qū)保定道南側(cè)，解放北路東側(cè)。占地面積為1.49hm2，建筑面積7.2萬(wàn)m2。地上9層，局部13層（塔樓），地下2層，層高分別為5.5m和3.9m。設(shè)計(jì)標(biāo)高0.000m相當(dāng)大沽高程3.950m，現(xiàn)地坪標(biāo)高為大沽高程3.800m，相當(dāng)于設(shè)計(jì)標(biāo)高-0.150m。基坑底標(biāo)高-10.800m，基坑深坑10.650m，采用樁基礎(chǔ)。

2 基坑周邊環(huán)境

場(chǎng)地北側(cè)距離紅線16.5m，距離保定橋20.0m；西側(cè)為解放北路，距離紅線3.7m；東側(cè)為臺(tái)兒莊路，距離紅線約8.0m，南側(cè)規(guī)劃太原道，距離紅線約13.0m。土層物理和力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 土層物理和力學(xué)指標(biāo)參數(shù)

續(xù)表1

3 基坑支護(hù)方案

基坑支護(hù)采用連排灌注樁及三軸攪拌樁止水帷幕，一道鋼筋混凝土水平支撐系統(tǒng)的形式。

基坑深10.65m，采用連排灌注樁φ900mm@1100 mm，有效樁長(zhǎng)23.0m，坑下嵌入9-1粉質(zhì)粘土層。支護(hù)樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，支撐體系混凝土強(qiáng)度為C50。

基坑范圍內(nèi)含有3-2粉土層，透水性相對(duì)較強(qiáng)，為保障止水帷幕的隔水效果，采用三軸水泥土攪拌樁φ850mm@600mm作止水帷幕，連接為一個(gè)封閉的止水圈。攪拌樁長(zhǎng)16.5m，下端嵌入8-1粉質(zhì)粘土層，嵌固深度6.8m，攪拌樁上端位于地表下1.0m。

基坑平面形狀為不規(guī)則四邊形，考慮到方便施工，混凝土水平支撐布置為與腰梁相切的兩個(gè)圓形環(huán)梁。梁邊盡量外擴(kuò)，留置寬敞的施工空間，在基坑中部?jī)蓚€(gè)環(huán)梁相交處設(shè)置一組混凝土對(duì)撐。環(huán)梁周邊采用輻射撐、角撐等構(gòu)件與腰梁連接。該水平支撐系統(tǒng)受力明確，對(duì)控制基坑變形有利，能夠充分發(fā)揮環(huán)形混凝土結(jié)構(gòu)抗壓性能，支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、合理、簡(jiǎn)潔。

通過(guò)對(duì)安全性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，水平支撐系統(tǒng)標(biāo)高盡量降低，為方便施工，水平支撐系統(tǒng)在地下2層樓板上方留出適當(dāng)?shù)母叨?，方便甩筋等施工要求。故腰梁及水平支撐系統(tǒng)中心標(biāo)高設(shè)置在-3.300m，距地下2層頂板1.8m。腰梁截面尺寸1600mm×800mm；環(huán)梁半徑36m，截面尺寸 2600mm×800mm；對(duì)撐桁架截面尺寸1800mm×800mm；其他支撐桿件截面尺寸700 mm×800mm,見(jiàn)圖 1。

圖1 基坑支撐結(jié)構(gòu)平面

4 基坑開(kāi)挖施工

按照時(shí)空效應(yīng)的理念創(chuàng)新施工工藝，對(duì)基坑中土體進(jìn)行合理空間劃分，以期利用土體結(jié)構(gòu)形成的空間抵抗作用來(lái)減少支護(hù)結(jié)構(gòu)位移并結(jié)合環(huán)梁混凝土早強(qiáng)技術(shù)和基坑監(jiān)測(cè)分析，提高基坑穩(wěn)定性，保護(hù)周邊環(huán)境安全。

4.1 挖土做撐

按基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)工藝流程，第1步挖土應(yīng)至-3.700m(工況1)，然后整體澆筑混凝土環(huán)梁支撐系統(tǒng)，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求時(shí)再進(jìn)行下部土的開(kāi)挖。這種工藝一是工期長(zhǎng)；二是出土口環(huán)梁封閉施工時(shí)必須斷開(kāi)出土口，造成土方開(kāi)挖停運(yùn)；三是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)懸臂狀態(tài)時(shí)間延長(zhǎng)，增加土體的蠕變與位移，不符合基坑施工的總體思路。

根據(jù)時(shí)空效應(yīng)理念，將混凝土環(huán)梁支撐沿基坑縱向從B向A分3段澆筑。為保證環(huán)梁整體性，采用間歇式無(wú)縫施工工藝和混凝土早強(qiáng)技術(shù)，使混凝土強(qiáng)度36 h達(dá)到設(shè)計(jì)要求。環(huán)梁分段施工時(shí)挖運(yùn)土方工序和環(huán)梁施工工序形成流水作業(yè)。

第1段土方挖到環(huán)梁下皮后立即進(jìn)行第1段環(huán)梁鋼筋綁扎與混凝土澆筑，同時(shí)進(jìn)行第2段環(huán)梁處挖運(yùn)土方，隨即跟進(jìn)第2段環(huán)梁綁筋和混凝土澆筑。

待第2段環(huán)梁混凝土澆筑完成后，第1段環(huán)梁混凝土強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)在-3.700m處形成新的出土口。

當(dāng)?shù)?段環(huán)梁土方斷掉第1層土方出土口A時(shí)，第1段環(huán)梁出土口B已具備深層開(kāi)挖出土條件，這樣使整個(gè)環(huán)梁施工期間，土方開(kāi)挖連續(xù)進(jìn)行，環(huán)梁混凝土澆筑連續(xù)，加快了施工進(jìn)度，減少了支護(hù)樁處于懸臂狀態(tài)的時(shí)間，減少了基坑周邊土體的蠕變與位移?；又ёo(hù)剖面見(jiàn)圖2。

圖2 基坑支護(hù)剖面

4.2 深層土方開(kāi)挖

在軟土深基坑開(kāi)挖施工中，每步開(kāi)挖中圍護(hù)墻體的暴露空間和時(shí)間越小，則控制基坑變形的效果越好。因此加快開(kāi)挖和支撐速度的施工是提高軟土深基坑工程效果的有效措施。

遵循時(shí)空效應(yīng)理論，深層土方開(kāi)挖出現(xiàn)了許多難題。第1個(gè)難題是5月12日第1段-3.700m出土口B已形成出土條件，而第3段環(huán)梁要5月14日才能閉合，再加上需養(yǎng)護(hù)時(shí)間36h環(huán)梁才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度，要到5月16日才能重新組織第2步土方開(kāi)挖，不能保證工期要求。

為此,對(duì)土體進(jìn)行了空間劃分，利用被動(dòng)土壓力減少支護(hù)結(jié)構(gòu)位移，在第3段環(huán)梁未閉合前，提前進(jìn)行局部深挖，挖土深度按換撐位置標(biāo)高-5.500m進(jìn)行控制。挖土范圍僅限在第1段環(huán)梁范圍內(nèi)并沿環(huán)梁內(nèi)徑保留5m寬被動(dòng)土壓帶，在局部深挖過(guò)程中一是嚴(yán)格控制挖土空間，二是及時(shí)進(jìn)行基坑變形監(jiān)測(cè)。由于措施得當(dāng)，至環(huán)梁閉合后，最大樁頂位移僅6mm。

第1步開(kāi)挖自然地坪-0.150～-3.700m，掘深3.55m。在第1步挖土過(guò)程中，隨挖隨進(jìn)行環(huán)梁施工，在第2步土開(kāi)挖與環(huán)梁閉合這段時(shí)間內(nèi)，對(duì)1軸交U軸，1軸交A軸，12軸交U軸，12軸交A軸4個(gè)角部進(jìn)行下挖，挖土深度至-5.400m。待環(huán)梁閉合且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)挖第2步-3.700～-10.800m，挖深7.1m，挖土方量74000m3,見(jiàn)圖3。

圖3 走土路線及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

環(huán)梁閉合并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開(kāi)始正式深挖，為減少基坑變形與位移，遵循分層、均勻、對(duì)稱(chēng)的原則，中心留島。先從支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度較大、軸力較小的部位深挖，逐步均勻、對(duì)稱(chēng)的向中央對(duì)撐開(kāi)挖，使軸力小的部位先受力，軸力大的部位晚受力，變形小處先受荷，變形大處晚受荷。由于“時(shí)空效應(yīng)”理念明確，空間劃分合理，有效控制了基坑變形。

在整個(gè)土方開(kāi)挖施工過(guò)程中，由支撐系統(tǒng)底標(biāo)高-3.700m處開(kāi)始至-10.80m槽底墊層混凝土澆筑完畢，挖土方量74000m3僅用時(shí)15d。在深挖過(guò)程中，挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后快速跟進(jìn)，進(jìn)行混凝土墊層施工，形成流水式不間斷作業(yè)。在確保工程質(zhì)量的前提下縮小圍護(hù)墻體的暴露空間和時(shí)間，為保證基坑工程的順利完工創(chuàng)造了堅(jiān)實(shí)有力的前提條件。

5 基坑監(jiān)測(cè)

5月14日環(huán)梁整體施工完畢，環(huán)梁閉合，開(kāi)始大面積深挖；5月29日，土方工程結(jié)束，墊層澆筑完畢。具體監(jiān)測(cè)數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從表2可以看出，在土方開(kāi)挖施工過(guò)程中，充分遵循時(shí)空效應(yīng)原理進(jìn)行施工，可有效控制基坑的變形，保護(hù)周?chē)h(huán)境。

6 結(jié)論

經(jīng)過(guò)此次實(shí)踐，充分體會(huì)到“分層、分步、均勻、對(duì)稱(chēng)”的時(shí)空效應(yīng)理念在深基坑施工中的重要性。在施工技術(shù)上要合理布置開(kāi)挖流程，充分發(fā)揮被動(dòng)區(qū)土體抵擋并延緩圍護(hù)結(jié)構(gòu)——連排灌注樁變形的作用。加強(qiáng)各道工序的連續(xù)性、合理性，縮短施工工期，減少?lài)o(hù)結(jié)構(gòu)的暴露時(shí)間。

在應(yīng)用時(shí)空效應(yīng)原理的同時(shí)，還要考慮基坑自身及其周邊環(huán)境，因?yàn)橹蜗到y(tǒng)的自身結(jié)構(gòu)、施工進(jìn)度，出土?xí)r間的限制等因素會(huì)導(dǎo)致局部區(qū)域無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)空效應(yīng)原理，這樣就要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行必要的調(diào)整，以最大限度的滿(mǎn)足時(shí)空效應(yīng)原理。

在大型公建超深超大基坑中應(yīng)用時(shí)空效應(yīng)理念，加強(qiáng)與設(shè)計(jì)結(jié)合，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)工況要求的前提下，可以在環(huán)梁未閉合的工況下提前實(shí)現(xiàn)局部開(kāi)挖，從而加快施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)混凝土支護(hù)環(huán)梁分段澆筑。

TU447

C

1008-3197（2011）04-12-03

2011-04-01

高志強(qiáng)/男,1958年出生,高級(jí)工程師,天津天房建設(shè)建筑工程有限公司總經(jīng)理,從事施工管理工作。

□謝恩杰、高 斌、宋紅智/天津三建建筑工程有限公司。