深大基坑緊鄰邊坡后設(shè)塔吊基礎(chǔ)加固設(shè)計與應(yīng)用

韓建聰

(中國建筑股份有限公司，北京 101300)

隨著國際化大型建筑工程日益發(fā)展，深大基坑工程越來越多，為滿足建筑工程施工進度和成本要求，在深大基坑邊坡附近安設(shè)塔吊也成為一種發(fā)展方向。在實際工程中，工程技術(shù)人員如何根據(jù)工程現(xiàn)場實際環(huán)境合理科學(xué)的設(shè)置塔吊基礎(chǔ)，并對塔基進行有效、安全地加固處理以滿足各種承載要求，是我們必須面臨和解決的一個課題。本文重點介紹一種針對工程實際情況，研究開發(fā)并得到成功應(yīng)用的深大基坑邊坡附近后設(shè)塔吊基礎(chǔ)加固處理技術(shù)。

1 工程概況

北京某大型醫(yī)院工程位于北京市朝陽區(qū)繁華地段，總建筑面積55 000 m2，其中地上 42 000 m2，地下 12 000 m2，建筑高度為90 m，地上19層，地下2層，工程結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)?；娱_挖面積為87 m×130 m，基坑開挖最深為12 m，邊坡上部3 m采用土釘支護，下部采用樁錨支護，工程屬于深基坑開挖(見圖1)。

2 施工難點

本工程總承包單位進場時，建設(shè)單位已經(jīng)委托其他基坑土方施工單位完成了醫(yī)院工程的深基坑土方開挖和深基坑支護。因此，當(dāng)總承包單位在基坑支護完成后進場時，垂直運輸機械塔吊的合理布置成為總承包單位的一個難題。

圖1 解放軍醫(yī)院工程基坑平面布置圖

3 初步設(shè)計構(gòu)想

由于本工程建筑面積與平面占地面積都比較大，約為85.7 m×128 m，垂直運輸部署總體思路本著塔吊配置既要滿足現(xiàn)場施工進度安全要求，又要盡可能的節(jié)約成本支出，實現(xiàn)塔吊配置最優(yōu)化。為此，總承包項目部經(jīng)過征求廣大工程技術(shù)人員的建議意見，集思廣益，取長補短，初步提出三個方案。方案一:根據(jù)該工程平面面積大、工期緊的特點，在建筑物的北側(cè)、南側(cè)、東側(cè)各布置1臺塔吊，其中北側(cè)南側(cè)塔吊布置于基坑內(nèi)，東側(cè)塔吊布置于遠(yuǎn)離基坑10 m之外的場地上。方案二:選擇在基坑西側(cè)、東側(cè)各布置1臺塔吊，西側(cè)、東側(cè)塔吊布置于基坑內(nèi)。東側(cè)塔吊布置時，需要將東側(cè)部分原有基坑支護拆除，重新挖出塔吊布置空間，之后再對邊坡進行支護。方案三:選擇在西側(cè)基坑內(nèi)布置1臺塔吊，在東側(cè)基坑邊上臨近邊坡0.9 m處布置1臺塔吊，但是需要對塔吊基礎(chǔ)進行特殊處理和加固，即對塔吊基礎(chǔ)進行微樁加固。

4 設(shè)計方案決策

通過工程技術(shù)人員對三個初步方案的認(rèn)真分析比較，總體認(rèn)為，方案一:設(shè)置3臺塔吊雖然可以滿足工程進度工期要求，但是3臺塔吊的機械投入成本較高;方案二:設(shè)置2臺塔吊，較方案一雖然節(jié)約了1臺塔吊，但是需要對東側(cè)基坑邊坡進行拆除、挖土和重新支護，又需要增加大筆投入;方案三:設(shè)置2臺塔吊，在方案一基礎(chǔ)上減少1臺塔吊，同時，不需要對東側(cè)原有邊坡進行拆除和重新支護，減少了投入1臺塔吊的費用和東側(cè)邊坡拆除支護的成本，既能滿足工程進度需求，又能節(jié)約成本。方案三需要對東側(cè)塔吊基礎(chǔ)進行特殊加固處理，以滿足使用要求。

東側(cè)塔吊選擇1臺H3/36B型號塔吊，放置于深基坑邊坡處，塔吊基礎(chǔ)緊鄰基坑邊。塔吊廠家說明書要求地基承載力不小于200 kPa。經(jīng)查看本工程地質(zhì)勘查報告，場地+0.000 m～-12.000 m深度范圍內(nèi)天然地基承載力無法滿足塔吊廠家要求的200 kPa的地基承載力，所以必須對塔吊基礎(chǔ)進行加固處理。由于本工程基坑支護工程已完畢，周邊環(huán)境復(fù)雜，若施工基礎(chǔ)樁，機械設(shè)備已經(jīng)無法進場實施;如果采用人工挖孔樁，北京市區(qū)不允許，因此，我們經(jīng)過認(rèn)真研究和征求建筑工程業(yè)內(nèi)專家意見，決定采用“微樁群+土釘群”的加固支護方案來解決這個問題(西側(cè)塔吊放置于基坑內(nèi)，塔吊基礎(chǔ)按照廠家要求制作滿足使用要求)。

5 微樁加固技術(shù)

5.1 工程地層情況

本工程場地地層以粘性土、粉土為主。其地層如下:

①人工堆積層:房渣雜填土①層，松散～中上密，濕～飽和，較軟～硬;粘質(zhì)粉土素填土①1層，褐黃色，松散～中密，濕～飽和，較軟，平均厚度1.5 m。

②第四紀(jì)沉積層:層頂標(biāo)高為18.33 m～42.30 m，平均厚度為24 m。各層如下:砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土②層，褐黃～褐灰色，中密，飽和，中硬，夾②1層粉質(zhì)粘土和②2層粉砂。粉砂、細(xì)砂③層，灰～褐黃色，中密～密實，飽和，較硬，夾粉質(zhì)粘土薄層。粉質(zhì)粘土④層，黃褐～褐黃色，飽和，可塑～硬塑，中硬，夾粘質(zhì)粉土～砂質(zhì)粉土④1層。砂質(zhì)粉土～粘質(zhì)粉土⑤層，褐黃，密實，飽和，中硬，夾細(xì)砂⑤1層。

5.2 微樁群加固技術(shù)

東側(cè)塔基混凝土承臺平面為5.6 m×5.6 m，厚度為1 350 mm，基礎(chǔ)中心離深基坑邊壁為3.7 m。設(shè)計布置25根微樁，孔徑150 mm，微樁內(nèi)置φ80鋼管，整個孔洞用P.O32.5水泥漿注滿，每根微樁全長13.85 m，其中伸入土體中12.5 m，超過基坑底部2 m，外露1.35 m將與塔基承臺澆筑在一起。微樁均勻布置在承臺平面中，微樁之間間距1.1 m，周邊微樁離各自承臺邊壁為1.15。微樁設(shè)置見圖2。

圖2 微樁及土釘布置平面圖

5.3 土釘群加固技術(shù)

東塔基礎(chǔ)西側(cè)離基坑邊壁僅0.9 m距離，北側(cè)離基坑邊壁5.7 m。在東塔基礎(chǔ)北側(cè)離地面1.0 m處，布設(shè)一排(4根)土釘，土釘全長為8 m，其中伸入土體分別為5 m，孔徑100 mm，土釘間距1.0 m左右;東塔基其他兩面離地面1.0 m處，各自均布設(shè)一排(4根)土釘，土釘全長12 m，其中伸入土體9 m，孔徑100 mm，土釘間距1.1 m左右;共布設(shè)12根土釘。外露的土釘鋼筋必須與塔基承臺澆筑在一起。土釘設(shè)置見圖2，1—1基礎(chǔ)斷面圖見圖3。

圖3 1—1基礎(chǔ)斷面圖

6 受力計算

我們須對東側(cè)塔吊進行受力計算。

1)塔吊作用力參數(shù):

2)基礎(chǔ)尺寸:廠家給定5 600 mm×5 600 mm×1 350 mm。

3)天然地基參數(shù):fak=100 kN/m2，容重19 kN/m3。

4)基礎(chǔ)底面作用力:

5)偏心距:

對于方形基礎(chǔ):ex=0.707e=0.707 ×1.09=0.77 m。

6)微樁群設(shè)計參數(shù):

塔吊緊鄰基坑，取樁長稍大于坑深L=12.5 m;

樁徑150，截面積 0.018 m2，周長 0.47 m，混凝土 C30，fc=14.3 N/mm2;

鋼管 φ80 ×4，截面積1 030 mm2，周長251 mm，fy=210 MPa。

6.1 微樁極限承載力

1)承壓樁極限承載力。

其中，qpk為樁端承載力，換算為750 kN/m2;qsik為樁側(cè)摩阻力，換算為70 kN/m2;樁體強度核算R1=φ(fcAp+fyAs)=14.3×(18 000-1 030)+210×1 030=458 970 N=459 kN ＞425 kN，滿足要求。

2)承拉樁承載力。

抗拉樁自身強度核算Rb=As×fy=1 030×210=216.3 kN＜417 kN，所以以216.3 kN作為承拉樁承載力。

6.2 微樁主要受力計算

1)基底壓力計算。

2)受壓承載力驗算。

微樁群能承受最大壓力為 25×425/(5.6×5.6)=338.8 kN/m2＞ Pmax=250 kN/m2。

可以看出，承載力可以由微樁群承擔(dān)，可保守不考慮天然地基提供的承載力。微樁能夠滿足塔吊最大應(yīng)力荷載需求，滿足工程要求。

3)抗傾覆驗算。

本工程設(shè)計的塔基體系有兩個抗傾斜因素:第一是與塔基承臺澆筑在一起的四周的土釘作用;第二是微樁群與塔基承臺內(nèi)的鋼筋澆筑在一起，共同作用的微樁群。尤其是第一個因素，對塔吊抗傾斜有很好、很大的作用，根據(jù)以往施工實際結(jié)果和土釘力學(xué)計算，中心最大傾斜量一般不超過幾毫米，抗傾斜是毫無問題的。

為了從量化關(guān)系上說明抗傾斜能力，我們保守考慮一種最危險的模型來計算，即最危險情況:塔吊在外部力矩M和水平力H共同作用下，塔吊基礎(chǔ)向基槽內(nèi)傾斜，以塔吊最外側(cè)為支點。并且我們只考慮微樁的抗傾斜能力，不考慮土釘對抗傾斜的作用，也不考慮塔吊本身的重量情況及平衡配重的作用。

傾覆力矩為:M=M'+Hh=3 000+160×1.35=3 216 kN·m。

每根微樁的抗拔力為:Rb=216.3 kN。

每排有5根微樁，抗拔力為P=5Rb=1 081.5 kN。

抗傾覆力矩為:MS=1.1P+2.2P+3.3P+4.4P+5.5P=16.5P=17 845 kN·m ＞M=3 216 kN·m。

抗傾覆力矩遠(yuǎn)大于傾覆力矩。如果再考慮與塔吊基礎(chǔ)澆筑在一起的土釘作用，抗傾斜力矩將會更大，因此，抗傾覆是絕對安全的。

7 微樁群及土釘施工要求

1)采用人工洛陽鏟或小鉆機成孔，成孔直徑及深度應(yīng)滿足設(shè)計要求。成孔前，在設(shè)計孔位處作顯著標(biāo)志，確保成孔位置準(zhǔn)確，成孔結(jié)束應(yīng)及時安置鋼管，并使其居孔中心。

2)土釘成孔時技術(shù)人員應(yīng)控制好成孔角度，孔徑和孔深度。成孔后將孔內(nèi)的浮土清除。土層干燥地段用清水濕潤。為確保鋼筋置中，在主筋上每隔2 m焊接一個托架，然后放入指定的孔中。

3)注漿采用1根φ20 mm的塑料管作導(dǎo)管，孔口設(shè)置止?jié){塞。將攪拌好的水泥漿(水灰比為0.45～0.5)常壓注入鉆孔底部，自孔底向外灌注，注滿后保持壓力3 min～5 min，初凝前補漿不少于一次。

4)開挖塔吊基礎(chǔ)至設(shè)計標(biāo)高，然后根據(jù)設(shè)計在基坑四周進行土釘成孔和注漿施工。同時要將土釘端頭和微樁鋼管連接。

5)塔吊基礎(chǔ)鋼筋綁扎完畢，將土釘端頭鋼筋以及鋼管和基礎(chǔ)鋼筋澆筑在一起。

8 結(jié)語

由于本工程是先完成深基坑支護后再進行基坑邊設(shè)置塔吊，且場地條件比較復(fù)雜。為此工程技術(shù)人員集思廣益、大膽創(chuàng)新、嚴(yán)格計算，研究設(shè)計出一種能夠滿足現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下的塔吊基礎(chǔ)加固處理技術(shù)，這種微樁處理技術(shù)不僅滿足了現(xiàn)場施工需求，而且從總體造價上節(jié)約了成本，減少了機械投入，減少了二次拆除護坡重新支護的材料費和人工費。本工程塔吊通過將近一年多的使用，沒有出現(xiàn)任何安全事故和安全隱患，得到了業(yè)主和監(jiān)理的好評，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為以后類似塔基處理提供了有力的借鑒。

［1］建筑工程施工手冊［M］.第4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［2］GB/T 13752-92，塔式起重機設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］JGJ 94-2008，建筑樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］DB 11/489-2007，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.