黃鳳祥
近幾年,我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,越來越多的建筑單位開始發(fā)展地下工程,其中最常見的地下工程為深基坑施工。目前為了充分利用土地資源,在很多建筑工程中,地下室至少會修建2層,有一些施工技術(shù)相對成熟的,還會將地下室修建成4、5層,像上海、北京這些居住人口比較多的城市,建筑單位對深基坑工程花費的時間、精力、金錢均比上部結(jié)構(gòu)要多。深基坑工程在實施過程中常遇到的問題是周圍的土體會發(fā)生位移,附近的建筑物還會出現(xiàn)沉降等情況,嚴(yán)重時還會導(dǎo)致房屋出現(xiàn)裂縫。文章講述的大直徑圓環(huán)支撐方法能有效地解決坑基變形的問題,且這種施工方法因為其獨特的挖掘方式,可以加快施工速度。該支撐方法已經(jīng)在實際施工過程中得到了應(yīng)用,其優(yōu)勢也在施工過程中得到驗證。
本次工程的建筑是3棟4層的商業(yè)住房與1棟38層的辦公樓,總的建筑面積為105595.0m2,上層結(jié)構(gòu)的面積為76072.7m2,地下基坑建筑面積為29523.0m2,建筑單位在施工過程中使用了大直徑圓環(huán)支撐方法。
本工程的基坑是較大的一類,歸屬于一級基坑。該建筑場地周邊有許多居民樓,在基坑施工過程中,一旦不小心就會觸碰到地下設(shè)施,會對居民的生活造成影響,因此,采用的基坑支護(hù)方案和施工組織設(shè)計方案,均要注意保護(hù)周邊居民的生活設(shè)施,力求避免發(fā)生損傷事件,杜絕發(fā)生破壞事故。
基坑的面積和開挖深度較大,基坑的形狀比較規(guī)則,接近矩形形狀。因為周邊為年份較久的居民樓,地下情況不明,水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜。為避免出現(xiàn)不可預(yù)料的狀況,甚至發(fā)生糾紛,基坑支護(hù)方案采用大直徑圓環(huán)內(nèi)支撐方式,盡量減少基坑施工對周邊環(huán)境的影響。大直徑圓環(huán)內(nèi)支撐方式基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括有:大直徑內(nèi)支撐圓環(huán)梁、基坑邊排樁、輔助支撐梁、支撐立柱等。大直徑圓環(huán)內(nèi)徑72m,圓環(huán)梁截面900×2000mm,設(shè)計軸壓力為20000kN;輔助支撐梁截面800×800mm;周邊排樁是鉆孔灌注樁,1000mm的直徑,需要有300MN/m2的剛度,<20mm的水平變形;立柱為鋼格構(gòu)柱。下文為大直徑內(nèi)支撐圓環(huán)梁的施工經(jīng)驗總結(jié)。
工程項目基坑支護(hù)核心部位是大直徑圓環(huán)梁,其修建方式會影響自身的抗壓能力,進(jìn)而影響整個基坑支護(hù)支撐體系的性能。因此,在施工過程中,要注意圓環(huán)梁底面控制和挖掘操作方式。
圓環(huán)梁底面控制的目的是要保證構(gòu)件受力符合力學(xué)計算模型,防止發(fā)生意外。用機(jī)械將土方整體開挖至接近圓環(huán)梁底面,人工開挖修整出圓環(huán)梁底槽,打水平進(jìn)行檢查,以保證梁底的平整度。然后做混凝土墊層,安裝模板、鋼筋,澆筑混凝土,按設(shè)計要求養(yǎng)護(hù)。
圓環(huán)梁混凝土的養(yǎng)護(hù)期齡達(dá)到設(shè)計要求后,往下基坑開挖宜從梁的兩側(cè)同時展開,并讓整個基坑面基本同時下降,直至下一層圓環(huán)工作面。這樣做的目的是讓每一個部件同時起作用,圓環(huán)梁所承受的壓力均勻穩(wěn)定,發(fā)揮大直徑圓環(huán)支撐的最大作用。同時,如果發(fā)現(xiàn)支撐體系施工過程有缺陷,能及時修補(bǔ)。
在基坑施工中使用大直徑圓環(huán)支撐方法的流程具體如下:圍護(hù)及支撐立柱樁施工→支撐區(qū)域分區(qū)對稱挖土至支撐底→測量定位→鋼筋混凝土支撐分段制作與養(yǎng)護(hù)→分層對稱開挖支撐區(qū)域土方(如有兩道及以上混凝土圓環(huán)支撐,重復(fù)以上施工流程)→中心無支撐區(qū)域土方開挖→基礎(chǔ)底板施工與養(yǎng)護(hù)→支撐分段拆除→地下室結(jié)構(gòu)施工。
(1)準(zhǔn)確測出現(xiàn)場的基準(zhǔn)點,劃分出圓環(huán)與各立柱的具體位置,然后請相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行檢測。
(2)墊層標(biāo)高工作一定要按照規(guī)定完成,混凝土必須要在同一條線上完成支撐。支撐結(jié)構(gòu)的下部需要墊加木板。
(3)使用曲線法定位圓環(huán)梁,保證在施工范圍內(nèi)圓環(huán)梁的圓度是一致的。
(4)要根據(jù)相關(guān)規(guī)定控制圓環(huán)梁的尺寸大小,此外,圓環(huán)梁周圍輔助結(jié)構(gòu)的尺寸大小都要與規(guī)定相符。
(1)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙要求和現(xiàn)行鋼筋混凝土規(guī)范有關(guān)內(nèi)容要求進(jìn)行施工。
(2)施工縫為垂直縫,不得留斜縫。后一段澆混凝土前,應(yīng)鑿掉施工縫接口處的水泥浮漿和松動的石子并沖洗干凈。
(3)為了盡可能地減少混凝土收縮應(yīng)力對支撐及立柱樁的影響,支撐施工時采取分段進(jìn)行,一般≤30m。
(4)考慮后期島式挖土形式,支撐施工優(yōu)先基坑四角邊桁架區(qū)域挖土及支撐施工。
在挖掘過程中常常會出現(xiàn)塌陷、施力不均勻等問題,為了確保大型機(jī)器能進(jìn)入施工現(xiàn)場進(jìn)行挖掘工作,常常會在圓環(huán)支護(hù)結(jié)構(gòu)中搭建施工棧橋平臺,見下圖。
施工棧橋平臺布置圖
(1)在施工過程中使用大直徑圓環(huán)支撐方法時,最重要的是均勻受力,在挖掘過程中,需要科學(xué)指導(dǎo)施工人員,保護(hù)支撐梁。
(2)挖土?xí)r一定要控制局部深度,嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行操作。
(3)在挖掘過程中不能只從一側(cè)開始,一定要確保兩側(cè)的挖掘工作是同時進(jìn)行的,只有這樣,才能保證圓環(huán)梁所受的力是均勻穩(wěn)定的。
(4)挖掘時使用中心留島的方法,以圓環(huán)梁為中心,從其周邊開始挖掘,這樣既能有效地避免塌陷問題,又能縮短施工周期。
(1)確?,F(xiàn)場的換撐條件達(dá)到要求后才能拆除支撐,具體操作需要機(jī)器的配合。
(2)大直徑圓環(huán)梁是該支撐的關(guān)鍵部分,拆除時要從其周圍入手,減少大直徑圓環(huán)梁的受力。拆完周圍的結(jié)構(gòu)后,才能拆除該圓環(huán)梁。
(1)大直徑圓環(huán)支撐相互形成水平拱形結(jié)構(gòu),拱形結(jié)構(gòu)的特點是彎矩小軸力大,充分發(fā)揮了混凝土的抗壓強(qiáng)度,構(gòu)件變形主要為壓縮變形,變形量小。(2)大直徑圓環(huán)支撐方法主要在水平方向上實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的支撐,混凝土自重不在支撐方向上,鋼筋混凝土圓環(huán)梁支撐方向只承受基坑排樁傳遞過來的壓力,改善了圓環(huán)梁混凝土材料受力狀況。在施工過程中,只要科學(xué)安排建筑流程,嚴(yán)謹(jǐn)組織人員操作,就能提高施工過程中的安全性。
使用大直徑圓環(huán)支撐方法,對周邊水文地質(zhì)環(huán)境要求低,受到干擾少,不易出現(xiàn)糾紛,能穩(wěn)定地控制挖掘速度,有利于實現(xiàn)施工進(jìn)度安排,縮短施工周期。
基坑較深,周邊水文地質(zhì)條件復(fù)雜,或者民房擁擠、地形受限時,相較于一般的施工技術(shù),采用大直徑圓環(huán)支撐方法的施工費用低,施工安全度高,施工影響區(qū)域小,工地集約環(huán)保,能為建筑單位帶來經(jīng)濟(jì)收益。
從大直徑圓環(huán)支撐基坑支護(hù)施工開始,基坑開挖、地下工程建設(shè),直至基坑肥槽的回填完成均有工程監(jiān)測記錄,累計水平變形位移最大值19mm,遠(yuǎn)低于報警值(30mm),滿足設(shè)計要求。
綜上所述,基坑較深,周邊水文地質(zhì)條件復(fù)雜,或民房擁擠、地形受限時,相較于一般的施工技術(shù),采用大直徑圓環(huán)支撐方法的施工費用低,施工安全度高,工地集約環(huán)保,可以避免基坑施工常見的地面塌陷、開裂問題,在軟土地區(qū)十分適用。