魚腹式鋼支撐在安慶某深基坑支護(hù)的應(yīng)用探析

周旭東 （安徽省安慶市建筑管理處，安徽 安慶 246003）

隨著安慶市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了城市建設(shè)如雨后春筍，高層建筑、地下人防工程、城市地下空間開發(fā)以及其他基礎(chǔ)設(shè)施日益增多，因而出現(xiàn)了很多深開挖工程[1-3]。但地下工程施工工期長，土石方開挖施工揚(yáng)塵、振動(dòng)等環(huán)境影響大，為了適應(yīng)快速完成地下工程的目的，裝配式鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐成為基坑開挖擋土構(gòu)件的較好選擇[4-5]。

預(yù)應(yīng)力魚腹式裝配鋼結(jié)構(gòu)支撐，通過對(duì)型鋼構(gòu)件，裝配成魚肚子的形狀，然后在魚腹式型鋼上安裝預(yù)應(yīng)力鋼絞線，形成張弦梁大跨度結(jié)構(gòu)，并通過H型鋼圍檁、角撐、對(duì)撐和三角形剛節(jié)點(diǎn)連接形成平面預(yù)應(yīng)力支撐體系[6-8]。該內(nèi)支撐形式，不僅支撐覆蓋面積小為土方開挖提供便利，且極大程度地減少了支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝、拆除的時(shí)間。且H型鋼后期全部回收重復(fù)利用，是一種典型的綠色環(huán)保技術(shù)[9]。

本文以安慶市世紀(jì)華聯(lián)·云珠廣場(chǎng)基坑工程的設(shè)計(jì)和實(shí)施為背景，對(duì)基坑設(shè)計(jì)選型進(jìn)行了對(duì)比分析，并給出了典型的支護(hù)結(jié)構(gòu)圖，最后提供了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的基坑變形數(shù)據(jù)，值得在同類工程的設(shè)計(jì)與施工中借鑒和參考。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

安慶市世紀(jì)華聯(lián)·云珠廣場(chǎng)工程總占地面積7886m2，總建筑面積為39088m2。規(guī)劃有4層商業(yè)+19F的辦公，3層地下商業(yè)和車庫。建筑物結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)型式采用筏板基礎(chǔ)型式。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)高為16.65m，負(fù)三層底板設(shè)計(jì)標(biāo)高為5.75m?；娱_挖面積約5720m2，邊長約429m，開挖深度約11.50～12.50m，基坑安全等級(jí)一級(jí)。

基坑北側(cè)地下外墻與用地紅線最近距離約為7.9m，與人民路最近距離約12.5m；南側(cè)地下室外墻與用地紅線最近距離約為3.5m，與該側(cè)建筑物距離為6.5m；東側(cè)外墻距與用地紅線最小約為7.5m，距該側(cè)建筑物約7.9m；西側(cè)外墻距用地紅線約為3.3m，距離該側(cè)建筑物約6.1m。周邊道路下具有自來水、燃?xì)?、污水、雨水和電纜等眾多管線。基坑周邊環(huán)境保護(hù)要求高，具體環(huán)境情況詳見圖1。

圖1 基坑現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境圖

1.2 工程地質(zhì)概況

依據(jù)鉆探、原位測(cè)試和室內(nèi)土試資料，將場(chǎng)地內(nèi)埋深28.00m以淺地基土巖性自上而下共劃分為3個(gè)工程地質(zhì)層，其主要特征分述如下。

①雜填土層（Q4ml）：灰褐色、棕色、棕黑色，疏松，含水量較豐富，成分以粘性土為主，含建筑垃圾、磚頭及漂石，具高等壓縮性，承載力低。成層分布，層厚1.50～3.60m，西邊地塊上部見50cm左右的瀝青地坪。

②粘土層（Q4al）:成層分布，黃色、褐黃色，可塑。含水量較豐富，見灰色條紋，含鐵錳質(zhì)結(jié)核及鈣質(zhì)結(jié)核，且局部鈣質(zhì)結(jié)核富集，無搖震反應(yīng)，切面稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性均為中等。實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)擊數(shù)N=6～8擊，承載力特征值fak=160kPa。

③卵石層（Q3al+pl）：成層分布，灰褐色、粉白色，主要由粒徑大于20mm，質(zhì)量超過取樣總質(zhì)量50%的棱角形及亞圓形碎石組成，間隙由中細(xì)砂、粘土填充，含水量豐富，密實(shí)度密實(shí)，具低等壓縮性，承載力高。實(shí)測(cè)重型圓錐動(dòng)探試驗(yàn)擊數(shù)N63.5=23～28擊，承載力特征值fak=350kPa?；娱_挖影響范圍土層物理力學(xué)參數(shù)詳見表1。

土層物理力學(xué)性質(zhì) 表1

1.3 水文地質(zhì)概況

根據(jù)鉆探揭露，本場(chǎng)地在28.50m深度范圍內(nèi)，對(duì)工程有影響的主要存在2個(gè)地下含水層組，現(xiàn)敘述如下：

第一含水層組：地下水類型屬于上層滯水，主要分布于第①雜填土層、②粘土層孔隙中；其水量受地表水控制，以地表水的垂直滲透補(bǔ)給為主。地下水的初見水位與穩(wěn)定水位埋深基本一致，在1.30～1.50m（ 對(duì) 應(yīng) 高 程 為 13.99～15.01m）之間。

第二含水層組：地下水類型屬潛水型，主要分布于第③卵石層中，土層的透水性較好，以南面長江江水滲透為主；富水性高等。初見水位埋深在5.10m～6.80m。

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)該項(xiàng)目水文地質(zhì)、開挖規(guī)模、工程地質(zhì)以及周邊環(huán)境保護(hù)等要求，綜合以下幾點(diǎn)分析：①控制基坑開挖及地下結(jié)構(gòu)施工期間對(duì)周邊環(huán)境的影響；②支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性、可行性及適宜性：優(yōu)先選用具有成熟經(jīng)驗(yàn)的支護(hù)形式，滿足基坑支護(hù)整體及排樁穩(wěn)定性的要求；③在支護(hù)結(jié)構(gòu)選定的情況下，盡量節(jié)約工程造價(jià)；④在保證基坑及周邊環(huán)境安全穩(wěn)定條件下盡量方便施工。

西區(qū)中間區(qū)段，基坑開挖深度11.9m，采用Φ700四軸攪拌樁止水+長螺旋灌注樁+二道預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐+放坡的支護(hù)體系，四軸攪拌樁樁徑Φ 700，間距 500，樁長 18m，水泥摻量20%；長螺旋灌注樁樁徑為φ800，樁長17m，間距1.1m，冠梁規(guī)格為1200×600，護(hù)坡鋪設(shè)φ6@200mm雙向鋼筋網(wǎng)片，噴射C20混凝土，厚度為80mm；第一道水平支撐采用一層預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐，第二道水平支撐采用兩層預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐，詳見圖2。

圖2 西地塊典型剖面圖

西區(qū)坑中坑段基坑開挖深度11.8m，采用Φ700四軸攪拌樁止水+長螺旋灌注樁+二道預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐+放坡的支護(hù)體系，四軸攪拌樁樁徑Φ 700，間距 500，樁長 21m，水泥摻量20%；長螺旋灌注樁樁徑為φ900，樁長20m，間距1.1m，冠梁規(guī)格為1200×600，護(hù)坡鋪設(shè)φ6@200mm雙向鋼筋網(wǎng)片，噴射C20混凝土，厚度為80mm；第一道水平支撐采用一層預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐，第二道水平支撐采用兩層預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐，詳見圖3。

圖3 西地塊坑中坑典型剖面圖

建筑物段基坑的開挖深度8.5m，采用Φ700四軸攪拌樁止水+長螺旋灌注樁+二道預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐+放坡的支護(hù)體系，四軸攪拌樁樁徑Φ700，間距500，樁長14.2m，水泥摻量20%；長螺旋灌注樁樁徑為φ700，樁長12m，間距0.9m，冠梁規(guī)格為1200×600，護(hù)坡鋪設(shè)φ6@200mm雙向鋼筋網(wǎng)片，噴射C20混凝土，厚度為80mm；采用一道水平支撐一層預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐，詳見圖4。

圖4 建筑物段典型剖面圖

2.2 魚腹式鋼支撐技術(shù)要求

本基坑豎向共設(shè)置兩道預(yù)應(yīng)力魚腹梁水平支撐系統(tǒng)。兩道預(yù)應(yīng)力魚腹梁水平支撐系統(tǒng)均采用對(duì)撐結(jié)合角撐。第一道支撐系統(tǒng)中心標(biāo)高為-1.700，鋼筋混凝土壓頂梁兼作首道支撐圍檁，主要支撐為單層H350×350×12×19型鋼；第二道支撐中心標(biāo)高為-7.000，圍檁采用H400×400×13×21型鋼，主要支撐為雙層H350×350×12×19型鋼，支撐布置見圍護(hù)結(jié)構(gòu)圖紙。依據(jù)設(shè)計(jì)資料，對(duì)基礎(chǔ)的水平標(biāo)高、軸線、柱間距進(jìn)行復(fù)測(cè)。在基礎(chǔ)頂面標(biāo)明縱橫兩軸線的十字交叉線，作為安裝立柱的定位基準(zhǔn)。在澆筑冠梁混凝土之前設(shè)置預(yù)埋件，并設(shè)置測(cè)量點(diǎn)；安裝牛腿時(shí)，牛腿的仰角應(yīng)為90°～95°，不應(yīng)小于90°；型鋼立柱樁位誤差應(yīng)控制在10mm以內(nèi)，垂直度控制在1/200以內(nèi)；鋼絞線按設(shè)計(jì)提供的預(yù)應(yīng)力值進(jìn)行張拉，張拉鋼絞線時(shí)要檢測(cè)鋼絞線的伸長率；對(duì)撐和鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力之后，再次擰緊松弛的螺栓；預(yù)應(yīng)力裝配式支撐的監(jiān)測(cè)圍檁的變形量，監(jiān)測(cè)要在圍檁安裝后施加預(yù)應(yīng)力之前進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在施加預(yù)應(yīng)力之后再次進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為至少每周一次；預(yù)應(yīng)力裝配式支撐的拆除首先螺栓擰松之后，卸載鋼絞線預(yù)應(yīng)力，然后卸載對(duì)角撐的預(yù)應(yīng)力。

3 結(jié)果分析

本工程進(jìn)行了大量基坑監(jiān)測(cè)工作，限于篇幅，本文摘選基坑四周具有代表性的土體變形測(cè)斜數(shù)據(jù)，編號(hào)依次為CX1～CX9，并編制成曲線，進(jìn)行實(shí)施結(jié)果分析，詳見圖5。

圖5 水平位移實(shí)測(cè)值

圖5為實(shí)測(cè)的基坑變形數(shù)據(jù)，其中工況一表示基坑開挖至第二道鋼支撐底標(biāo)高；工況二表示基坑開挖至坑底標(biāo)高。由圖5可看出，實(shí)測(cè)的基坑最大變形在18～23mm之間，基坑深層土體變形總體規(guī)律比較接近，表明本基坑開挖面以下土體分布比較均勻，土層起伏變化不大?；幼冃位旧铣尸F(xiàn)出“紡錘”狀，其中最大變形主要發(fā)生基坑開挖面以上約1.0～3.0m的范圍，這種現(xiàn)象基本符合朗肯土壓力的計(jì)算結(jié)果。通過信息化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映，支護(hù)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定可靠的，整個(gè)開挖階段并未影響周邊道路、建筑物和市政管線的正常使用。

4 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力魚腹式裝配鋼結(jié)構(gòu)支撐是一種新型的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其通過施加預(yù)應(yīng)力可有效控制基坑變形。采用該工法作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)周邊環(huán)境影響小，有利于保護(hù)周邊建筑及基礎(chǔ)設(shè)施，且工程造價(jià)較低，壓縮工期的同時(shí)節(jié)約了人工費(fèi)，降低工程造價(jià)。因此，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于大面積深基坑工程中。

本工程采用預(yù)應(yīng)力魚腹式裝配鋼結(jié)構(gòu)支撐作支護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)所做的各種技術(shù)措施在工程實(shí)踐中起到了良好的作用，并通過信息化施工，整個(gè)基坑工程的進(jìn)展比較順利。從中總結(jié)出的各種技術(shù)措施可以供類似工程的設(shè)計(jì)借鑒。