近年来,城市中高层建筑的不断增多和增高以及对地下空间的开发利用,使得基坑向着大深度、大面积方向发展,基坑支护设计理论也随着工程实践而逐渐发展。由于基坑一般都位于已有建筑物、道路、地下管线密集的城区,开挖基坑的土体变形受周围环境影响较大,加之,基坑支护设计具有很强的工程地区经验性,有时引起计算结果与基坑开挖实际并不完全相符,因此,支护结构的合理设计、施工及开挖过程中的现场监测数据分析、信息反馈显得十分重要。本工程施工期间未发生任何重大事故和险情,基坑支护设计顺利通过施工实践的考验,达到了预期设计目的,为地下主体结构施工提供了良好的施工条件。
1 工程实况
该工程总建筑面积181123m2,建筑占地面积12524m2,拟建建筑物由三栋办公楼组成,均为高层建筑(24～26层),采用框剪结构,工程桩为钻孔灌注桩。该工程地下室底板标高为-8.95m,周边承台底标高-9.85m,设计开挖深度8.65～11.55m。
1.1地质条件
根据工程地质勘查报告资料,在基坑深度及影响范围内，构成基坑边坡的土质主要为杂填土、砂质粉土、砂质粉土夹粉砂、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、黏土。该场地表部地下水属潜水类型,主要赋存于第2层砂性土中,分布连续。下部地下水主要分布于第9层圆砾层中,略具承压性,透水性较好,含水量较丰富;场地地下水主要以大气降水补给,侧向径流较缓慢,排泄以垂直蒸发为主。水位受季节影响明显,变化较大,勘查期间测得稳定水位在1.0～4.1m之间,地下水年变化幅度1.1～1.7m。
2基坑围护结构设计
根据基坑开挖深度、周围环境及土层特性,综合考虑围护结构的安全、围护费用及基坑施工等因素,采用如下基坑设计方案:基坑上部为土钉墙支护,下部采用两层钢筋混凝土内撑式与钻孔灌注桩相结合的围护方案,同时采用水泥搅拌桩形成基坑外侧的止水帷幕;对电梯井坑中坑局部加深,采用松木桩普通土钉墙围护。钻孔灌注桩直径800～900mm,中心距1000～1100mm,混凝土强度等级为c30,桩长为19.0～24.0m。顶梁、围檩和支撑的混凝土强度等级为c30,支撑的竖向立柱的下部尽可能利用工程桩(钻孔灌注桩),局部采用新增φ800钻孔灌注桩,柱上部为井字钢构架,伸入第一层支撑500mm,下部伸入桩内2m,构架截面尺寸为600mm×600mm,由四根l140×90×10的角钢和-440×240×12@500的缀条焊接而成,钢材为q235钢,焊条为e43型,焊接为围焊,焊缝高度8mm,施工时先将桁架与下部钻孔灌注桩的钢筋笼主筋焊接牢固,再整体吊入孔内。水泥搅拌桩直径800mm,桩长12m,相互搭接而成,基坑西面偏北段与邻近建筑物距离较近,水泥搅拌桩中心距为500mm,搭接300mm,其余各侧桩中心距为550mm,搭接250mm。松木桩长度为7m,中心距550mm,桩梢径直径150mm,共设置两排土钉,长度5～7m。
3施工要点
3.1施工方案
根据现场情况及设计要求,本次施工的总体布置为:首先进行深井降水并设立观测井,以观测降水的效果,确定基坑开挖的时间;在深井降水施工过程中,同时进行支护桩的施工;当深井降水达到开挖要求后,即可进行基坑的分层开挖,当开挖至分层标高时,可进行每层的土钉墙、泻水孔或锚索的施工,土钉墙的施工分三个部分,即土钉、挂网与喷射混凝土的施工。如此分层施工直到开挖结束。
3.2 钻孔灌注桩施工
采用正循环钻进,泥浆护壁成孔,导管水下灌注混凝土成桩工艺。测量定位及护筒的埋设-成孔-钢筋笼制作与吊放-混凝土的灌注-成桩。
3.3 深井降水施工
机械成孔,然后是清孔、下滤管,最后是下泵抽水。施工工艺流程:测量放线-钻机成孔-井点管制作与安装-填砂-洗井-安装潜水泵-抽水。
3.4 土钉墙施工
锚杆施工时应严格按设计要求进行布置,施工采用洛阳铲进行成孔,孔深应达到设计要求,并按设计要求进行注浆。挂网喷混凝土施工应注意在平整坡面后喷射c20混凝土3cm后,再进行挂网,并严格按设计要求与土钉相联,完毕后再用c20混凝土喷射到10cm。
4质量保证措施
针对本工程的特点,对本工程的质量目标是保证本工程施工质量达到设计与规范要求,确保基坑能够顺利开挖。质量保证项目主要包括以下内容:锚孔(锚杆与锚索,以下同)孔位偏差不得超过规范及设计要求;原材料(钢材、钢绞线、水泥、砂、石子及电焊条等)必须符合要求;锚孔倾角应按设计要求执行,偏斜度不应大于规范要求,孔深应超过锚索、锚杆设计长度;锚头部分的处理应符合规范及设计要求;灌浆、预应力张拉施工应严格按规范及设计要求执行;锚索、长锚杆的加工,应设内锚头、隔离架、保持架;锚索的二次注浆管的安装应按设计进行;喷锚网应严格按图制作与安装,喷射混凝土的厚度也必须达到设计要求;锚索的外锚头制作与安装应严格执行图纸要求,并确保槽钢能平实地与桩接触。
5变形观测
本次施工在坑缘共设置变形及沉降观察点23个,观测期间建立监测点和监测系统,在施工期间进行连续的观测,在土方开挖及雨季加密观测,并及时将观测结果反馈给建设和施工单位,按变形量控制基坑开挖的安全。据观测结果,最大位移s=35.2mm,最小位移11.1mm,最大位移速率为0.205～0.764mm/d,最大位移点在桩顶,最小点在桩底,桩身位移沿深度方向基本上呈线性变化,钻孔桩位移基本处于稳定状态,与计算结果基本吻合。
6几点结论
文章结合工程实例和工程地质状况,详细阐述了高层建筑深基坑工程支护结构设计、施工、监测方案,并对基坑施工采用的钻孔灌注桩与土钉墙联合支护施工技术进行了深入分析探讨,总结归纳了基坑设计、施工、监测方面的相关经验,为以后的类似工程实践提供参考和借鉴。
(1)在土质较差与基坑变形要求高的部位,采用上部普通土钉墙、下部钻孔灌注桩加两层钢筋混凝土支撑的支护形式,不仅为土方开挖创造了较大的工作面,节约了施工成本,同时也有效控制了基坑的整体稳定性、基坑的上部变形及基坑内渗水,确保了基坑与周边管线、建筑物的安全。
(2)在大面积降水情况下,局部设置止水帷幕可提高防止水土流失的安全度,但由于绕流的存在,坑外地下水位一般也会降至坑底附近。
(3)砂性土地基中降水对周围环境产生沉降的影响一般发生在降水初期,沉降大小与场地土层分布、降水历史、地下水位下降幅度等诸多因素有关。
(4)施工中要加强监测和观测。布置监测点监测土体的位移情况,观测降水情况和支护结构的状态,发现异常及时采取有效措施。