高層建筑基坑支護工程結構設計與施工

曾志雄

摘要:本文結合工程實例和工程地質情況,詳細介紹了建筑基坑工程支護施工方案的比選和基坑支護工程設計,并在施工技術方案分析的基礎上,對其SMW工法連續墻及整個基坑施工技術進行了詳細闡述,對施工監測進行了評價。

關鍵詞:基坑支護;SMW工法連續墻;施工技術;監測

1 工程概況

某建筑工程總用地面積約為19770m2,總建筑面積約32116m2,工程主樓高為19層,群樓3～4層,設1層地下室。本工程基坑較深,大范圍挖深為6.85m,局部電梯井坑部位深度8.45m。地下室平面呈矩形布置,周長327m。

2 基坑支護方案的選擇

根據本工程上述特點,結合基坑周邊的環境和相同基坑開挖工程的實踐經驗,我們在設計方案中考慮幾種方案:

2.1 采用復合土釘墻支護的圍護方案。這是比較經濟的方案,但是本工程現場地面2m以下為厚層淤泥黏土,且本工程挖深度(6.85m)相對較深,所以周邊環境采用該方案的圍護必須比常規的要加強。復合土釘墻的方案并不能有效地控制土體位移,且土釘淤泥質土中的效果不明顯。故設計不考慮該方案。

2.2 采用鉆孔樁支護加內支撐和水泥攪拌樁止水方案比較適合地下室開挖,但該方案較常規工程量偏大,故先不考慮該方案。

2.3 采用SMW工法的圍護方案,有以下特點:①能同時擋土和止水,占用施工場地小:②施工速度較快:③無振動、無噪聲、無泥漿污染;④型鋼可拔出回收再用。

為此,我們對方案①和方案③均進行設計計算,對綜合經濟、工期與社會效益做了對比,發現該工程采用SMW工法較之鉆孔排樁方法節約25%的造價,符合國家倡導的節能、環保要求,具有較好的社會效益和經濟效益,因此我們選用SMW工法的圍護方案。

3 SMW工法連續墻的工作原理和基坑支護設計

本基坑支護設計主要采用了SMW工法連續墻與型鋼立柱加鋼管支撐的結構形式。SMW(Soi,Mixing Wall的縮寫)工法是以水泥土攪拌樁體作為基坑圍護的一種施工方法,該法通過特殊的多軸深層攪拌機在施工現場按設計深度將土體切散,同時從其鉆頭前端將水泥漿強化劑注入土體,并使之與原位土體反復混合攪拌,然后在水泥土未硬化之前插入H型鋼或鋼板樁作為應力加強材料,直至水泥土硬結。在施工平面上,樁與樁之間重疊搭接,在地下形成一個抗滲性好、剛度大,同時又由于H型鋼的強度,能承受較大水平土壓力的地下壁體。在地下結構施工結束后拔出H型鋼回收再利用。這種結構由于經濟合理地利用了深層攪拌樁和H型鋼的優點,同時拔出回收H型鋼又可帶來巨大的效益,所以具有構造簡單、止水性能好、工期短、造價低、環境污染小等優點。

4 基坑施工方案的技術分析

4.1 本工程基坑支護設計方案中考慮按后澆帶進行了分段施工,由西向東分為1～8軸、8～16軸、16～22軸三個施工段,出土由東側坡進行;3.500m以上土方開挖,先開挖掉有支撐梁部的土方,再進行混凝土壓頂梁和鋼管支撐梁施工。①分段、分層開挖土方至四周壓頂梁底標高-3.500m處,作好60厚C15混凝土護坡。②按照壓頂梁位置進行模板、鋼筋施工,澆筑壓頂梁混凝土。③當壓頂梁混凝土達到設計要求的80%,進行下道工序施工。④鋼管支撐梁施工后挖除支撐梁下土方。

4.2 -3.500m以上的土方采取以11軸為分界線分作兩段分塊放坡開挖,開挖時應設標高控制點,盡量把挖深標高控制準確。開挖時可根據場地土質情況采取1:1放坡。

4.3 -3.500m以上的土方開挖,應采取保護鋼管支撐梁的措施,嚴禁挖土機和運土車在坑邊碰撞支撐梁。

4.4 在基坑底板施工完成后,拆除二次支撐梁。地下室項板澆筑完畢,拆除基坑支撐梁進行了防水驗收和外襯護墻回土填后,方可拆除SMW支護體中的H型鋼。

5 基坑支護施工技術

5.1 施工流程

放線→SMW工法施工→壓頂梁土方分段開挖至-3.500m→施工混凝土護坡→分段澆筑壓頂混凝土→養護→鋼管支撐梁施工→挖-3.500m以下土方→分施工段澆筑地下室底板→增加斜撐后拆除支撐→澆筑墻板頂板和防水施工→拔除SMW工法型鋼→全部回填四周土方。

5.2 施工方法

5.2.1 測量放線:按照工程的已知控制軸線,放出基坑邊線,在邊線的控制點用4×4角鋼作好標志。并按照設計要求做好監測點的埋設和開挖前的初始值測讀。

5.2.2 SMW工法施工:該工法因為具有速度快和占用施工場地小的特點。為加快圍攻護進度與保證質量,工法樁以11軸為分區線。配合壓頂梁及護坡施工,分為兩段。從A11軸順時針方向進行施工,工法樁控制好鉆具下沉及提升速度,同時要求樁位偏差值在30mm以內,垂直度偏差不大于1%,在攪拌成樁時,下行鉆進時灌入70%～80%的水泥漿,其余在鉆上升時灌入。

5.2.3 -3.500m壓頂梁處土方開挖:根據SMW工法樁的進度,當完成11軸線以西,開始該壓頂梁處地槽土方開挖,開挖時按著梁的灰線進行開挖,因-3.500m以下為淤泥,地槽、壓頂梁土方采取分段施工,壓頂梁-3.500m以上護坡施工。

5.2.4 壓頂梁施工:采取邊挖土、邊鋪混凝土墊層,邊澆筑壓頂梁,同時,人工修整好土方后進行了護坡鋼筋網綁扎,隨后進行60厚C15混凝土澆筑。①壓頂梁鋼筋綁扎與鋼管支撐預埋件留設,按設計及規范要求,鋼管支撐梁預賣件留設位置,按照圖紙要求引測至頂梁上,保證平面幾何尺寸,加強測量復核工作。②澆注混凝土壓頂梁時先檢查鋼筋橫板梁面尺寸是否符合規范及設計要求。混凝土采用C25商品混凝土摻入早強劑,按順序澆搗。③養護混凝土澆筑完終凝后即可進行澆水養護,混凝土強度要達到設計值。混凝土強度以同條件養護下的試塊試壓結果為判斷依據

5.2.5 鋼管支撐梁施工:待壓頂梁強度達到設計要求的80%進行鋼管支撐梁施工,在鋼管支撐梁位置進行溝槽開挖,土方開挖按組織方案施工,進行鋼管支撐梁定位、焊接。為使鋼管支撐梁安裝后保持整個支撐成為不變體系,根據軸力值在施焊前進行焊接試拉。焊縫應四周滿焊,鋼管支撐梁全部安裝完畢后,對壓頂梁進行了保護,運輸道路再回填,以保證鋼管支撐梁不易壓斷及撞擊混凝土壓頂梁。

5.2.6 -3.500m以下土方開挖,根據后澆帶位置分為一個施工段。

5.2.7 鋼管支撐在地下室墻板混凝土達到設計強度的80%后,用人工氣焊切割鋼管支撐。

5.2.8 拔除SMW工法中的型鋼:等做好地下室工程的防水試驗合格后,拔除SMW工法的型鋼。型鋼拔除采用專業機具進行,拔除過程中應避免碰撞地下室結構。同時,對于在周邊人員的安全和結構等要有專人負責指揮。

6 基坑施工監測情況

6.1 監測內容

根據本工程基坑開挖深度、環境特點、地基土層物理力學性質指標和圍護設計方案要求,監測內容如下:

深層土體水平位移觀測:在基坑靠近圍護結構的位置共設置11個深層土體水平位移監測孔,測斜孔深度為15m:

支撐軸力觀測:在基坑支撐體系的水平角撐主撐布設9組軸力監測點,在斜拋撐布設6組軸力監測點,主要觀測支撐體系在深基坑開挖過程中的支撐應力隨時間和工況的變化情況:

圍護結構頂及道路中人行道水平垂直位移觀測:在基坑四周大道靠近基坑的人行道上及圍護結構頂設若干個觀測點,以監測其隨基坑開挖的變化情況。

6.2 監測工期頻率及警戒值

監測工期:從開挖前一周進場埋設測點,至斜拋撐拆除且監測數據穩定或結構做到±0,00。

監測頻率:按圍護設計方案,根據挖土的進展速度及基坑的變形情況來定。基坑開挖階段每天監測一次,在基坑開挖接近坑底時如遇超警戒值或變化速度較快的異常情況應增加觀測次數,必要時每天兩次或更多。拆撐期間加密監測頻率。

監測警戒值:土體監測斜孔最大水平位移和沉降警戒值為50mm,水平位移和沉降速率警戒值一般取大于3mm/d。

7 結語

綜上所述,SMW工法連續墻具有施工快、無振動、無噪聲、無泥漿污染、止水防水好等特點,是提高坑底抗隆起的有效措施,并能降低圍護工程造價(較常用的鉆孔排樁方法節省20%～30%的費用),符合國家倡導的建筑節能要求,具有較好的社會效益和經濟效益。