某培訓中心大樓基坑支護設計和施工技術

杲廣福 吳三斗 祁大鵬

由于城市土地資源愈來愈緊張,使得城市中心地帶建筑密度不斷增加,建筑物之間的距離越來越小。因此,在市中心進行建筑開發時基坑支護面臨的環境愈來愈復雜。某集團內部新建一高級培訓中心大樓,該新建工程場地緊鄰一既有建筑物,本文以該工程為例,對復雜環境下基坑支護與鄰近建筑物基礎托換技術進行了探討。

1 工程概況與地質條件

1.1 工程概況

擬建培訓中心為10層框剪結構,地下1層,基坑開挖深度為4.7 m,基坑東西長約 45 m,南北寬約19 m,基坑西側和東側均為既有多層建筑物,其中基坑西側建筑物6層,墻下條形基礎,基礎外邊線距基坑開挖線2.0 m;基坑東側為4層建筑物,柱下獨立基礎,基礎外邊線距基坑開挖線3.5 m;基坑南側建筑物距開挖邊線約16 m。

1.2 工程地質條件

①雜填土:雜色,松散,稍濕,含有磚、碎石、灰土等,以粉土為主,厚度0.40 m～4.60 m,平均厚度1.04 m。②粉土():灰褐色,稍密,很濕;水平層理,見銹斑浸染;干強度低,韌性低,搖振反應中等,無光澤反應,夾薄層粉質黏土。場區普遍分布,厚度:0.50 m～4.20 m,平均厚度 2.43 m。③粉質黏土():灰褐色,軟塑～可塑,見鐵錳浸染;干強度中等,韌性中等,無搖振反應,稍有光澤,多有機質。場區普遍分布,厚度:1.05 m～3.80 m,平均厚度2.20 m。④粉質黏土():灰黃色,可塑,見鐵錳浸染,偶見姜石;干強度中等,韌性中等,無搖振反應,稍有光澤。場區普遍分布,厚度:3.80 m～7.20 m,平均厚度4.95 m。⑤粉質黏土():褐黃色,可塑,見鐵錳浸染,混 10%～20%姜石,直徑0.5 cm～3 cm;干強度中等,韌性中等,無搖振反應,稍有光澤。場區普遍分布,厚度:3.50 m～6.60 m,平均厚度5.36 m。

以下土層情況此處省略,同時,根據勘察報告,地下水穩定水位埋深僅為1.0 m左右。

2 基坑支護設計

2.1 方案比選

該基坑開挖深度4.7 m,基坑東西兩側建筑物基礎埋深均為1.0 m左右,雖然基坑開挖深度一般,但由于距離建筑物較近,而且該工程場地土質條件較差,地下水位較高。

根據該工程實際情況,主要考慮了以下基坑設計方案:1)采用基坑降水、灌注樁+錨桿支護方案;2)采用止水帷幕、灌注樁+錨桿支護方案;3)采用止水帷幕、超前支護錨桿+土釘支護方案;4)對相鄰建筑物基礎進行托換,采用止水帷幕,土釘支護方案。

方案1)采用灌注樁+錨桿支護,現場空間能夠滿足施工要求,同時該支護形式安全系數大,施工質量可靠,能有效控制基坑邊坡土體變形,確保建筑物安全,但工期相對較長,工程造價相對較高;而該場地地下水位較高,基坑降水將會引起周圍地面不均勻沉降,從而可能導致建筑物出現裂縫。

方案2)采用灌注樁+錨桿支護同樣可行,同時采用止水帷幕,能避免降水帶來的不利影響,但按該方案施工在空間上較為緊張,而且造價相對較高,工期較長。

方案3)采用止水帷幕、超前支護錨桿+土釘支護,止水帷幕同樣起到較好的止水作用,但由于相鄰建筑物荷載較大,且為舊磚混結構房屋,對變形要求極為嚴格,故該方案危險系數較高。

方案4)首先對相鄰建筑物進行基礎托換,將建筑物荷載傳遞到基坑底部,大大減小了對基坑側壁的土壓力,同時對建筑物沉降的影響降至最低,再采用止水帷幕聯合土釘墻進行支護,就能夠滿足穩定及安全性要求。

通過以上分析:方案4)傳力明確,支護費用合理,技術先進,最終選擇方案4)為本工程基坑支護方案并進行詳細設計。

2.2 基礎托換設計

根據總體支護方案,首先進行既有建筑物的基礎托換設計,此處采用應用較廣的微型樁(或稱為樹根樁),對西側條形基礎的托換設計如圖1所示。

根據既有建筑物基礎結構圖進行托換設計,具體尺寸見圖2,在條形基礎靠近基坑一側采用微型樁進行托換,微型樁間距為1.2 m,有效樁長不小于9 m,微型樁穿透既有基礎,并在既有基礎上新增混凝土承臺,該新增承臺通過插筋與既有基礎緊密連接,形成一個整體,頂部伸入承臺50 mm,從而將上部荷載傳至微型樁及周圍深處土層。

2.3 支護剖面設計

由于相鄰建筑物進行了托換設計,基坑邊坡所受土壓力大大減小,因此,支護設計時采用土釘墻方案完全能夠滿足整體穩定性要求,同時為進行擋水而設置了止水帷幕,該支護剖面如圖2所示。

由于建筑物基礎距基坑開挖邊線僅為2 m,現場開挖時將其完全挖出,可進一步減少工程造價。止水帷幕采用兩排直徑500 mm的水泥土攪拌樁施工而成,其搭接長度不小于150 mm。共設置兩排土釘,其中對第一排土釘注漿完成后,設置20a槽鋼作為腰梁,對其進行張拉和鎖定,該設計能進一步對邊坡施加主動力,保持基坑邊坡穩定。

3 基坑支護施工

該基坑雖開挖深度較淺(4.7 m),但由于緊鄰既有磚混建筑物,施工要求較高。對該基坑支護施工要求及應注意的主要問題,本文列舉如下:

1)托換微型樁成孔應采用泥漿護壁成孔,成孔清孔后,放入鋼筋籠,插入注漿管至樁孔底部,用壓力注 1∶0.3的水泥砂漿,直至灌滿為止,注漿壓力為0.2 MPa。2)微型樁施工5 d后進行新增混凝土承臺的施工,承臺插筋長度為500 mm,插筋孔深度250mm,插筋孔直徑為18 mm,內灌結構膠。3)止水帷幕應沿基坑邊緣、在基坑周邊全部范圍內設置,水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥做固化劑,水泥摻入比不小于15%;止水帷幕施工時,應時刻注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、風量、壓力、旋轉提升速率等參數是否符合要求,并隨時做好記錄。4)土釘與水平方向的安放角為10°,土釘施工前應徹底查清周圍地下管線情況,堅決避免意外事故發生;根據地質情況,第一排土釘采用HPB335直徑20 mm鋼筋,當注漿體強度達到設計強度的70%時,可以進行張拉,應注意此處張拉不同于預應力錨桿,僅是對基坑邊坡提供一個主動防護效果;第二排采用直徑48 mm(厚3.5 mm)的鋼管,并將其加工成花管形狀,花管按500 mm的行距,圓周3孔(直徑6 mm)均勻布置,通過花管壓力注純水泥漿。5)噴射混凝土面層厚度為80 mm,混凝土強度為C20,掛單層鋼筋網,鋼筋網固定時,應將HPB335直徑14 mm(長度500 mm)的短鋼筋擊入土層,外部與面層鋼筋網連接,短鋼筋間距為2000 mm×2000 mm。6)基坑內部設置疏干井,將基坑內部的水位降低至基底以下至少0.5 m,內部管井施工時需避開工程樁樁位、樁承臺和剪力墻位置,同時在基坑四周,止水帷幕外側設置回灌井和觀測井,通過回灌進一步減少周圍建筑物可能產生的沉降。

4 結語

基坑支護設計需緊密考慮其周圍情況及地質情況,通過多個方案的綜合比較,才能得到安全性高、經濟合理、便于施工的設計方案。本文即綜合對比了四種方案,最終采用基礎托換和止水帷幕與土釘墻相結合的施工方案,既能較好地避免周圍建筑物的沉降,同時減少了支護壓力,避免施工大型灌注樁帶來工期延長和造價增高。工程實踐表明,該施工方案是一種經濟、有效的針對緊鄰建筑物的深基坑支護方法,可為類似工程提供較好的借鑒作用。

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