樁撐支護體系在改擴建工程中的設計與應用

葉 培 權

(朔州市朔城區城建技術服務公司，山西 朔州 140602)

1 工程概況

本工程為朔州市朔城區人民醫院門診住院綜合樓改擴建工程，主樓地上15層、裙樓5層，兩層地下車庫；主體結構采用框架剪力墻結構，基礎形式為梁式筏板基礎，地基處理采用CFG樁；地下車庫采用鋼筋混凝土框架結構，基礎形式為柱墩加筏板。

基坑長約為99 m，寬約為60 m。場地自然地面標高1 099.000 m，基坑開挖底標高分別為1 088.330 m，1 087.730 m；基坑深度H分別為10.67 m,11.27 m?；拥撞坑须娞菥⒓?，該部分待基底墊層施工完畢后單獨開挖。

2 周邊環境

基坑東側距原有住院樓(10F/1F)14.5 m，南側距鄯陽街11.5 m，西側距原有急診科樓(2F)1.55 m，北側距職工餐廳(1F)18.5 m。且距基坑北側7 m處有一條東西向的管溝，內置電纜、氧氣管道、供水管等管線，埋深2.5 m；距基坑北側2.5 m處有一眼深水井，井深150 m左右。

原有急診科樓和深水井仍在正常使用和運行。基坑周邊環境如圖1所示。

3 工程地質條件

1)場地抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g。建筑場地類別為Ⅱ類，場地標準凍深為1.4 m。

2)依據《朔州市朔城區人民醫院門診住院綜合樓改擴建項目巖土工程勘察報告》，支護范圍內主要是雜填土、粉土、粉質黏土等，實測地下靜止水位標高介于-15.44 m～-16.27 m(1 083.08 m～1 083.91 m)之間。地基土的粘聚力C和內摩擦角φ的確定如表1所示。

表1 土層各項物理力學參數表

4 基坑支護設計方案的確定

4.1 工程難點

1)基坑西側緊鄰急診樓，在基坑開挖過程中急診科室仍正常運營，保證其安全穩定是本項目重中之重。

2)工程支護樁和土方作業量大，對周邊環境要求較高。

3)項目位于正在運行的人民醫院院內，場地狹窄，生產設施安置較為困難。

4.2 技術難點

1)鋼支撐安裝節點較多，當構造不合理或施工不當時，很容易造成節點變形而導致基坑過大的水平位移，安裝質量較難保證；鋼支撐安裝時離未開挖的土方距離狹小，焊接的作業空間不夠，焊接質量較難保證。2)由于鋼構件在重復使用的過程中多次焊接和割斷，不可避免的存在溫度殘余應力，容易造成鋼構件局部壓曲失穩。

4.3 基坑支護設計方案

結合本工程實際、施工工期及周邊施工場地的情況，基坑采用鋼筋混凝土灌注樁加鋼管支撐的支護形式，以達到既能節約施工場地，又能很好地控制基坑變形的目的?；又ёo平面布置圖如圖2所示。

4.4 設計方案的優點

1)經濟合理。與鋼筋混凝土支撐的不可逆性相比，鋼管支撐則可以重復使用，在施工過程中僅需承擔鋼管支撐的租賃費用，從而在很大程度上節約了工程成本、減少工程造價。

2)縮短工期。鋼筋混凝土灌注樁的適用性強，施工簡便；鋼管支撐屬于預制構件，可在施工前根據所需量租賃，施工時不用考慮齡期影響，且安裝和拆卸方便。二者結合使用能大力加快施工進度，節約施工工期。

3)節約施工場地。鋼筋混凝土灌注樁屬于垂直支護，可用于基坑開挖深度較深、周邊環境復雜的場地，施工時所需占用場地空間較小，因而能節約施工場地。

4)增大作業面。方案中角撐居多，布置在基坑角部，基坑中部兩處對撐，所以坑內預留場地寬闊，便于坑內土方作業。

5 支護結構設計

5.1 鋼筋混凝土灌注樁

1)支護樁采用φ800鋼筋混凝土灌注樁，樁長17.5 m/16 m，樁間距1 400 mm，鉆孔成孔。

2)混凝土等級：C30;鋼筋采用：HPB300(φ)，HRB400()。

3)縱向受力筋的混凝土保護層厚度為50 mm。

本文選取設計方案中典型剖面作示例，見圖3。

5.2 冠梁

冠梁沿支護樁頂通圈澆筑，冠梁1寬900 mm(冠梁寬一般不大于樁徑),高800 mm，冠梁2寬900 mm，高600 mm。冠梁可保證排樁的剛度和承載能力，有效改善每根樁的受力性能和變形狀態，對減小樁身位移起到一定的控制作用，因此與樁的連接必須可靠。

混凝土等級為C30，鋼筋采用：HPB300(φ)，HRB400()。保護層厚度為35 mm。

5.3 鋼管支撐

鋼管支撐采用單管鋼支撐(GZC)φ609×16，聯系桿(LXG)采用φ273×8，鋼材均為Q235。鋼管(GZC)采用法蘭盤螺栓連接，端部對鋼管支撐施加預應力，設計預應力為600 kN。支撐布置航拍圖見圖4。

端頭斜撐嚴格按設計尺寸和角度加工焊接、安裝，保證支撐為軸心受力且焊接牢固，能采取雙面焊的必須雙面焊，不能采取雙面焊的要求采用坡口焊。

設計時考慮因溫度應力所導致的15%的支撐軸力對穩定性的影響；施工上遇到高溫時，考慮對鋼支撐進行物理降溫，例如麻袋淋水等；加強鋼支撐節點的控制，支撐的平面約束做成三角形的高穩定性結構。

5.4 鋼立柱

方形鋼立柱外形尺寸420 mm×420 mm，支桿用L125×12角鋼，鋼材為Q235；綴板用-400×300×8鋼板，間距0.7 m；鋼立柱嵌入基礎底面以下支撐樁內3.0 m。

5.5 拆除設計工況

1)完成基礎底板及防水做法后，將基礎與樁間用C15素混凝土填實。

2)完成標高1 093.600 m樓板及外墻做法后，將外側墻土回填(回填土要滿足結構設計要求)，在樓板位置通長澆筑C30素混凝土300 mm厚的圈梁。

3)待結構梁板及圈梁達到設計強度的80%后，拆除支撐。

4)拆除期間，監測單位應加強對圍護體和周圍建筑物的監測。

5.6 土方開挖

1)基坑周邊地面必須做排水溝，避免地面水流入基坑內，地面必須硬化，防止地表水滲入基坑。

2)土方開挖應分層、分段、適時、均衡進行，支撐部分應對稱開挖。

3)基坑開挖至支撐標高時，作業面低于本層支撐底標高500 mm，禁止超挖。

4)土方開挖順序：a.第一層的開挖深度，挖至冠梁頂標高處，開挖深度約2.5 m，設計標高-2.85 m?；又苓吀鶕O計要求進行刷坡，并掛網噴射混凝土。b.第二層土方開挖。第二層土方開挖至鋼支撐底部以下500 mm，開挖深度1.2 m，設計標高-4.05 m，開始冠梁及CFG樁的施工。c.第三層土方開挖，采用中間拉槽施工，開挖深度約3 m，設計標高-7 m。采用反鏟挖掘機拉槽，自卸汽車運輸。d.第四層土方開挖，采用小型挖掘機拉槽和送土，反鏟挖掘機裝土，自卸汽車運輸，開挖深度約3 m，設計深度-10 m。e.第五層土方開挖主要是CFG樁樁間土的開挖及裙樓、地庫基底整平處理。使用小型挖掘機配合人工進行開挖，挖土至基底標高200 mm～300 mm時，應停止機械開挖，而采用人工開挖以免超挖，擾動基底。

鋼支撐與冠(腰)梁通過活絡頭連接,見圖5。

6 基坑開挖及監測結果分析

6.1 基坑開挖主要施工節點

深基坑開挖主要進度計劃安排如表2所示。

表2 主要施工進度計劃表

6.2 監測結果分析

基坑在開挖過程中由具有監測資質的第三方監測單位進行監測，整個開挖過程基坑頂部水平位移及豎向位移變形量均在規范要求的安全范圍內，基坑變形控制良好。

其中，基坑頂部最大水平位移量為13.6 mm，此變形量對應的監測點水平位移變形圖見圖6。

由圖6可知，基坑頂部水平位移值隨開挖進度的進行而增大。在第五層土方開挖完成前變化率呈增大趨勢，說明基坑開挖過程中坑內土體減少導致基坑內外土壓力差變大，此時基坑更易受基坑內側土體裸露時間及基坑本身長、寬比的影響；之后變化率則逐漸變小并趨于穩定，表明基坑回填對坑外土體進行反推力，減小土壓力差，同時樁撐體系有效連接成整體，從而控制基坑變形。

7 結論

本文以朔城區人民醫院門診住院綜合樓改擴建工程為依托，通過成功使用鋼筋混凝土灌注樁加鋼管支撐的支護形式，分析得到如下主要結論：

1)鋼筋混凝土灌注樁適用性強，可用于基坑開挖深度較深、周邊環境復雜的場地，施工簡便。

2)鋼管支撐自重輕、安裝和拆卸方便、可重復利用，因此能節約工期，降低造價。

3)二者可以根據不同工程需求進行多種多樣的組合支護，更有效地控制基坑變形，應用靈活。

本工程基坑支護設計方案的成功應用既印證了樁撐組合支護的合理性，又能為以后同類工程提供參考價值，具有一定的指導意義。