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超大环梁支护结构深基坑实例工程

353 2021-11-08 13:46:28

吉祥大厦位于厦门市的外商投资商住区和金融区,是集写字楼、公寓、商场、休闲及地下车库为一体的商住小区。由一幢 26 层主楼和三幢 10~12 层附楼组成,地下两层贯通,建筑总面积51847m²,其中地上41600m2²,地下10247m²,建筑总高度分别为102.5m 和 45m。占地面6500m2²,长 84m,宽近 80m,开挖面积约6400m²,开挖深度为10~11m,局部深达13m。

1 环境条件及地质情况

该工程西面紧靠建于填土层的三、四层别墅群,相距 5m,基础埋深仅2m,对沉降及降水十分敏感,其它三面为市政道路及地下管线,北面横贯高压输电设施及线路相距 2m,东面有五星级大酒店,坑边有配电房、筹建处。

该地基表层为杂填土层3~5m 深,以下为淤泥层,厚14~20m,再下为残积粘土层,厚 20~22m,最高水位0.5~2m,整个地下室座落在淤泥层中。

2 基坑支护方案的选择

本工程结合结构、地质和环境的特点,曾提出四种方案,四周均为排桩围护∶(1) 中顺边逆半逆作中心岛法;(2) 四大斜角桁架单层内支撑;(3)上层环梁支撑和下层预应力锚杆;(4)双层钢筋混凝土环梁内支撑。经综合分析比较,优选围护桩加双层环形水平桁架支撑的支护方案(见图5-60)。

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2.1 基坑的围护结构

基坑周围采用单排机械钻孔灌注桩密排挡土,因双层支撑,故用桩径φ900@1100,桩长在基坑长边为 22m,短边为 20m。采用非均布的定向配筋,因环梁突出基坑部分,桩位按环梁弧线位置做成桩梁轴线合一。

2.2 基坑支护的内支撑结构

钢筋混凝土双层超大环形水平桁架支撑,因基坑呈矩形,在采用内切圆环梁的前提下,有两边圆环已突出基坑和矩形相交,留出坑内的操作空间,环梁直径达 77m,内支撑系统∶上环撑在地下3m;下环撑在地下7m。底层在地下室底板四周与围护桩之间浇灌C10混凝土支撑垫50cm,以保证下环撑拆除后的支护安全。

环撑由圆环梁(断面 2m×lm)、帽(边)梁(1.2m×lm)、斜撑、拉杆(lm×lm)组成,混凝土 C30,其特点是将坑外水平力通过围护桩和析架转化为圆环梁的轴向压力,发挥混凝十的承压优势,为确保环撑整体功能,采取一次性连续浇灌成型。

环撑的支承∶上环撑由围护桩和中间支承柱承担,下环撑由中间支承柱和围护桩上的钢支座承担。支承柱为的800 灌注桩上焊接D450×12的钢管混凝土柱。

2.3 保护临近建筑的隔水帷幕

为避免因基坑降水开挖引起临近的别墅、围墙及地下管线下沉位移及变形开裂,在围护桩与别墅之间设一道隔水帷幕。因填

十层块石较多不便干水泥搅拌桩施工T。故改用水泥旋喷桩雕幕。旅

喷帷幕由一排高压摆喷体组成,用三重管旋喷跳打法施工,喷点间距1.2m,摆喷角 45°,帷幕总长 85m,在中部55m 范围内桩长11m,两端各 15m范围(即别墅区以外)桩长 7m。

3 双层环梁支护体系的施工技术措施3.1 中间支承桩的布置与施工

环梁支护的可靠性,在于环撑不因支承柱下沉、上浮或失稳而造成平面外的变形失稳,要保证支承桩的承载力的抗浮力,桩身埋入残积土层应有足够的深度。支承柱的位置,要避开地下室的柱、梁、墙和地梁等,尽可能设在环梁和斜撑交叉的节点部位并通过结构图和环撑图的叠合图来合理布置。

3.2 环梁与地下室结构柱预留筋相碰的处理

因下环梁底标高仅高出底板1.2m,不足预留框架柱筋的高度,应根据设计图的柱位在下环梁上预留洞口,并加大其断面,以便预留筋穿过。

3.3 超大环梁一次性整体连续浇灌防止收缩裂缝

环撑混凝土为 C30,由干环形平面大、断面大、混凝土量大、不设施工缝,为保证施工质量,采用微膨胀缓凝混凝土,用水化热低的水泥并掺用 UEA复合膨胀剂(和磨细粉煤灰)。成型后覆盖养护。为连续浇灌不出施工缝,以南面环梁中点开浇,分两路到北面会合。

3.4 保留环撑中部土方后挖用作施工操作场地

鉴于整个场地为地下室工程,四周没有可利用的场地,只能

将混凝十搅拌和钢筋加工设在场内环撑的中部空档,保留中间土方留待环撑完成后再挖运出场。

3.5 架空道桥与两层环撑的立体交叉作业

为解决机械挖土进出基坑的架空道桥与两层环撑的立体交叉作业矛盾,土方分三次开挖∶第一次沿环撑位置挖槽至一3m,施工上环撑,然后在环撑的最窄处架设工字钢梁、铺枕木的架空道桥。第二次挖至一7.3m,保留坡道和道桥下面一段后挖,因场内中心岛狭小、堆料有限,不便于拆桥挖土做到下环撑一次整浇,故采取保留道桥,将桥下的一段环梁留下后浇,再恢复架空道桥。第三次挖至地下室垫层底标高,剩余的坡道土方,利用坑内的挖土机挖递出坑,最后将挖土机吊运出坑。

3.6 环形支撑的爆破拆除

环撑的拆除是与地下室施工交叉进行的,当底板与围护桩之间的撑垫完成后,即可拆除下环撑,在地下室两层墙外填土夯实后,即可拆除上环撑。爆破拆除的要求∶采取分层分段、逐步卸载的保护性和定向性的松动爆破;要求爆破体破而不抛,渣石不飞出坑外和不损坏在建的地下室结构;在爆破下环撑时。要确保

上环撑、围护桩及支承柱不受损坏和变形失稳。

环撑拆除可采取静态爆破或毫秒微差控制爆破。因静态爆破效率低、破碎程度差、成本高,故优先毫秒微差控制爆破。编制的爆破方案,进行了布眼形式、炮眼间距、排距、深度、最小抵抗线等爆破参数的设计以及装药量的计算。在正式爆破前进行了试爆和参数调整 。采用砂袋、竹笆、帆布等安全防护覆盖措施及安全警戒措施,实现了安全、高效、经济合理的爆破效果。

4 环梁支护的施工监测与分析

本工程施工监测包括;围护桩桩身挠度 (埋设测斜管、用测斜仪)、环梁垂直位移、环撑钢筋应力(埋设钢筋应力计)、邻近建筑物沉降、道路沉降(均用精密水准仪)及地下水位变化等七项监测,并将监测值随时间与开挖深度和环撑支拆变化绘出关系曲线,以指导现场施工。

对施工实况和监测数据的综合分析结果如下∶

(1)围护桩桩顶水平位移∶最大水平位移为-14(向外)~+29mm(向内),说明环撑支护安全可靠,整体变形较小,整体功能较好。

(2)围护桩桩身挠度;随着基坑开挖的加深,桩身挠度最大点也同步下移、因坡道外缓挖、环撑未脱空受力以及开挖未严格分层交圈、未及时浇灌环撑,曾出现基坑长边的桩身挠度达48~62mm,最大值达 100mm。

(3)环梁和帽梁的垂直位移∶随坑土挖深和卸载,坑底会呈现反弹涌土,引起支承桩和环撑上浮变形。实测环撑的最大上浮为56~70mm,而平面外挠度仅30mm,为0.38%,在地下室施工过程中是稳定可靠的。

(4)环撑杆件轴力变化∶钢筋应力随挖深增加而加大,随开挖交圈和环撑承载逐渐达到受力均衡,但钢筋承载力尚未充分发挥,说明环撑断面和配筋是富裕的。唯少数杆件节点部位因应力集中,荷载反复变化引起裂纹,应采取对节点增加构造筋等措施。

(5)相邻建筑沉降监测,相邻的别墅建筑,为片筏基础埋深2m,置于淤泥层上的填土层中,几年来地基沉降尚未稳定,房屋倾斜仍在纠偏中,此次虽经采取多项防护措施,均匀下沉量曾达到77~102mm,但相对沉降的斜率为0.15%左右,建筑安然无恙。

5 体会

该工程深基坑支护采用环梁支护体系,经过半年多的施工和雨季考验,证明方案和施工是成功的,具有形式简单、受力明确、支护可靠、操作空间大、挖土工效高、结构量较小、费用较低(较常规低 20%以上)等优点,适用于淤泥质软弱地基、场地狭窄和因坑外建筑障碍不能采用拉锚方案的深基坑施工。

今后还应尽量使圆环梁(或椭圆)与坑周相切,最好相交,环梁杆件可改进为空腹或窄腹及不对称配筋,以扩大施工空间,减少工程量,降低支护费用等。