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既有基坑支护加固、改造、再利用如何进行?

274 2020-07-04 08:49:32



一、前言
基坑支护技术在城市基础施工中已被广泛使用,随着城镇化进程不断推进,城市的建筑密度日益增大,建设用地日趋紧张,施工中有时会受到既有基坑支护结构的影响。如何通过对既有基坑支护结构进行优化、加固和改造,使之能够满足现有基坑支护工程的需要,变废为宝使其得到再次利用。

二、既有基坑支护结构的改造、加固与再利用
基坑支护结构一般是作为建筑物深基础施工的一个技术措施,在北方地区多为临时性结构,待基础施工完成、土方回填至地表后其功能既已完成,不再具有使用价值。因此,对既有基坑支护结构如果能结构得到再利用,可有效节省建筑材料、节能减排、保护环境,具体改造与再利用主要分为两类:

2.1. 既有基坑支护结构的优化、加固与再利用

该类基坑支护结构往往是因为在施工过程中,由于拟建建筑物的使用功能或需求发生改变,需对建筑物的设计方案进行调整和变更,即建筑物基础的平面尺寸或埋深发生了改变,使得原有的基坑支护结构不能满足调整后建筑物基坑支护的要求,需要对其进行相应的优化与加固,使之满足调整后基坑支护的要求。如何利用原有基坑支护结构,尽量减少新基坑支护的工程量,是充分发挥既有基坑支护结构支护作用的关键,可分为以下四种情况:
1、原有护坡桩嵌固深度减少需通过增加预应力锚杆进行加固
该种情况是基坑深度加深后原有护坡桩的嵌固深度减少(一般嵌固深度减少在50%以内),为防止护坡桩发生“踢脚”现象,通过增加一道或多道预应力锚杆,解决其嵌固深度不够的问题,使原有的护坡桩得到再利用。
2、原有护坡桩嵌固深度减少需通过增加短桩和预应力锚杆进行加固
该种情况是基坑深度加深后原有护坡桩的嵌固深度减少较多(一般是嵌固深度减少超过50%以上),通过增加预应力锚杆的方法不能满足新基坑支护结构的抗倾覆要求,可通过增加一排短桩(大直径桩、小直径桩或钢管桩)和一道或多道预应力锚杆,组成接力支护,与原有的护坡桩形成一体,使原有护坡桩经过必要的加固后得到了再次利用。
3、原有基坑桩锚支护结构中预应力锚杆的优化与再利用
该种情况是基坑深度增加后,原有的预应力锚杆如何参加工作,如何得到再利用。首先要通过观测结果或现场检测,确定原有预应力锚杆在现有状态下的工作荷载,然后在设计时将该部分预应力锚杆的工作荷载参与计算,使之满足设计要求,可相应的减少新增预应力锚杆的数量,使原有的预应力锚杆得到二次利用。

4、原有护坡桩被废除遗留预应力锚杆的再利用
该情况是新的基坑支护结构范围已超出原有基坑的支护范围,原有的护坡桩已拆除,需要重新施工新的护坡桩,但遗留下来的预应力锚杆,可根据其剩余的长度通过计算后进行合理的二次使用,即待基坑开挖至保留锚杆的标高时对其进行张拉、锁定,使其重新发挥作用。

2.2.相邻既有基坑支护结构的改造、加固与再利用

该类基坑支护结构往往是因为在施工过程中,新建建筑物距邻近已有建筑物较近,无法按常规方法进行新建建筑物基坑支护的施工,需利用邻近建筑物既有的基坑支护结构,并对其进行改造和加固,使之满足新建建筑物基坑支护的要求,使相邻得既有基坑支护结构得到再利用。
合理利用相邻基坑支护结构的护坡桩或预应力锚杆为新基坑发挥支护作用,可有效的解决新基坑支护施工难题,提高相邻既有基坑支护结构的利用率,可分为以下三种情况:
1、相邻原有护坡桩嵌固深度减少需通过增加预应力锚杆进行加固
该种情况是新基坑与相邻基坑支护结构相距很近,没有空间进行新基坑的支护结构施工,且新基坑的深度比相邻基坑深度深,使得相邻基坑护坡桩的嵌固深度减少(一般是的嵌固深度减少在30%以内),为保证相邻建筑物不发生不均匀沉降,需通过增加一道或多道预应力锚杆进行加固,在即保证相邻建筑物安全的前提下,又能满足新基坑支护的要求,使相邻基坑支护结构的护坡桩得到二次利用。
2、相邻原有护坡桩嵌固深度减少需通过增加桩和预应力锚杆进行加固

该种情况是新基坑与相邻基坑支护结构相距很近,没有空间进行新基坑的支护结构施工,且新基坑的深度比相邻基坑深度深,使得相邻基坑护坡桩的嵌固深度减少较多(一般是嵌固深度减少超过30%以上),可通过增加一排桩(大直径桩、小直径桩或钢管桩)和一道或多道预应力锚杆,使之与相邻基坑的护坡桩形成一个整体来满足新基坑支护的要求,使得相邻基坑的护坡桩得到了再次利用。

3、相邻原有基坑支护结构的预应力锚杆再利用

该种情况是新基坑支护结构与相邻基坑支护结构相距较近,使新基坑支护的预应力锚杆无法施工,在相邻基坑支护的预应力锚杆未卸载的前提下,可将其与新基坑支护结构形成“锚拉结构”,这样即节省了新基坑支护预应力锚杆又使其相邻基坑支护的预应力锚杆得到再次利用。


三、工程实例

实例一:既有基坑支护结构的优化与加固

3.1.1.工程概况

北京市丽泽商务区某基坑支护工程,原基坑支护方案具体为:基坑长为116.00m,宽为106.00m,基坑开挖深度为19.50~20.05m。根据基坑周边情况的不同,基坑支护主要采用两种支护结构形式,第一种支护形式是在基坑开挖深度较深且周边场地比较狭窄,不具备放坡条件处,采用挡土墙+桩锚支护的形式;第二种支护形式是基坑周边有一定放坡条件,采用喷锚支护+桩锚支护的形式。
基坑支护及土方工程于2011年12月开始施工,到2012年3月基坑支护施工全部完成、土方施工至设计开挖深度1.00m时,由于主体结构的设计方案需要调整,基坑土方开挖施工停止,基坑支护结构进入看护期。
 2012年原基坑完工情况

在2012年冬季来临之前,为保证基坑支护结构的安全,对基坑支护采取了压坡脚的措施,即对基坑四周进行了土方回填,回填高度为4.00m,回填宽度为8.00m。之后该基坑支护结构经历了两个雨季――冬季的循环,基坑支护结构工作正常。
2014年1月该项目的主体结构设计方案调整完成,建筑物的平面尺寸及基础埋深都发生较大的变化。其中,部分新的结构外轮廓线已扩展到原有基坑支护的外侧;调整后基坑开挖深度为21.20m~22.20m,较原设计的基坑开挖深度相比,基坑深度增加了1.65m~2.15m。原有的基坑支护已不能满足调整后基坑支护的要求。如果按重新进行基坑支护方案考虑,经计算需设置一排桩+四道预应力锚杆,且在既有基坑支护结构的附近施工,护坡桩只能采用人工挖孔桩方法成孔,施工周期长、安全隐患多、施工成本高。
2014年基坑改造前情况

场地西侧临基坑施工,西侧的护坡桩已被全部破除,即西侧已经与周边基坑连接。

3.1.2. 原基坑支护方案优化与调整

本项目基坑深度调整后,原有基坑支护的护坡桩的嵌固深度由4.00m,分别减少到2.35m~1.35m,嵌固深度减少了1.65m~2.65m。根据建筑方案调整后的情况,在满足调整后基坑支护要求的前提下,对原基坑支护在以下几个方面进行了优化与加固:
1、护坡桩嵌固深度减少1.65m处基坑支护的优化与加固
该部分基坑支护由于基坑加深了1.65m,原有护坡桩的嵌固深度减少超过了40%,因此原有基坑支护已不能满足新基坑支护的要求。经过计算,对原有基坑支护结构进行了两方面的优化与加固,具体详见图1。

一是在基底标高以上2.00m处增加一道预应力锚杆,解决护坡桩嵌固问题;

二是对原有三道预应力锚杆的锚固力进行分析、评判后,确定其工作荷载按原设计荷载的45%参与新基坑支护的工作,然后在原有第二排和第三排预应力锚杆之间再增加一道预应力锚杆。

2、护坡桩嵌固深度减少2.65m处基坑支护的优化与加固
该部分基坑支护由于基坑加深了2.15m,原有护坡桩的嵌固深度减少超过60%以上,基坑支护有可能发生嵌固端“内倾”问题,需要采取必要的加固措施。经过计算,对原有基坑支护进行了三方面的优化与加固,具体详见图2。
一是在基底标高以上2.00m处增加一道预应力锚杆,起到对原有护坡桩嵌固端锁定的作用;
二是在基坑底部增加一排短桩和一道预应力锚杆,使上下两排护坡桩通过新增加的两道预应力锚杆形成“接力桩”,以解决护坡桩的嵌固问题;
三是对原有三道预应力锚杆的锚固力进行分析、评判后,确定其工作荷载按原设计荷载的45%参与新基坑支护的工作,然后在原有第二排和第三排预应力锚杆之间再增加一道预应力锚杆。

3、拆除护坡桩部分预应力锚杆的再利用

调整后的建筑方案有三处结构尺寸已超出原基坑支护的范围,需要将原有护坡桩拆除,重新施工新的护坡桩。根据结构调整方案,三处超出基坑支护范围的新护坡桩中心线分别向外移动了2.00m、4.15m和4.80m,三处遗留的预应力锚杆长度分别减短了2.10m、4.30m和5.00m,在设计过程中将这三处遗留的预应力锚杆根据其现有长度重新进行计算,使其得到再利用,具体详见图3、图4、图5。

2014年基坑改造后情况

3.1.3. 既有基坑支护结构加固与再利用方案与正常支护设计方案的对比分析


实例二:相邻既有基坑支护结构的改造与再利用

3.2.1.工程概况

北京市地区某接建综合楼基坑支护工程,一期综合楼为地上五层、地下二层的框架结构建筑,基坑开挖深度7.80m,基坑支护采用悬臂桩支护结构,之后在综合楼施工过程中在西侧增加了一个楼梯间,楼梯间的基础就坐落在基坑支护结构的联梁上。二期接建综合楼施工时,两个楼结构外墙之间的间距只有0.50m,且二期接建综合楼的基坑深度比一期综合楼的基坑深度深4.50m。由此,二期接建综合楼基坑支护存在以下问题:

1、两个建筑物相距太近,之间没有进行二期接建综合楼基坑支护结构施工的空间;
2、二期接建综合楼的基坑深度比一期综合楼的基坑深度深4.50m,原有护坡桩的桩底标高高于新基坑的基底标高,造成原有护坡桩没有嵌固深度;
3、两个建筑物相距较近且高差相差4.50m,必须保证一期综合楼的结构安全与正常使用;
4、必须严格控制一期基坑支护结构的位移与沉降,否则一期上部结构的楼梯间将会产生较大位移和沉降,影响其安全和使用。

3.2.2.相邻既有基坑支护方案改造与加固

针对上述存在的问题并结合一期基坑支护结构的特点及周边环境的要求,采取了以下改造、加固措施:
1、采取新老基坑支护结构相结合的方法,在一期护坡桩的两侧增设新护坡桩,将原有护坡桩夹在中间,然后通过上部钢筋混凝土联梁和下部型钢腰梁的联系,使之成为一个整体。

2、在上部联梁位置出设置一道角支撑,以有效的控制支护结构的桩顶位移,具体详见下图。

3、对一期基坑支护结构范围的护坡桩进行加固,在上部-6.70m增加一道预应力锚杆,在下部护坡桩嵌固端处设置了一排钢管桩和四道预应力锚杆,使之通过接力形成一个整体支护结构,有效的控制了护坡桩的位移和沉降,具体详见下图。


实例三:相邻既有基坑支护结构的预应力锚杆再利用

3.3.1.工程概况

北京市东二环商务区某基坑支护工程,该项目东侧邻近东二环路,北侧与一在建的写字楼相距10.00m左右,基坑深度为24.20m。由于本项目位于市区的繁华地带,为保证安全拟将该侧的土方进行卸载,但因为现场施工场地非常紧张,业主希望在基坑北侧预留出一条不小于2.00m宽的施工通道。为能保留现场北侧的施工通道,原拟定的卸载措施不能实施,给该侧基坑支护加固的施工带来很大的困难。

3.3.2.相邻既有基坑的预应力锚杆再利用

由于新老基坑支护结构之间只有8.00m左右的距离,为保证现场北侧施工通道的畅通,针对该侧基坑支护的问题,进行了桩锚支护、多排桩支护、内支撑支护、锚桩支护等多种支护方案的对比,但都因在技术可行性、施工工期、工程造价、对后期施工的影响等方面存在相应的问题而未被采纳。
在对北侧相邻施工现场的进行调查时,了解到与之相邻一侧的基坑深度为19.00m,基坑支护结构为喷锚+桩锚支护的形式,其中地表以下6.00m范围采用喷锚支护、6.00m以下采用桩锚支护,设置了三道预应力锚杆。当时,基础施工已经完成,基坑周边土方已回填至地表。关键的信息在于,土方回填时预应力锚杆没有卸荷,钢腰梁没有拆除,这就为我们对相邻基坑预应力锚杆的再利用提供了可靠的保证。
这样就可通过利用相邻基坑遗留的预应力锚杆与新基坑一侧的联梁、腰梁进行锁定,使新旧基坑的支护结构共同形成了一个新基坑的支护结构。在该侧基坑支护设计时,结合相邻基坑支护结构的相关参数进行新基坑支护结构的喷锚支护、护坡桩、锚杆、联梁、腰梁的布置,形成“锚拉结构”,满足了该侧基坑支护的要求,具体详见下图。

3.3.3.施工过程中对相邻既有基坑的预应力锚杆的保护

在新基坑支护结构施工过程中对相邻基坑的预应力锚杆的保护是本项目能否满足其支护要求的关键。首先是将新护坡桩的桩位要与原有护坡桩的桩位一一对应;再有在护坡桩成桩过程中注意不要将两侧的预应力锚杆剪断;然后在土方开挖过程中不要将外露的钢绞线挖断;最后在进行张拉锁定时要对每一根预应力锚杆进行张拉检验,满足设计要求后再进行锁定,以确保预应力锚杆的正常工作。


四、结束语
将既有基坑支护结构进行优化、加固、改造,使其原已过期的支护结构或已埋入地下成为遗留物的支护结构得到了再次利用,这样即减少了对周边环境的影响,又符合我国当前保护环境、节能减排的要求;同时,降低了工程造价、节约了施工工期。但施工过程中也发现存在以下问题,建议在今后的工程施工中要加以注意:
1、既有基坑支护结构的再利用要充分考虑由此带来的其环境效应问题,对既有支护结构的优化、改造、加固要采取相应合理、稳妥措施,不能给周边的环境造成不利影响。
2、护坡桩因嵌固深度的减少需要进行加固,首先要根据嵌固端的土层参数进行分析、计算,选择适合本工程的加固方式;其次是采用“弱桩强锚杆”的概念,合理的运用预应力锚杆与护坡桩相结合,可有效的减少护坡桩的嵌固深度和配筋。
3、预应力锚杆在张拉锁定完成后,应将张拉段的钢绞线予以保留,不要在张拉锁定后将其切割掉,这样可在需要时对其进行重复张拉锁定,以提高预应力锚杆的工作效率。同时,要采取相应措施对保留的张拉段钢绞线做好防护,使其能够在后期可以继续使用。

 


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