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深基坑组合型支护(放坡、水泥搅拌桩和钻孔灌注桩加拱圈)

354 2021-12-27 14:45:59

4.2.1 工程概况

冷静小区4号地块A 区工程位于宁波市海曙区,解放南路与长春路交汇处西北侧,地处闹市区,周边情况复杂(见图4.2-1),.其中东面解放南路是市区主要交通干道,周围管线较多,须特别注意

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主体工程分为三部分∶一是18层办公楼,高69.4m,框筒结构,下设一层地下室;二是8层办公楼,高35m,框架结构,下设一层地下室;三为7层商住楼,高 25.4m,设半层地下室。工程桩除 18层为钻孔灌注桩外,其余皆为沉管灌注桩。

基坑按主体工程地下室形状和开挖深度不同,分成三个区域,即挖深至一6.83m的扇形基坑(I区),挖深至一5.53m(I区)和-3.73m(Ⅲ区)的矩形基坑。由于自然地面标高为一0.50,因此实际挖土深度分别为6.33m、5.03m和3.23m。基坑总围护长度230m 左右(其中基坑北侧与B区工程连接,不必围护)。

围护设计

(1)工程地质情况

本工程地质中与基坑开挖有关的土层分布如下∶

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本场地分布的地下水主要为孔隙潜水,对混凝土无侵蚀性。基坑开挖范围内土层渗透系数较小,地下水位主要受自然降水影响。

(2)围护设计思路

由于本工程基坑形状不规则,内部开挖深度不一。若采用支撑系统则支护结构布置较为困难,且不利于施工。拉锚系统场地条件不允许。从安全、经济、方便施工的角度考虑,采用自立式支护为主,按基坑开挖深度不同分块采用不同形式支护(图4.2-2、3),对挖土最浅的3.23m 部分(Ⅱ区),周围场地较为宽阔,采用1∶2自然放坡,坡面铺设50mm 厚钢丝网水泥;挖深5.03m 部分(I区),采用水泥搅拌桩重力式挡墙支护,坑壁7排格栅状布

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置,3.7m 宽;坑底二排密布,1.0m 宽;挖深 6.33m 部分(I 区),考虑到基坑成扇形,在圆拱部分采用钻孔灌注桩 650@750,桩顶加一道圆拱顶梁,起顶部支撑作用;其余部位采用水泥搅拌桩重力式挡墙支护。坑壁7排格栅状布置,3.7m 宽,坑底4排格栅加固,2.0m宽。考虑到圆拱拱脚部位有很大的推力,在拱的支座处各布置10根 φ650钻孔灌注桩,桩侧加打水泥搅拌桩加固周围土体,以保证拱形支护结构安全。又考虑到拱圈在压力作用下可能使拱的支座产生拉力,在两个支座之间的拱顶梁两端加设两

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根槽钢作为拉杆。

(3)围护设计计算

本工程围护设计计算按《上海地区深基础施工指南》及国家有关规范进行。考虑到基坑附近可能堆放砂石和其他建筑材料,取地面超载为20kN/m²,按 6m 宽条形分布。土压力按朗金土压力理论分层进行计算,土的力学参数c、φ值按固结快剪峰值选取。钻孔桩受力按单层支撑的排桩模式进行计算。计算结果每根桩承受力最大弯矩为111.64kN·m,桩长15.31m,支撑力为57.86kN/m。实际取桩长16m,桩身配筋按混凝土结构设计规范沿周边均匀配筋计算,配12虫 20,箍筋配φ8@250,另加616@1500 加劲箍。

水泥搅拌桩按重力式挡墙计算,水泥土的力学指标重度为19kN/m³,内摩角30°,无侧限抗压 2000kPa,抗剪强度 150kPa,搅拌桩长度分别取14m和12m,经计算抗倾覆安全系数大于1.5,抗滑移安全系数大于1.3,抗隆起安全系数大于1.25,都满足要求。

圆拱顶梁的计算方法为将作用于圆拱径向荷载分解为水平三角形荷载和垂直均布荷载,计算得圆拱最大弯矩为 955.07kN·m,拱脚部位水平拉力为658.41kN,垂直推力为1120.7kN,圆拱顶梁截面取高×宽=600mm×1500mm,配8中 20,水平拉杆为2 根16a 槽钢。拱脚推力各由 10根 6650钻孔桩承担,桩配筋同围护桩,桩水平受力按线弹性地基抗力m法进行计算,在水平力作用下,桩顶位移小于1cm。

整个计算都按规范要求满足安全条件,且留有一定余地。

4.2.3 围护施工

本围护设计于1995年6月2日经宁波市城乡建委专家组会审通过,6 月 23日开始围护桩施工,钻孔桩与水泥搅拌桩同时进行,搅拌桩为双头1200mm×700mm,桩间搭接 200mm,设计要求用525号普硅水泥,掺量13%,另加石膏 2%,木质素磺酸钙0.2%,水灰比0.5,在拱的支座部位为提高水泥土强度,又掺入了强化剂 SN201。实际施工中水泥搅拌桩水泥掺量不足,搅拌不均匀,且有漏打现象,施工质量较差,钻孔桩施工质量较好。

打桩工作至 8月1日正式结束,马上浇筑圆拱顶梁,开挖明沟,设集水井,布置深部土体位移监测孔,同时设置拱顶梁拉杆,至8月13日完成,集水井利用废柴油桶穿孔,内装石子埋深1.2m 左右。

由于支护结构采用自立式分块支护,大大方便了挖土。整个土方工程由一台反铲式挖掘机进行。Ⅲ区放坡施工于7月28日开始,至8月13日结束,马上进行地下室底板施工,并于9月中旬完成。Ⅰ区范围内挖土于8月20日开始;至8月31日结束,然后进行Ⅱ区范围内挖土,至9月8日全部结束。整个土方工程共用了43天,中间停了7天,实际工期仅36天。

基坑挖土至规定标高后,开始凿桩,铺设垫层,砌砖模,同时在内部高差处砌块石挡土,另外在1 区和Ⅱ区交界处打2.2m 宽9m 深4排水泥搅拌桩挡土。I区地下室底板于1995年10月30日浇筑完成。

在施工单位编制的施工组织设计中,土方开挖过程应分层由中间向四周开挖,机械挖土至垫层标高左右进行人工修土,随挖随做垫层;I区范围挖土需待I区地下室底板垫层铺设完毕后才能开始;在施工过程中基坑附近不得大量堆载;挖出土体须及时清运。实际施工时由于控土工作由渣土办承包,挖土顺序与施工组织设计不符。实际上挖掘机从基坑边沿开挖,一挖到底;在【区挖土结束后未等垫层浇好就开始Ⅱ区挖土,导致围护结构产生较大位移,特别是拱的支座部位位移偏大,整个拱圈未形成拱作用,拉杆基本没有发挥作用;同时由于在基坑附近堆放了大量钢材和砂石(估计达300t 以上),也加剧了结构的变形。施工单位在建设单位和设计单位的督促下,积极采取措施,加紧人工修土,铺设垫层,砌砖模,并在拱的支座部位堆置块石,控制了变形发展,保证了拱圈的安全。在整个挖土工作结束时,因为费用问题,挖土单位将挖出的土在基坑附近堆放长达三天,致使 I区基坑水泥搅拌桩严重位移变形,地面开裂。经建设单位与施工单位、设计单位、挖土单位紧急磋商,于当晚立即将弃土清运出场,并在场地条件许可下卸去基坑外一部分土,使基坑转危为安。

4.2.4 围护施工结果

由于设计单位在支护工程设计中充分考虑了工程施工方便,建设单位在施工过程中认真管理,施工单位积极配合认真施工,施工过程中天气一直较好,所以整个施工过程虽出现过一些不利情况,但总的来说还是比较顺利,工期较短,进度较快,在同期会审的基坑支护工程中最先完成地下室底板施工,基本上达到了安全、经济、方便施工的目的,符合设计要求。

(1)变形监测情况

在挖土工作开始前,设计单位在I区和Ⅱ区基坑附近埋设了深部土体位移监测孔。施工单位对圆拱环梁进行了水平位移监测。由于注意保护不够, Ⅱ区的监测孔在工作前即被破环,只能对I 区进行监测。监测工作自8月 23日开始,到地下室底板浇筑完成结束,监测结果见图 4.2-4。

由图中2号孔的监测结果可知,钻孔桩在施工中变形为典型

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的单层支撑板桩变形,圆拱环梁在施工中起到了一部分顶部支撑的作用,但由于拱的支座部位位移较大,使支撑也发生了一定的位移。由图 4.2-4中1号孔与3号孔的监测资料比较可知。由于1 号孔拱的支座临空,挖土未按施工组织设计进行,其位移明显大于3号孔,使整个圆拱并未发挥拱的作用,拉杆作用基本丧失。

由于整个施工过程进行了监测,设计单位能及时获得有关数据。对整个变形情况有了较准确的了解,所以能及时对施工单位提出意见、建议,使整个施工过程得以顺利进行。

(2)工程造价

围护结构设计预算为 130 万,实际工程造价估计需170万左右(包括设计费、监测费、排水费等,不包括挖土费),按围护周长 230m计算,每延米造价7390 元,在相同深度基坑中属较经济的。

4.2.5 体会及建议

1.支护工程设计根据基坑深度不同采取不同支护形式,同时充分考虑基坑形状及邻周环境,因地制宜布置支护结构,可以有效的减少工程造价,既便于施工又利于基坑安全。

2.圆拱形构件受力分析较为复杂,而且只有当拱脚部位有足够的强度时才能发挥拱的作用,因此支护工程采用圆拱构件时须特别谨慎。

3.深基坑挖土工作应在施工单位、设计单位、建设单位共同监督、管理下进行,分层分块开挖,不能为抢进度冒险开挖,以免危及整个工程安全。

4.天气情况对深基坑施工至关重要,因此在天气情况良好时应尽量加紧施工,在天气阴雨时应注意排水。

5.支护工程应加强监测工作,随时提供有关情况,做到信息化施工,对不利情况及时采取措施,确保工程安全。