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厦门某大厦基坑支护实例工程

353 2021-11-23 10:17:54

一、工程概况

该大厦位于员当湖北岸,主楼26层,附楼10~12层。主、附楼均设2层地下室。建筑总面积为 51847m²,建筑总高度为 102.5m,占地面积6500m²,基坑开挖面积为6400m²,开挖深度为9.90m。基坑周围环境复杂,其西侧为3~4层别墅群,最近一幢别墅距基坑边沿不足 10m,该别墅群基础为片筏基础。基础落于填土淤泥层上,埋置深度约2m,对基坑开挖采取的降水及引起的土体变形极为敏感,另外三面为市政道路及地下管网,与基坑边缘距离约为 6m,据勘察报告,土层自上而下为∶①人工填土;②淤泥;③冲洪积粘性土;④残积粘性土。淤泥含水量高。是典型的软土层,土中含贝壳及中细砂微薄夹层。对排水固结有利,冲洪积粘性土顶部含碎石的土层,具有一定的透水性。

二、支护结构设计

1.设计依据及原则

支护结构设计所依据的资料为∶建筑总平面图、地下室结构设计图、桩位平面图、周边管网平面布置图及工程地质勘察报告。设计原则为。支护结构必须安全可靠、既要保证支护结构的强度和整体稳定,又要确保周边建筑物不发生影响正常使用的变形,支护结构设计从加强整体刚度人手,以减少支护结构的水平位移,同时按方便施工考虑,在保证安全的前提下,降低造价。

2.支护方案选择

(1)方案选择的三个主要方面为∶

1)支护桩,可选用地下连续墙、密排混凝土灌注桩和水泥搅拌拌桩。

2)支撑,可选用锚杆、内支撑的钢架支撑体系和圆环形钢筋混凝土支撑。

3)降水,可有外降水和外部不降水(支护密封止水)。

(2)方案筛选。支护桩、支撑和降水的不同组合可组成多种方案,分析筛选如下∶1)支护桩∶地下连续墙采用较先进的施工设备,可保证桩身较好的垂直度和密封止水性。当采用外部不降水方案时可优先选用。但地下连续墙单方造价高,相当于灌注桩造价的2倍。该工程无严格的止水要求,对垂直度要求也较低,因此从造价方面考虑,该方案不拟选用。水泥搅拌桩作为支护体系,一般造价较低。但此法一般只能用于坑深小于6 ~7m。该工程坑深约10m。不宜选用。冲钻孔漕注桩施工工艺成熟,造价适中,且在员当湖两岸有多项支护工程的成功经验可以借鉴。

2)支撑体系选择∶土层锚杆不需要在坑内设支撑系统,便于坑内挖土施工,故常为较深的基坑支护体系所采用。但锚杆在软土中易产生较大位移,例如在天津市区(天津市区上层土属较好的软土层。平均含水量 W≤35%,天然重度y≥1.85kN/m3)、几项采用锚杆支护的工程,坑深 8m 左右,位移一般接近10cm,该工程为厚的淤泥土,含水量很大,W=71.6%,重度y=15.6kN/m³,采用锚杆将产生更大的位移,对周边别墅群不利。

井字形钢支撑必需采用较密的(一般间距 5~8m)纵横钢支撑体系,且在交点处应作竖向支承桩,组成纵横和竖向三维的支撑体系,对施工很不方便,根据该基坑深度,必需至少采用上下两层钢支撑,造价很高。

环形梁支撑系统最大的优点是以轴心受压为主,弯矩相对较小,受力条件好、变形小,支撑体系变形也小。环形梁支撑虽为内支撑体系,但其支撑部位集中于基坑的四周,挖土施工空间很大,有利于挖土施工。且造价仅为纵横钢支撑的 30%。环形梁支撑较适用于方形基坑,该工程基坑基本为方形。

3)降水问题∶深厚的淤泥层中开挖深基坑,自坑底向坑内涌土和基坑整体失稳是存在的主要危险,厦门市已有基坑因涌土间题而出现整体失稳工程事故,也有在桩挖孔时,因孔底涌土而使周边建筑、道路产生很大变形,该工程附近的某大厦,也曾发生基坑失稳事故。究其主要原因是西侧施工地面用水使地下水位过高造成的。而金源大厦基坑采用了降水措施,挖孔做钢管柱时,未发生任何涌土及不利变形。

可见采用降水措施可增强基坑稳定和避免基坑涌土的重要措施。

3.支护结构概况

该工程最后采用密排钻孔灌注桩及两道环梁支撑和外降水的支护方案,如图1。灌注桩桩径 φ900,桩中心距 1100mm,环梁突出基坑部分,桩位按环梁弧线位置布置,使作用在桩上的土压力能传至环梁支撑结构体系,环梁支撑结构体系由现浇钢筋混凝土环梁、帽梁、斜梁、拉梁、边梁及钢管支承桩组成,上环梁支撑体系在地下2.5m处,下环梁支撑体系在地下6.8m 处,地下室底板与支护桩之间浇灌 C10素混凝土,500mm 厚,以保证下环梁支护体系拆除后支护结构的安全。环梁支撑体系由支护桩和钢管支承桩来支承,以确保支撑系统不会失稳。支护结构按降水考虑,故在沿基坑周边布置 37 口降水浅井(井深14m),6 口深井(井深23.5m),另外,坑内设置9口降水井,以方便基坑内挖土。为了防止降水对周边别墅群的影响,在别墅群与基坑之间设置旋喷桩止水帷幕一道,帷幕总长 85m,在中部 55m范围内桩长11m,两端各15m范围(别墅区以外)桩长7m,在别墅与帷幕之间设置3口观测井,井深14m,必要时也可将其用作回灌井。

4.支护结构设计计算及其理论依据

(1)指标∶

1)土的指标∶按详勘报告提供的各层土计算用指标表1;

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6.灌注桩配筋计算

计算出任意截面的内力之后。便可讲行强度计鲜。根据钢筋泥混凝土结构理论中沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面受弯计算公式,计算桩身配筋结果为∶主筋为18生 25。箍筋采用螺旋箍 φ8@200。

三、施工情况

人工填土层中有部分较大块石,故施工之前在桩轴线上先用挖铲开挖,结合人工予以清除块石再填回素土,由于旋喷桩、灌注桩及环梁施工工艺均很成熟,故整个基坑支护结

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四、监测

近年来,深基坑开挖的问题日益引起人们的重视,其中较为突出的有两个∶一是降水使得周围建筑物产生竖向和水平位移,二是支护结构产生位移影响周围建筑物地基变形。

为了基坑开挖施工的安全实施,进行了相关项目的监测。监测内容为∶支护桩桩身挠度、环梁水平位移、环梁支撑体系钢筋应力,周边建筑物、市政道路沉降及地下水位变化等项目。并将监测值随时间、开挖深度和环梁支撑体系支拆变化绘出关系曲线,及时反馈给设计、施工、监理等部门,即实现了施工监测系统信息跟踪与信息反馈,将设计与施工过程密切结合起来,扩展了设计范畴,完善和提高了设计质量,同时对未完成的施工任务提出调整和优化措施等决策,达到动态设计与信息施工,监测结果分述如下。

支护桩侧向位移。 随开挖深度。最大侧向位移位置逐渐下移,开挖结束时,最大侧向位移位置在坑底附近。当开挖到第二道环梁底时。即工况 1时。侧向位移速率最大,高达4.4mm/d,暂停开挖,施工第二道环梁时,变形速率则减为0.5mm/d,继续开挖到坑底设计标高时,即工况 2时,变形速率增加至 1.8mm/d,第二环梁位置桩身侧向位移50mm。支护桩侧向位移情况见图4。图上监测日期对应的开挖情况及计算工况见表3。

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环梁水平位移∶工况1时,第一环梁最大平位移为27mm,工况2时。第一环梁最大水平位移为29mm。实测变形与设计计算结果基本吻合。

环梁支撑体系钢筋应力最大值为181N/mm²,小于钢筋强度设计值 310N/mm²,说明环梁配筋有足够安全度。周边建筑物随基坑开挖结束,沉降很快趋于稳定,而且沉降较为均匀,1997年1月基坑底垫层施工完毕时,周边建筑物平均倾斜约为2%。周边路面沉降速率从打地板垫层时的0.65mm/d到拆除第一道环梁时已减小到0.06mm/d,说明路面沉降也很快趋于稳定。基坑开挖过程,观测井水位基本不变,说明止水帷幕效果较好。

五、体会

(1)密排灌注桩、环梁支撑和外降水方案具有施工容易,受力明确、支护可靠、坑顶位移小、挖土工效高、造价较低等优点,对使用拉锚效果不好的软弱土层尤为适用。

(2)用土抗力法进行支护结构设计比传统的极限平衡法更为合理,土抗力法更客观地反狭桩土之间受力情况。

(3)降水措施可增强基坑整体稳定和避免基坑底部涌土士。

(4)观测井水位基本不变,说明旋喷桩止水帷幕效果良好。

(5)监测工作至关重要,监测数据必须及时反馈,一定要做到动态设计与信息施工。