深基坑支护结构中支撑体系研究

2022-09-11

随着城市建设中, 高层及超高层建筑的大量涌现, 深基坑工程越来越普遍, 加之一些地区地质条件的特殊性及基坑周围复杂的市政及民用设施, 使得放坡开挖基坑这一传统技术不再能满足现实的需要, 因此, 深基坑开挖与支护技术引起各方面重视, 成为建筑工程界的热点问题之一。

深基坑工程问题在我国随着城市建设的迅猛发展而出现, 并且曾造成人们困惑的一个技术热点和难点。由于土体的各向异性、土工试验的技术局限性和施工因素的复杂性, 在基坑施工各工况下不断变化的流变参数难以测准, 而支护墙体的内力和位移也就难以预测。目前国内外对此问题尚缺少解决的理论和方法。因此在软土地区建筑物和市政公用设施密集的地区要按控制土体位移和保护环境的要求, 进行深基坑设计和施工。为求得工程安全和环境安全, 在国内外一些靠近重要建筑设施的软土深基坑中, 于基坑内部进行大量的地基加固以改善土壤性质 (如新加坡、台北等工程实例) 。从国内软土地区, 特别是东部地区近十年来在深基坑的施工实践和试验研究成果中, 可以认识到:在深基坑开挖及支撑过程中, 每个分步开挖的空间几何尺寸和支护墙体开挖部分的无支撑暴露时间, 与周围墙体和土体位移有一定的相关性, 这里反映出基坑开挖中时空效应的规律性。支撑体系采用角撑结合内桁架, 避免了大范围的对撑, 节省了基坑挖土和地下室的施工工期。

1 工程概况

某建筑二期工程主体结构为5~7层楼房, 地下车库为两层, 工程桩采用Φ600钻孔灌注桩。地下车库总建筑面积为22100m2, 本工程基坑周圈地梁采用上翻, 开挖深度为8.2m~9.0m。基坑开挖施工场地较狭窄, 东侧及北侧紧邻浅基础的老房子西侧为该饭店一期工程, 其开挖深度在12m左右, 其与新建二期工程之间只有1m左右的距离, 南侧场地条件相对较好, 但是是施工单位的材料堆场及临时房搭建场地。

2 基坑支护结构

总体布置应包括支撑体系布置, 挖土工况和工艺流程布置, 以及地下室主体结构施工时的拆撑、换撑工艺。支撑体系布置时应对受力状况进行计算, 充分发挥协调各杆件的力学性能, 满足结构稳定性和控制变形的要求。在安全可靠的前提下, 最大限度地方便土方开挖和满足主体结构快速施工的要求, 应考虑支撑拆除时, 支撑力能很好地传递到换撑结构上。考虑基抗面积大, 达到了12000m2, 东西方向长120m左右, 南北方向100m左右。对于整个基坑的平面支护体系, 我们采用了钢筋混凝土多道角撑, 避免了长距离对撑的设置, 尽可能大的保留基坑中部空间, 每边的中间部位采用内桁架过渡;为节约工期, 采用了单层钢筋混凝土支撑, 在平面布置上尽量拉大支撑间距, 结挖土带来极大方便。相比两层支撑能节约工期40天左右。

支撑和土方工作量大, 不可能整个基坑同时展开同一种作业, 必须进行平面和立体交叉作业。本基坑开挖面积较大, 基坑外侧采用单排水泥搅拌桩止水, 并在基坑北侧较薄弱部位采用了6排水泥搅拌桩进行坑底加固。同时要求基坑四周一跨轴线范围内, 挖至底板底标高后必须立即铺设垫层至支护桩边, 该区域垫层改为300厚C15毛石混凝土。其中西侧与一期支护结构交接部位利用了原一期的支护桩。

因为基坑开挖施工场地非常狭窄, 为防止基坑开挖引起的水土流失造成周边建筑物的沉降, 设计时采用了以下几条防渗措施。

(1) 对于局部杂填土较厚部位, 在设围梁前用粘性土进行换填处理。

(2) 为了防止漏土, 基坑挖土施工过程中, 相邻桩间清理干净, 先用浆砌块石或砖堵漏, 再用1∶2水泥砂浆抹面。

(3) 基坑外侧设单排水泥搅拌桩止水。

3 基坑土体开挖

按设计要求, 基坑挖土要以大于1∶1放坡自中间向四周分层开挖至底板底标高底板垫层部位土体人工边挖边设垫层, 再用人工挖地槽至地梁及承台垫层底标高边挖边设垫层, 并砌好砖侧模。由于种种原因, 实际施工时, 支护结构并未完全按照设计施工, 且在挖土时, 大面积一次性机械挖土至承台底标高 (地表以下9.5左右) , 而基础垫层又迟迟未能跟上, 致使支护结构出现明显变形, 坑外老建筑物地面也出现不同程度开裂, 其中基坑北侧的#7孔当天位移量达到了18mm以上, 累计位移量达到了50mm以上。发现位移异常增大后, 我们立即将该部位垫层改为300厚C20混凝土, 下配钢筋Ф16@200×200, 并要求施工单位立即抢设基础垫层, 并在支护桩内侧设混凝土支撑板带, 同时对支护结构未按设计要求施工的部位进行了处理。应急处理后, 该部位变形趋于稳定, 与之类比, 基坑东侧中间部位也是离老建筑物距离很近, 但在施工时及时跟上了铺设垫层的进度, 因此该部位变形在垫层达到强度后已趋于稳定该部位#5孔最终位移量为42mm。