基坑内支撑设计与施工

2023-02-21

深圳市某酒店有限公司兴建的某酒店, 位于深南路及华强南路交汇处, 是深圳市福田区旧改重点工程, 其消防水池最大开挖深度为5.50m, 西、南、北侧为建筑物 (均为天然基础) , 临边离基坑仅有2~5米, 东侧为华强南路, 车流繁忙, 管线繁多。基坑支护设计安全等级定为一级。

基坑上部土质老填土为主, 局部下部为淤泥质粉细砂, 地下水主要为填土层中的上层滞水及粉细砂层中孔隙水, 基坑侧有排污管, 因年代久远, 污水渗漏。为确保周边旧建筑物的使用安全, 通过多方案反复对比论证, 从施工成本、工期、质量、施工便利等方面整体考虑, 最终确定该设计方案。基坑四周采用Φ550深层水泥搅拌桩形成止水帷幕, 支护结构采用Φ300工字钢微形钻孔灌注桩加钢内支撑的联合支护方法, 由于设计方案选择正确, 精心施工, 基坑开挖后达到使用要求。

1 工程地质情况

根据钻探揭露现场地其由人工填土、第四纪冲积、残积土及燕山期风化基岩组成, 具体分层如下。

(1) 杂填土:分布全场地, 层厚3.50~4.00m, 平均3.28m。主要由砂砾夹粘性土及少量红砖等组成。很湿~饱和, 稍密状。

(2) 耕表土:层厚0.50~0.80m, 土层呈暗灰黄色, 粘性弱, 很湿, , 成分为粉土, 稍密, 含植物根须。

(3) 冲积淤泥质粉细砂:局部分布于场地, 层厚1.00m, 土层松散为主, 局部稍密。

(4) 冲积粉质粘土:分布全场地, 湿, 可塑, 土质较均匀, 层厚1.10~2.00m。

(5) 残积砾质粘性土:全场地分布, 由粗粒花岗岩风化残积而成, 稍湿, 硬塑, 层厚5.10~8.00m。

(6) 燕山期风化基岩:岩性为粗粒花岗岩, 按风化程度可分为强风化、中风化及微风化三个岩带。

2 基坑支护结构设计

(1) 计算软件, 理正深基坑支护基坑结构设计软件F~SPW (根据国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99编制) 。

(2) 根据现场实际情况和建筑概况, 本工程按一级基坑进行设计。由于内支撑标高为-0.95m, 即原地面以下0.4m, 土压力按20KN/m2, 设计采用4道工字钢内支撑。沿基坑周长设置单排Φ550深层水泥搅拌桩止水帷幕, 桩长8m, 搭接200;排桩采用Φ300微形钻孔桩, 布设于基坑西、南、北三面深层水泥搅拌桩止水帷幕内, 桩长9m, 桩间距1.2m, 内插20#工字钢, 注水泥砂浆, 砂浆强度等级为M30;基坑东面设计1:1放坡, 坡面挂网喷C20砼80厚防护, 同时作为出土口, 方便土方开挖和运输。寇梁截面为400×500, 混凝土强度等级为C30;内支撑布置时考虑支撑结构的整体性。 (如图1)

3 基坑开挖对周边对周边环境影响评估

(1) 消防水池基坑支护结构采用工字钢内支撑结构, 设四道内支撑, 通过计算, 基坑侧壁最大变形值≤20mm, 在规范规定变形控制值内。

(2) 消防水池基坑止水帷幕采用深层水泥搅拌桩止水。深层水泥搅拌桩桩要求进入不透水层 (冲积粉质粘土或残积砾质粘性土土层) , 形成相对不透水的封闭体系, 可将基坑范围内外地下水有效分离, 防止开挖过程涌水导致基坑壁失稳危及周边建筑物安全而造成经济损失。

(3) 基坑侧西、南、北三侧已有建筑物均为天然地基浅基础, 建筑物基础底面标高约为-4.50m, 略高于基坑底部约1m, 对基坑壁有一定侧向压力。采用扰动性较小的钻孔桩排桩结合钢内支撑的设计方案, 不会对周边建筑物的基础土层产生较大扰动, 故基坑开挖支护施工对周边建筑物基础承载力的影响很小。

4 基坑监测

(1) 基坑施工要求分层开挖, 每层深度小于等于1.50m, 开挖过程中必须加强对基坑支护结构的监测。土方开挖可在消防水池基坑东侧设置临时土方运输道路进行土方外运。

(2) 基坑工程监测项目

支护结构要求最大水平位移控制值为2 0 m m, 周围地面沉降变形的控制值为25mm, 水平位移报警值为15mm, 地面沉降报警值为20mm。

5 施工流程

施工放线→深层水泥搅拌桩施工→微形钻孔灌注支护桩施工→冠梁施工→土方分层开挖→钢内支撑施工。

6 关键施工技术及工艺

(1) 深层水泥搅拌桩施工。

(1) 平整场地, 测定孔位, 深度一般入粘性土相对隔水层1.5m, 由于地形局部变化, 每桩点应根据钻进情况而定, 以防止地下夹层或未进入不透水层, 达不到止水效果。

(2) 施工前应核实搅拌桩止水帷幕施工范围内无杂物、管道、管线、洞穴等障碍物。

(3) 桩垂直度的偏差≤1.5%, 桩位偏差≤50mm, 桩径偏差≤4%。

(4) 浆液配制采用32.5MPa普通硅酸盐水泥, 要严格控制水灰比为0.45~0.50, 每次搅拌时间不少于3min, 制备好的浆液不得停放时间过长, 超过2h应降低标号使用。

(5) 钻进下沉速度控制为1.0m/min, 转速60r/min左右, 喷浆压力1.0~1.4MPa, 喷浆量控制在30L/min, 钻进到设计桩长后, 原地喷浆搅拌半分钟再均速喷浆搅拌提升, 提升速度不大于0.5m/min。

(6) 桩机操作人员应与拌浆施工人员保持密切联系, 保证搅拌机喷浆时连续供浆, 因故需停浆时, 须立即通知桩机操作者, 为防止断桩应将搅拌机下沉0.5m, 待恢复供浆时再喷浆施工。因故停机超过3h, 必须拆卸输浆管彻底清洗管路。

(2) 微形钻孔桩施工。

(1) 钻孔桩除按规范施工外, 由于桩径较小, 必须对桩的垂直度加强控制, 以使插入的20#工字钢能位于桩孔中心, 有足够水泥砂浆包裹。

(2) 桩的长度要求为1.5倍基坑深度, 为便于施工及制安, 桩长全部定为9m。

(3) 制安要求:钻孔成孔清孔后, 将工字钢尽量吊放入桩孔内, 吊放时应注意调整、保证工字钢位于桩孔中心?。

(4) 注浆要求:注浆采用M30砂浆, 注浆管插入距孔底30cm处, 自孔底往上注浆。

(3) 冠梁施工。

(1) 冠梁的施工按钢筋混凝土施工规范施工。

(2) 应注意工字钢与寇梁钢筋焊接牢固, 冠梁上设置内支撑的部位应加密箍筋。

(3) 冠梁混凝土强度等级为C30, 由于基坑周长较小, 应一次立模浇灌完成。

(4) 加强淋水养护, 待冠梁达到80%强度后方可进行土方开挖。

(4) 土方开挖。

(1) 挖土机械采用中型反铲式挖土机1台。

(2) 开挖顺序:由于基坑平面尺寸较小, 且侧边距已有建筑物较近, 开挖从基坑西面开始, 分四段一次开挖到底, 每开挖完一段即设置一道内支撑。

7 基坑监测

由于该工程位于旧城区, 附近民房多, 基坑监测由深圳地质建设工程公司进行监测, 共布设水平位移、垂直位移监测点5个。 (见图2)

根据监测记录, 开挖过程及开挖完成、底板施工过程监测结果如下:

水平位移共测5点, 最小为0.61mm, 最大14.30mm, 平均为11mm, 垂直位移共测5点, 最小为0.8 m m, 最大为1 8.5 m m, 平均12.3mm。

监测结果均能符合规范要求。

8 施工中出现问题

(1) 由于开挖线距围墙较近, 基坑西南角及西北角多条搅拌桩因搅拌桩机不够位置施工, 改用XY-100型地质钻机成孔灌浆, 效果不理想。开挖时多个部位发现断浆, 及时支模倒混凝土补救。

(2) 开挖时适逢雨季, 因道路运输限制及与土方队沟通协调不好, 内支撑材料未能及时到位时土方开挖即已开始, 而土方又是一次性连续开挖运走, 虽开挖过程未见任何大的变形, 而且开挖后设置了三道30#槽钢支撑。但经一场突降大雨后发生较明显变形, 槽钢可见明显弯曲, 基坑南侧围墙外可见裂隙, 情况十分危急, 项目部马上调派30#工字钢材料, 连夜增设4道, 阻止了变形增大, 最后稳定至地下结构施工完毕回填, 幸未发生基坑安全事故。