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【摘 要】：随着经济建设的迅猛发展,大型的高层建筑在城市中大量涌现。为了确保建筑物的稳定性,建筑基础必须满足地下埋深嵌固的要求,建筑高度越高,其埋置深度也就越深。深基坑的护壁不仅要求保证基坑内的作业安全,而且要防止基坑及坑外土体移动,保证基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行。文章结合工程实践，探讨了高层建筑深基坑支护施工技术。
【关键词】：高层建筑；基坑支护；施工技术
【 abstract 】 : along with the rapid development of economic construction, large of high-rise buildings in the city in a rash. In order to ensure the stability of the building, building foundation buried deep underground must meet the requirements of the embedded solid, building height, the higher the buried depth for the deep. Deep foundation pit protecting wall requires not only ensure the foundation pit of the operation safety, and to prevent the soil pit pit and mobile, ensuring foundation pit draw a nearby building, roads, pipelines in normal operation. Combined with the engineering practice, this paper has discussed the high-rise building deep foundation pit supporting construction technology.
【 key words 】 : high building; Foundation pit supporting; Construction technology
中圖分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
引言
近年来，随着大批的高层和超高层建筑的建设，开发商为提高建筑用地率，加之国家有关规范对基础埋置深度和人防工程的要求，多层、高层、超高层建筑地下室的设计必不可少，有的地下建筑甚至有三四层，深的达十多米，于是，地下建筑开挖时的深基坑支护成为一个必要的施工过程。但由于深基坑支护为临时建筑，不在建筑主体施工的范围内，为节省投资、降低成本及加快进度，业主、施工单位往往只强调基坑支护施工的临时性，而忽略了基坑支护施工的重要性、复杂性及风险性，认为只要基础工程完成时，基坑支护未垮掉便解决问题，有的施工单位甚至认为挖一个大坑、简单地处理一下坑壁即可，致使深基坑施工时安全质量事故时有发生，不仅延误了工期，还造成了巨大的经济损失。
1工程概况
某综合商住楼建筑工程项目位于城市中心地带,主楼20层,地下室两层,拟采用桩基础,框架结构,设计地坪标高110.40m,基坑开挖深度为-10.00m。基坑边缘周长为约189m。基坑东、西、北侧分布多条给水管道,管径0.1m~0.7m,场地东侧临街为民房,作为深基坑,开挖施工时必须严格控制基坑周边变形,安全施工,避免产生不良的社会影响。
2深基坑支护结构选择
深基坑支护结构选择，一般应先考虑本单位现有施工机构，优先考虑本工程基础桩相同类型桩作为基坑支护结构，如工程桩采用钢筋混凝土灌注桩，则基坑支扩结构应尽量选用这种桩型，其直径可相应选用较小直径，这样可减少进退场费用。当基坑较深围护桩布置允许时，应尽量选用两排支护桩，这种布置方式力学性能较好，前后排桩与桩顶圈梁形成刚架结构，桩间土参与协同工作。改善围护桩的受力状况，达到减少桩的配筋量。当围护桩要求达到防渗要求，基坑深度小于7m，地表杂填土中砖瓦碎片含量较多时，不宜单独选用水泥搅拌桩，搅拌桩改为水泥注浆。北方粘土地区，基坑较深，可选用钢筋混凝土桩加锚杆支护形式，但南方一般不适用，可选用大直径钢筋混凝土灌注桩，桩顶加钢筋混凝土圈粱，转角处加斜支撑。凡是地基土为淤泥，且基坑又较深时，不宜选用钢板桩，选用钢筋混凝土地下连续墙。工程造价较高，可选用大直径两排钢筋棍凝土灌桩，中间加水泥搅拌桩(互相重叠150mm以上，以便形成防渗幕墙，且参加灌注桩协同工作，具有良好力学性能，当条件允许时，用井点降水作为辅助手段)。围护桩的选用应经过多方案比较，根据实际情况，包括周围环境和地质条件，选用经济效益最佳的支护方式。
3基坑支护设计
3.1基坑支护方案的选择
综合分析基坑地理位置、土质条件、开挖深度及周边环境,该基坑开挖深度较大,为8.0m;位于市中心,场地周边环境较狭小,无放坡开挖条件,场地西侧有供水管道及地下管网通过,场地南侧有供水管,一但有失稳现象发生,经济和社会影响较大。软弱土埋深达12.0m,为当地少见的软弱土基坑;地下水位较高,且基坑底部有强透水性地层分布;地势低,坑顶标高34.02m。
综合以上因素,本着经济合理,确保安全的原则,本次基坑设计采用较为成熟的桩锚式支护方式,结合高压摆喷墙止水帷幕,在多家单位的方案比选中,否定了基坑内支撑、超前锚管土钉墙及桩间内嵌旋喷桩止水方案。
3.2支护的结构设计
在工程设计计算中,根据朗肯土压力理论,按悬壁结构考虑,采用等值梁法按桩底固定法求得桩最小嵌固深度为8.40m,已进入中风化岩层。本工程明确采用深埋结构计算法,综合考虑本基坑周边地层所能提供的锚固力,经过多次试算,最后确定实际桩嵌固深度为6.50m,实际桩长14.50m,采用双排锚杆拉结。
由于经典土压力所求土压力偏大,按等值梁法求最大弯矩一般偏于安全,本工程采用弹性土压力模型核算桩体最大弯矩、剪力及变形。求得基坑内侧桩的最大弯矩为1162kN•m,基坑外侧桩的最大弯矩为301kN•m,基坑内侧桩的最大剪力为-530kN•m,基坑外侧桩的最大剪力为305kN•m。由于是临时支护工程,本着节约安全的原则,工程桩采用φ1000人工挖孔桩,按弯矩图及等效截面法进行配筋,按距桩顶(底)距离2.0,4.0,10.0m分别采用6φ25、10φ25、18φ25非均匀配筋。
基坑变形按m法求得,并求得各支锚的反力,根据计算结果,坑壁最大位移为S=29.61mm,满足周边管线对变形的控制要求。
3.3支护方案与止水帷幕
基坑段采用人工挖孔灌注护壁桩与锚杆联合支护体系。护壁桩桩径φ1000mm,桩间距1.80m,桩芯砼标号C25。在护壁桩间采用两排锚杆,孔径φ130,入射角35°,锚杆采用锚具锚于2×20槽钢压梁上,锁定荷载50kN。第一排锚杆拉于-2.00m处,锚杆长22.0m,自由段长7.5m,采用2φ32粗螺纹钢筋为拉杆,设计轴向抗拉力400kN。第二排锚杆位于-5.00m处,锚杆长16.0m,自由段长6.0m,采用1φ32粗螺纹钢筋为拉杆,设计轴向抗拉力190kN。
考虑到本场地内进行降水后地面沉降对周边建筑物有影响,本次采用帷幕隔水设计,采用三重管高压定喷形成隔水帷幕,单排,布孔孔距1.40m,帷幕轴线距基坑开挖边线1.50m,帷幕防渗施工地层为基坑壁底部的圆砾④层,摆喷板墙顶部深入不透水层1.00m,标高控制为26.50m,底部深入下伏弱透水地层1.00m,形成四周封闭系统。
4基坑开挖及护壁施工技术
4.1基坑施工
根据基坑设计方案,施工顺序为先施工隔水帷幕,再进行人工挖孔桩及圈梁施工,待其达至初凝强度后,方进行分层土方开挖,并随之分层喷锚及锚杆、压梁等施工,各道工序紧密衔接。
第一排锚杆倾角较大,施工时该排锚杆遇圆砾层时发生垮孔,锚杆长度均未达到设计要求长度,锚杆平均长度为18.0m,现场协调后及时对该排锚杆进行了抗拔试验,其平均抗拔力仅为10.0T,远低于设计要求。
通过现场挖开挖情况,场地地下水稳定水位为5.2m,原勘察结果中的2.0m水位实际为填土中上层滞水水位。且根据场地开挖到5.5m的地层出露情况,基坑东侧粉质粘土已出露,与原勘察结果偏差较大。
综合以上情况分析,实际水位的降低使原来的计算使用土压力由298kN/m调减为206kN/m。为保证基坑支护的经济安全,根据第一排锚杆抗拔试验结果对第二排锚杆进行了调整,锚杆长度由18.0m变更为22.0m,采用42钢质无缝钢管作为钻具兼拉杆,杆体穿越圆砾层,进入强风化层2.0m,设计轴向抗拉力330kN,虽两排锚杆抗拔力由590kN调减为430kN,施工结果显示锚杆完全满足抗拉及抗弯要求。
4.2雨季挖土施工技术措施
①根据基础大底板的后浇带分布情况,将基坑分为8个施工区域,每层土的開挖顺序为先东、西两边,后中间,并大体上由南向北推进,最后在基坑北边中部收头。
②雨季施工基底土层常出现橡皮土,采取临时铺一层碎石,进行夯击将表层土挤紧。
③如果基坑挖土时出现流砂,必须采取以下紧急预案措施,防止边坡塌方。首先,在局部流砂土体采取抛石块增加土压重,减少动水压力,并采取快速施工。其次,也可在此土体部位采用井点降水,使动水压力方向朝下,使土体保持无水状态,然后快速施工,穿过流砂土体位置。
④雨季施工技术措施在施工前要进行认真技术安全交底,落实每个技术安全责任。
4.3变形观测
本次施工在坑缘共设置变形及沉降观测点20个,观测期间建立监测点和观测点系统,在施工期间进行连续的观测,在土方开挖及雨季加密观测,并及时将观测结果反馈给建设和设计单位,按变形量控制基坑开挖的安全。据观测结果,最大位移S=37mm,最小位移9.9mm,最大位移速率为0.183mm/d~0.794mm/d;最大位移点在桩顶,最小点在桩底,桩身位移沿深度方向基本上呈线性变化;挖孔桩位移基本处于稳定状态,与计算结果基本吻合。
结束语
深基坑工程的施工是一个循序渐进的过程,施工单位应按先设计、后施工的程序施工,并尽量做到边施工、边监测,还要遵循“分层开挖,先撑后挖,随挖随撑,对称均衡,限时限量”的原则,杜绝盲目施工和野蛮施工的现象,加强对整个深基坑施工过程的控制,保证工程顺利、安全地完成。
参考文献：
[1]陶聿君.对深基坑工程支护技术的论述[J].四川建材，2006(4):148～149.
[2]张雪松.建筑基坑支护工程安全的影响因素分析[J].黑龙江科技信息，2007(13):262.
[3]龚晓南等著.深基坑工程设计施工手册[Ｍ].北京:中国建筑工业出版社,1998.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】：高层建筑；基坑支护；施工技术
【 abstract 】 : along with the rapid development of economic construction, large of high-rise buildings in the city in a rash. In order to ensure the stability of the building, building foundation buried deep underground must meet the requirements of the embedded solid, building height, the higher the buried depth for the deep. Deep foundation pit protecting wall requires not only ensure the foundation pit of the operation safety, and to prevent the soil pit pit and mobile, ensuring foundation pit draw a nearby building, roads, pipelines in normal operation. Combined with the engineering practice, this paper has discussed the high-rise building deep foundation pit supporting construction technology.
【 key words 】 : high building; Foundation pit supporting; Construction technology
中圖分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
引言
近年来，随着大批的高层和超高层建筑的建设，开发商为提高建筑用地率，加之国家有关规范对基础埋置深度和人防工程的要求，多层、高层、超高层建筑地下室的设计必不可少，有的地下建筑甚至有三四层，深的达十多米，于是，地下建筑开挖时的深基坑支护成为一个必要的施工过程。但由于深基坑支护为临时建筑，不在建筑主体施工的范围内，为节省投资、降低成本及加快进度，业主、施工单位往往只强调基坑支护施工的临时性，而忽略了基坑支护施工的重要性、复杂性及风险性，认为只要基础工程完成时，基坑支护未垮掉便解决问题，有的施工单位甚至认为挖一个大坑、简单地处理一下坑壁即可，致使深基坑施工时安全质量事故时有发生，不仅延误了工期，还造成了巨大的经济损失。
1工程概况
某综合商住楼建筑工程项目位于城市中心地带,主楼20层,地下室两层,拟采用桩基础,框架结构,设计地坪标高110.40m,基坑开挖深度为-10.00m。基坑边缘周长为约189m。基坑东、西、北侧分布多条给水管道,管径0.1m~0.7m,场地东侧临街为民房,作为深基坑,开挖施工时必须严格控制基坑周边变形,安全施工,避免产生不良的社会影响。
2深基坑支护结构选择
深基坑支护结构选择，一般应先考虑本单位现有施工机构，优先考虑本工程基础桩相同类型桩作为基坑支护结构，如工程桩采用钢筋混凝土灌注桩，则基坑支扩结构应尽量选用这种桩型，其直径可相应选用较小直径，这样可减少进退场费用。当基坑较深围护桩布置允许时，应尽量选用两排支护桩，这种布置方式力学性能较好，前后排桩与桩顶圈梁形成刚架结构，桩间土参与协同工作。改善围护桩的受力状况，达到减少桩的配筋量。当围护桩要求达到防渗要求，基坑深度小于7m，地表杂填土中砖瓦碎片含量较多时，不宜单独选用水泥搅拌桩，搅拌桩改为水泥注浆。北方粘土地区，基坑较深，可选用钢筋混凝土桩加锚杆支护形式，但南方一般不适用，可选用大直径钢筋混凝土灌注桩，桩顶加钢筋混凝土圈粱，转角处加斜支撑。凡是地基土为淤泥，且基坑又较深时，不宜选用钢板桩，选用钢筋混凝土地下连续墙。工程造价较高，可选用大直径两排钢筋棍凝土灌桩，中间加水泥搅拌桩(互相重叠150mm以上，以便形成防渗幕墙，且参加灌注桩协同工作，具有良好力学性能，当条件允许时，用井点降水作为辅助手段)。围护桩的选用应经过多方案比较，根据实际情况，包括周围环境和地质条件，选用经济效益最佳的支护方式。
3基坑支护设计
3.1基坑支护方案的选择
综合分析基坑地理位置、土质条件、开挖深度及周边环境,该基坑开挖深度较大,为8.0m;位于市中心,场地周边环境较狭小,无放坡开挖条件,场地西侧有供水管道及地下管网通过,场地南侧有供水管,一但有失稳现象发生,经济和社会影响较大。软弱土埋深达12.0m,为当地少见的软弱土基坑;地下水位较高,且基坑底部有强透水性地层分布;地势低,坑顶标高34.02m。
综合以上因素,本着经济合理,确保安全的原则,本次基坑设计采用较为成熟的桩锚式支护方式,结合高压摆喷墙止水帷幕,在多家单位的方案比选中,否定了基坑内支撑、超前锚管土钉墙及桩间内嵌旋喷桩止水方案。
3.2支护的结构设计
在工程设计计算中,根据朗肯土压力理论,按悬壁结构考虑,采用等值梁法按桩底固定法求得桩最小嵌固深度为8.40m,已进入中风化岩层。本工程明确采用深埋结构计算法,综合考虑本基坑周边地层所能提供的锚固力,经过多次试算,最后确定实际桩嵌固深度为6.50m,实际桩长14.50m,采用双排锚杆拉结。
由于经典土压力所求土压力偏大,按等值梁法求最大弯矩一般偏于安全,本工程采用弹性土压力模型核算桩体最大弯矩、剪力及变形。求得基坑内侧桩的最大弯矩为1162kN•m,基坑外侧桩的最大弯矩为301kN•m,基坑内侧桩的最大剪力为-530kN•m,基坑外侧桩的最大剪力为305kN•m。由于是临时支护工程,本着节约安全的原则,工程桩采用φ1000人工挖孔桩,按弯矩图及等效截面法进行配筋,按距桩顶(底)距离2.0,4.0,10.0m分别采用6φ25、10φ25、18φ25非均匀配筋。
基坑变形按m法求得,并求得各支锚的反力,根据计算结果,坑壁最大位移为S=29.61mm,满足周边管线对变形的控制要求。
3.3支护方案与止水帷幕
基坑段采用人工挖孔灌注护壁桩与锚杆联合支护体系。护壁桩桩径φ1000mm,桩间距1.80m,桩芯砼标号C25。在护壁桩间采用两排锚杆,孔径φ130,入射角35°,锚杆采用锚具锚于2×20槽钢压梁上,锁定荷载50kN。第一排锚杆拉于-2.00m处,锚杆长22.0m,自由段长7.5m,采用2φ32粗螺纹钢筋为拉杆,设计轴向抗拉力400kN。第二排锚杆位于-5.00m处,锚杆长16.0m,自由段长6.0m,采用1φ32粗螺纹钢筋为拉杆,设计轴向抗拉力190kN。
考虑到本场地内进行降水后地面沉降对周边建筑物有影响,本次采用帷幕隔水设计,采用三重管高压定喷形成隔水帷幕,单排,布孔孔距1.40m,帷幕轴线距基坑开挖边线1.50m,帷幕防渗施工地层为基坑壁底部的圆砾④层,摆喷板墙顶部深入不透水层1.00m,标高控制为26.50m,底部深入下伏弱透水地层1.00m,形成四周封闭系统。
4基坑开挖及护壁施工技术
4.1基坑施工
根据基坑设计方案,施工顺序为先施工隔水帷幕,再进行人工挖孔桩及圈梁施工,待其达至初凝强度后,方进行分层土方开挖,并随之分层喷锚及锚杆、压梁等施工,各道工序紧密衔接。
第一排锚杆倾角较大,施工时该排锚杆遇圆砾层时发生垮孔,锚杆长度均未达到设计要求长度,锚杆平均长度为18.0m,现场协调后及时对该排锚杆进行了抗拔试验,其平均抗拔力仅为10.0T,远低于设计要求。
通过现场挖开挖情况,场地地下水稳定水位为5.2m,原勘察结果中的2.0m水位实际为填土中上层滞水水位。且根据场地开挖到5.5m的地层出露情况,基坑东侧粉质粘土已出露,与原勘察结果偏差较大。
综合以上情况分析,实际水位的降低使原来的计算使用土压力由298kN/m调减为206kN/m。为保证基坑支护的经济安全,根据第一排锚杆抗拔试验结果对第二排锚杆进行了调整,锚杆长度由18.0m变更为22.0m,采用42钢质无缝钢管作为钻具兼拉杆,杆体穿越圆砾层,进入强风化层2.0m,设计轴向抗拉力330kN,虽两排锚杆抗拔力由590kN调减为430kN,施工结果显示锚杆完全满足抗拉及抗弯要求。
4.2雨季挖土施工技术措施
①根据基础大底板的后浇带分布情况,将基坑分为8个施工区域,每层土的開挖顺序为先东、西两边,后中间,并大体上由南向北推进,最后在基坑北边中部收头。
②雨季施工基底土层常出现橡皮土,采取临时铺一层碎石,进行夯击将表层土挤紧。
③如果基坑挖土时出现流砂,必须采取以下紧急预案措施,防止边坡塌方。首先,在局部流砂土体采取抛石块增加土压重,减少动水压力,并采取快速施工。其次,也可在此土体部位采用井点降水,使动水压力方向朝下,使土体保持无水状态,然后快速施工,穿过流砂土体位置。
④雨季施工技术措施在施工前要进行认真技术安全交底,落实每个技术安全责任。
4.3变形观测
本次施工在坑缘共设置变形及沉降观测点20个,观测期间建立监测点和观测点系统,在施工期间进行连续的观测,在土方开挖及雨季加密观测,并及时将观测结果反馈给建设和设计单位,按变形量控制基坑开挖的安全。据观测结果,最大位移S=37mm,最小位移9.9mm,最大位移速率为0.183mm/d~0.794mm/d;最大位移点在桩顶,最小点在桩底,桩身位移沿深度方向基本上呈线性变化;挖孔桩位移基本处于稳定状态,与计算结果基本吻合。
结束语
深基坑工程的施工是一个循序渐进的过程,施工单位应按先设计、后施工的程序施工,并尽量做到边施工、边监测,还要遵循“分层开挖,先撑后挖,随挖随撑,对称均衡,限时限量”的原则,杜绝盲目施工和野蛮施工的现象,加强对整个深基坑施工过程的控制,保证工程顺利、安全地完成。
参考文献：
[1]陶聿君.对深基坑工程支护技术的论述[J].四川建材，2006(4):148～149.
[2]张雪松.建筑基坑支护工程安全的影响因素分析[J].黑龙江科技信息，2007(13):262.
[3]龚晓南等著.深基坑工程设计施工手册[Ｍ].北京:中国建筑工业出版社,1998.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。