多种支护形式在基坑围护中的结合应用

徐勇强

近年来随着经济的发展,我国的城市建设发展也异常迅速。从高层、超高层建筑到城市轨道交通建设,相关的地下工程越来越多,涌现出了大量的深基坑工程。

基坑开挖的施工工艺一般有两种:放坡开挖(无支护开挖)和在支护体系下开挖(有支护开挖)。从施工简便及结构设计方面考虑,对一个基坑一般采用一种基坑支护形式,但根据实际情况有时也会有多种支护同时运用于一个基坑的情况。以上海江桥文化活动中心地下室基坑为例,探讨多种支护形式在同一基坑中的运用。

1 工程概况

江桥社区文化活动中心位于江桥镇华江路,该工程为框架结构,基础为预制方桩承台和箱形基础,主楼 3层,地下1层,附楼6层,地上建筑面积 13 053 m2,地下4 613 m2。地下室开挖面积约5 600 m2,基坑挖深约4.3 m,靠地下室外墙一侧底板上有水沟,开挖深度增加0.3 m,基坑中部游泳池开挖深度5.5m～6.5 m,基坑东面游泳池设备用房基坑开挖深度6.9 m,由于该侧面坑外可利用待建建筑施工基础时的开挖而进行卸载,实际计算开挖深度5.80 m。

2 工程地质与周边环境

场地地貌类型属于滨海平原,地势较平坦,自然场地标高在4.35 m左右。场地潜部水文地质条件比较简单,属潜水类型,静止水位埋深一般在0.6 m～1.2 m之间,场地附近无污染源,地下水对混凝土无腐蚀性。

根据地基土的特征、成因及物理力学性质,勘探深度内的土层可划分为5个工程地质层及若干亚层。场区地层分布具有如下特征:1)场地表部为1.0 m～1.5 m左右的素填土,第②3层灰色砂质粉土层呈厚层状,场区均有分布;经计算该层为不液化土层;2)场区属古河道分布区,缺失第⑥层暗绿色黏土层和第⑦层砂质粉土层,而分布厚层状的第⑤层土(分 4个亚层:⑤2a,⑤2b,⑤3,⑤4)40 m左右见第⑧层粉质黏土夹砂,孔深55 m未揭穿该层,第⑧层分布稳定。

3 基坑支护结构形式

3.1 边界条件

1)该基坑平面形状不规则,南面呈椭圆形,北面呈方形,基坑中部有个面积较大的坑中坑,东南面有个较深的坑中坑。2)基坑北侧紧邻华江路,按规划局及市政要求:基坑施工时必须保护华江路的交通顺畅、不受干扰。华江路地下管线较为密集,施工时还应保证管线不能产生过大的位移与变形。北面20 m左右有一幢已竣工的6层办公楼。3)基坑南侧40 m左右是一条河道,常年水位较高,南面10多米远处是隔壁厂房的一些仓库。4)西侧2.6 m处为一道围墙,围墙上空是一道1万V的高压电线,距离围墙8 m左右是隔壁厂房,这个部位是位移控制的重点。5)基坑东面是学校和居民区,距离约40 m。

3.2 围护结构方案的选择

上海嘉定地区对于5 m左右的基坑围护一般采用复合土钉墙和搅拌桩重力式挡墙的比较多。相对来说复合土钉墙成本稍低一点,但工期稍长,工序搭接比较多;搅拌桩重力式挡墙成本稍高,但施工操作便利,工期较短。考虑周边环境和工期进度,决定采用水泥搅拌桩重力式挡墙作为主要的基坑围护形式,配合使用旋喷桩和水泥搅拌桩插型钢。

基坑北面和东面距离最近建筑均在20 m以上,这两边的基坑围护采用3.2 m宽水泥搅拌桩重力式挡墙,地下室底板靠外墙处有集水坑的,进行局部加固。水泥搅拌桩为双头型,桩径为700 mm,墙体和加固区截面均采用格构式布置,重力式挡墙压顶道板厚150 mm,采用C20混凝土,内配钢筋网。围护区搅拌桩水泥掺入量为13%(约合 230 kg/m),水灰比0.55。

基坑西面紧靠隔壁工厂的围墙,围墙上空是1万V的高压线,高压线距地面18 m左右,这种情况限制了水泥搅拌桩机的使用,考虑用高压旋喷桩代替水泥搅拌桩。为减少对西面网筛厂现有建筑的影响,基坑西面采用钢结构内斜撑+高压旋喷桩插型钢。高压旋喷桩水泥掺量为30%,水灰比为1.0。插入型钢采用H型钢H500×300×11×18,圈梁处采用一道钢斜撑,斜撑采用H500×300×11×18型钢,采用槽钢[20焊接作为连系杆。坑内混凝土板达到强度70%方能安装钢斜撑,斜撑采用开槽安装。

东面游泳池设备用房处因基坑开挖深度有6.9 m,只采用重力式挡墙成本比较高,且施工操作面不允许,故此处也采用钢结构内斜撑+水泥搅拌桩插型钢的做法。搅拌桩中插入型钢采用H500×300×11×18型钢,圈梁处采用一道钢斜撑,斜撑采用H500×300×11×18型钢,采用槽钢[20焊接作为连系杆。坑内混凝土板达到强度70%方能安装钢斜撑,斜撑采用开槽安装。

中央游泳池实际开挖深度为5.5 m～6.5 m,但相对周边的基坑高差为1.2 m～2.2 m,为施工方便和经济性,泳池周边采用放坡开挖,采用钢筋网片混凝土护坡。

勘察报告反映基底土以黏性土、粉土为主,地下水位高,必须在开挖前采用坑内降水,一般需提前15 d。坑内采用轻型井点降水结合真空井点降水,要求降水深度至开挖面下1.0 m～1.5 m。在基坑四周设置排水沟,以防止暴雨进入坑内。

3.3 方案的实施应用

3.3.1 深层搅拌桩

深层搅拌桩采用二喷三搅工艺。

3.3.2 高压旋喷桩

正式施工前,先进行试验桩施工,不少于三排九根。通过试验桩掌握机械性能及人员机械配合情况、钻进速度、提升速度、搅拌速度、空气压力、单位时间喷灰量等技术参数;确定搅拌的均匀性;掌握下钻和提升的阻力情况,选择合理的技术措施。高压旋喷桩和搅拌桩的施工缝如图1所示。

3.3.3 H型钢插入施工

H型钢采用 H500×300×11×18。H型钢施工顺序:1)根据轴线定出围护结构定位点,放出H型钢插入位置。2)测量自然地面标高,确定H型钢顶和桩底标高,采用水准仪测定H型钢是否施工到位。3)施工中应严格控制H型钢的垂直度和位置,防止跑偏和倾斜。4)H型钢长度为12 m,因标准尺寸H型钢长度为9 m,所以H型钢需焊接一次,焊接形式如图2所示。

3.3.4 基坑安全监测

基坑检测包括对围护体系和周边环境的监测,及时预报施工过程中可能出现的问题,通过信息反馈法指导施工,根据检测数据及时控制和调整施工进度和施工方法。检测的主要内容有:围护桩顶水平位移和沉降、周边建筑和管道的水平位移和沉降,围护桩和土体的测斜,坑内外地下水位。在基坑施工期间,可视位移、沉降和内力变化情况增加或减少监测频率,测得的数据需及时分析处理。

4 结语

城市用地日益紧张,基坑及其相邻建筑和构筑物距离越来越近,场地条件复杂,因此对工程质量的要求高,对基坑周边的工程环境保护要求也高,相应的施工成本随之上升。基坑围护设计需综合考虑地下工程和基坑的类型、开挖深度、工程地质、水文地质条件和基坑周边环境的要求,做到因地制宜、合理设计、精心施工和严格监测,达到安全可靠、经济合理的目的。

本工程场地土质较差,地质条件复杂,地下水位较高,周边建筑物较多,基坑内高低差较大,采用多种基坑支护形式结合使用的方式,较好的满足了设计和施工的要求,基坑的变形在规范要求范围之内,加快了施工进度,为地下室施工提供了一个安全的保障,也取得较好的经济效益。

[1]余志成,施文化.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[2]方江华,陈远兵.深基坑支护技术综述[J].地下空间,2003(1):35-36.

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[4]潘 劲,潘观强.深基坑工程监测技术概述[J].山西建筑,2007,33(5):111-112.

[5]GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].