混合围护结构体系在基坑工程中的应用
2012-04-10王赟琦
王赟琦
[摘要]:本文通过对各种围护体系的比较后,选择混合围护体系应用到实际工程中,同时也详细介绍了施工流程、土方开挖及降水的方法。对于处在复杂环境下的基坑,如何选用围护结构体系给予指导,给相似工程提供了值得借鉴的经验。
[关键词]:基坑围护;水泥土搅拌桩; 复合土钉墙; 钻孔灌注桩
1、工程概况
本工程总建筑面积为123000m2,地上总建筑面积110000m2,地下建筑面积为13000m2,地面以上为6层,地下1层,钢筋混凝土框架结构。建筑安全等级为乙级,岩土工程勘察等级为乙级。基坑开挖深度约5.35m,属于深基坑。
2、周围环境概况
场地北临居民楼,东临城市南路,西临环城河,南临马路。开挖后空间狭小,北面民房密布,又紧贴城市道路,而且分布有污水管道、给水管道、电缆沟等复杂的地下管网,基坑开挖深度约5.35m,以上因素给基坑支护造成了不利的影响。基坑支护必须安全、稳定,一旦壁失稳,将会造成重大损失和巨大的社会影响。为确保基坑及地下室施工人员的安全,必须采取安全、可靠的支护措施,以确保施工的顺利进行。
3、工程地质条件
基坑开挖涉及到地表下7m范围内土层,基坑设计参数见表。拟建场地大部分地段属河塘及田地地段,层厚1.70~5.60 m,表层有大量建筑垃圾。由于基坑大部分位于该层,对基坑整体稳定造成较大隐患,施工时予以适当处理,以确保基坑安全性。
4、围护设计方案
4.1、围护设计方案比较与选择
基坑围护结构的作用是支挡土水压力与截水防渗,使基坑开挖和地下工程能够安全顺利施工。该地区常用的围护结构方案,其优缺点、适用性及经济性比较见下表。
常用围护结构方案比较
对不同围护方案进行比较,场地基坑围护宜按场地周边环境的不同特点,采用相应的型式,以达到同护方案的经济合理性。选择水泥土搅拌桩重力式方案在场地西侧、北侧区域进行围护;复合土钉墙方案在场地施工条件较好的东侧区域进行围护;原水管道及三层建筑区域,则采用钻孔灌注桩并配以深层搅拌桩方式进行围护。
4.2、 围护区域划分
根据基坑工程的规模和基坑周边管线、道路、建筑物与红线的距离,基坑总体暂按三级基坑进行设计,局部按二级(原水管侧)考虑。根据基坑不同部位的变形控制要求以及周边环境条件,全场分成三个同护区域。
(1)第1围护区围护设计(水泥土搅拌桩重力式)用于场地的西侧和北侧、南侧。场地西侧采用水泥土搅拌桩重力式进行围护。
水泥土搅拌桩采用2φ700@1000,墙体宽度5.2 m,搅拌桩长度11.8 m,水泥掺量13%(暗坑填土区域加大到18%):场地北侧、南侧(2~3层砖混结构区域除外)卸土(宽度不小于8 m)1.0~1.5 m后采用水泥土搅拌桩重力墙进行围护,水泥土搅拌桩采用2φ700@1000,墙体宽度4.2~4.7 m,搅拌桩长度10.3~10.7 m,水泥掺量13%(暗坑填土区域加大到18%),
(2)第II围护区围护设计(复合土钉墙方案)用于场地东侧。围护施工空间较大,卸土(宽度不小于8 m)1.5 m后采用复合土钉墙方案。
采用两排水泥土搅拌桩,第一排采用2φ700@900(为确保止水效果,搅拌桩搭接300 mm),搅拌桩长度10.3 m,第二排采用2φ700@900(搅拌桩搭接与第一排同),搅拌桩长度7.0m,土钉共设3排,长度从上到下依次为12 m、11 m和9 m,土钉倾角10°,边坡坡角70°。
钻孔灌注桩为φ650@850,桩长153 m,其中坑底插入深度10.5 m。灌注桩外侧水泥土搅拌桩2φ700@900(为确保止水效果,搅拌桩搭接300mm)作为止水帷幕,围檩采用800 mm×800 mm,混凝土强度等级C30,斜撑采用H400×400×13×21@6000型钢,型钢与水平面夹角为17°。
4.3、基坑内加固和降水
考虑到基坑边长较长,为控制基坑整体稳定性,坑内北侧、南侧及西侧采用水泥土搅拌桩暗墩进行加固处理,加固深度4~5 m,东侧(土钉墙)采用2排水泥土搅拌桩加固,加固深度4 m。同时电梯井、集水坑周边采用双排水泥土搅拌桩加固,基坑施工中采用坑内轻型井点进行降水。
5、施工流程及土方开挖、降水要求
5.1、施工流程要点
(1)施工水泥土搅拌桩及钻孔灌注桩,施工土钉墙,降水井点。
(2)放坡挖土,进行坑内降水。
(3)围护桩、围檩及底板强度养护到期后架设钢支撑,开挖剩余土方。
(4)浇筑垫层及底板,并设置传力带。
(5)施工地下一层,钢支撑穿墙处设置止水钢板。
(6)地下室施工完毕后,围护桩与外墙间回填至地面,拆除钢支撑。
(7)施工主楼±0.00以上结构。
5.2、土方开挖要点
(1)不得超挖,开挖面的高差应控制在2 m以内,特别是分界处,并宜按l:1.5放坡;挖机不得碰撞支撑杆件。
(2)基坑边严禁大量堆载。
(3)机械进出口通道局部加固地基。
(4)开挖至设计标高时,混凝土垫层及时浇捣,无垫层坑底最大暴露面积不得大于200 m2。
(5)局部落深区必须先挖至浅坑标高,大面积垫层形成后再向下开挖。
(6)在钻孔灌注桩围护处需满足其留土要求。
5.3、降水要求要点
(1)土方开挖前二周进行基坑轻型井点降水,并采用轻型井点降水,降水深度控制在坑底或局部落深区以下1.0 m。
(2)除降水措施外,地面及坑内应设排水措施,及时排除雨水及地面流水。
6、监测要求要点
基坑监测包括对周边环境的保护监测和对围护体系的安全监测,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,根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法。监测的主要内容:
围护桩顶水平位移及沉降;周围建筑物、管道的水平位移及沉降;围护墙体墙身及土体测斜;支撑轴力的测试;坑内外地下水位。
在基坑施工期间,可视测得的位移及内力变化情况加密或减少监测;测得的数据应及时分析。一般情况下,报警值水平、垂直位移大于5 mm/d或累计大于30 mm;坑外地下水位降达500 mm;管线水平、垂直位移大于2 mm/d,累计位移10 mm;原水管道水平、垂直位移大于1mm/d或累计大于5 mm;若测试值达到上述界限须及时报警,并考虑采取相应的控制位移及沉降的措施。
7、小结
基坑围护设计需综合考虑地下工程、基坑工程的类型、开挖深度、工程地质与水文地质条件及基坑周边环境的要求,做到因地制宜、合理设计、精心施工、严格监控,以达到既安全可靠又经济合理的目的。