高层建筑基坑支护施工技术研究

2014-03-22刘晓惠

科技与创新 2014年2期

关键词：基坑支护高层建筑施工技术

摘要：在对某高层建筑基坑支护设计方案、施工周边环境研究的基础上，提出了满足质量、安全、环保要求的基坑支护施工组织顺序、施工技术方案和监测方案，并对其中的工程技术难点进行了分析，提出了有针对性的措施。

关键词：高层建筑；基坑支护；施工技术；方案研究

中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）02-0055-03

1 概述

1.1 项目概况

拟建工程位于山西省太原市中心城区，东侧和北侧紧邻太原市主要交通干道，南侧为四星级酒店，西南角靠近某企业集团办公楼。

1.2 基坑支护结构设计

项目地下室外轮廓约87 m×57 m，±0.000相当于绝对标高785.46 m，场地整平标高约为784.26 m，周围裙楼基底标高-13.20 m，基坑中部主楼基底标高-14.40 m。

基坑围护采用钢筋混凝土灌注桩加三轴水泥搅拌桩止水帷幕，水平支撑构件采用一道钢筋混凝土环梁，并在西侧增设一道钢管斜撑，其余侧增设一道预应力锚杆。

支护桩桩径800 mm，桩长19 m、21.5 m，桩顶标高-3.2 m，桩距1.5 m、1.2 m，混凝土强度等级C30.

冠梁截面尺寸1 000 mm×1 000 mm，梁顶标高-3.2 m；支撑环梁1 000 mm×1 500 mm，梁顶标高-3.2 m；支撑梁800 mm×800 mm，梁顶标高-3.3 m，混凝土强度等级C30.

帷幕桩桩径850 mm，有效桩长23 m（西侧24 m），咬合250 mm，桩顶标高-3.2 m，采用套接一孔法，二喷二搅工艺，水泥用量400 kg/m3，桩体无侧限抗压强度不小于2 MPa。

在水泥搅拌桩施工困难时，或在帷幕桩施工中断，导致搭接薄弱处，需采用双排双重管高压旋喷桩补桩。主楼电梯井加深处采用双重管高压旋喷桩做止水帷幕。高压旋喷桩桩径800 mm，咬合200 mm。每延米水泥用量350 kg，桩体无侧限抗压强度不小于2 MPa。

桩间和放坡面做完整喷射混凝土面板护面，厚度50 mm，板面配筋双向Φ6.5@200 mm钢筋网片，混凝土强度C20.

支撑梁和支撑环梁采用支撑桩+钢格构柱作为竖向支撑，支撑桩采用Φ900混凝土灌注桩，有效桩长12 m，桩顶标高-13.2 m，混凝土强度等级C30；钢格构柱外形尺寸500 mm×500 mm，肢杆采用L160×16角钢，缀板采用-440×300×12钢板，间距1 000 mm，嵌入支撑桩内6 m。

预应力锚索采用1860型钢绞线，入射角度15°，直径150 mm，间距1 500 mm，长度27 m，其中锚固段20 m，承载力设计值540 kN。

基坑采用管井降水，纵横间距约14 m，坑内共布设27孔，井深17 m，深入基底约7.5 m，坑外周圈共布设19孔回灌井，井深15 m。

为减少基坑开挖对周边环境的影响，在基坑西侧对基坑外土体和基坑内被动土区土体进行袖阀管注浆加固。注浆孔呈梅花型布置，间距800 mm。每延米水泥用量80 kg，注浆压力为0.3～0.5 MPa。

对主楼电梯井加深部位进行袖阀管注浆封底，封底区采用梅花型布置钻孔，间距800 mm，注浆深度-17.7 m以下6 m范围。每延米水泥用量80 kg，注浆压力0.3～0.5 MPa。

1.3 施工技术难点

通过对现场周边环境进行分析，总结出本工程施工难点为：①基坑西侧距离已有建筑最近处约3.5 m，三轴水泥搅拌桩施工应考虑对其产生的影响；②支撑桩施工空孔较深引起的桩的垂直度控制措施；③锚杆施工时对土体扰动造成的地面沉降控制；④基坑开挖时帷幕渗漏造成地面沉降控制；⑤支撑拆除时避免大范围垮塌的控制技术。

2 施工组织顺序

本项目工程施工场地狭窄，基础施工中各工序间施工干扰大，施工的组织安排遵循均衡、紧凑、连续的原则，避免出现窝工现象，要充分发挥机械和人工的最大效率。

工序间的干扰突出表现在以下五个方面：①三轴搅拌桩扩径造成后续支护桩施工困难；②帷幕施工时水泥浆液流失，损坏回灌井；③工程桩桩侧压浆，损坏降水井；④坑内土体注浆加固，损坏坑内降水井；⑤部分支撑桩与工程桩位置过近，工程桩桩侧压浆影响支撑桩成孔。

为尽可能减少施工工艺交叉造成的相互影响，各个工艺除严格按照技术要求操作外，施工顺序安排上也应兼顾考虑。具体安排如下：①坑内降水井施工应在工程桩桩侧压浆结束后进行；②坑外回灌井施工应在帷幕施工完成后进行；③西侧回灌井和坑内降水井施工应在土体注浆加固之后进行；④支撑桩8 m范围内的工程桩桩侧压浆应在支撑桩施工完成后进行。

总体施工组织顺序如图1所示。

图1 总体施工组织顺序图

3 主要施工技术方案和技术难点控制措施

3.1 钻孔灌注桩

本工程钻孔灌注桩包含支护桩、支撑桩（含格构柱），特别是支撑桩施工空孔段长度达12 m，对桩垂直度要求较高。

结合现场和地质条件，拟采用旋挖钻机成孔。钻孔桩采用钢护筒定位，现场制备泥浆护壁，钢筋笼和格构柱现场加工制作，人工配合汽车吊吊放，采用商品混凝土导管法灌注施工。

对桩垂直度控制拟采取如下措施：①桩位放线、护筒埋设、开钻时钻头对中3个环节均安排跟踪检查；②成孔过程中，加强对钻机垂直仪表的监控，确保垂直度偏差不超过1/200；③对下钢筋笼困难的钻孔，严禁强行放置钢筋笼，应采取扫孔措施，扫孔时应保证钻头和护筒对中。

3.2 三轴搅拌帷幕施工

本工程选用Φ850 mm三轴搅拌桩作为止水帷幕，选用三轴型钻掘搅拌机进行施工。

三轴搅拌桩止水帷幕施工按图2顺序进行，其中阴影部分为重复套钻。跳槽式双孔全套复搅式连接可以有效保证止水效果。对于转角处或有施工间断情况的采用单侧挤压式连接方式。

图2 止水帷幕施工顺序示意图

帷幕施工严格按照技术要求操作，加强垂直度控制，保证帷幕施工质量。

对基坑西侧距离某公司办公楼较近，三轴水泥搅拌桩施工采取如下措施可减少其对既有建筑物的扰动和影响：①三轴搅拌桩上部6 m深度范围内严禁反复搅动，满足设计要求二喷二搅即可；②三轴搅拌桩施工时，如果发现伴随有地面沉降，应立即停止施工，报有关部门共同商量对策，或更改施工工艺。

3.3 锚杆施工

本工程地质条件具有地下水位高、土体含水量高、饱和粉土具中等液化特点，若采用螺旋钻机成孔工艺，钻孔内土体不易返出，同时孔壁土体受到扰动范围较大，地面变形比较明显，同时在孔壁和注浆体之间容易形成软弱夹层，大幅降低锚杆的承载能力。施工中采用套管钻机成孔，成孔过程中确保套管超前，并采用二次压力注浆工艺，有效保证锚杆的施工质量，减少锚杆施工造成的地面沉降。施工中，可采取如下辅助预防措施减少对土体和建筑物扰动：①根据试打情况，在保证锚杆承载力前提下，与设计协商，尽可能减少锚杆的入射角度，以减少循环水压；②通过技术改造，确保套管超前钻头10 cm以上。

3.4 基坑土方开挖施工

基坑土方开挖遵循“开槽设撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，机械开挖不得损坏已经施工完成的支护桩、支撑梁、格构柱和降水井。

本工程采用环形内支撑体系，开挖时采用先沿边、后中间的开挖方式，运输坡道设置在基坑东侧。土方开挖至地表以下2 m（相对标高-3.2 m），进行冠梁、环梁和支撑梁施工。

支撑梁施工完毕，混凝土强度达到设计强度的80%以上时，进行支撑梁下部土方开挖。靠近支撑梁区域均采用小型挖掘机开挖，严禁用大型挖掘机，以免碰坏支撑梁。

沿边开挖每1.5 m一步，配合桩间护面喷射混凝土施工，待喷射混凝土强度满足要求后，方可开挖下一步土方，一般应不少于24 h。

挖至地表以下6.5 m（相对标高-7.7 m）左右时，进行基坑东、南、北三侧锚杆施工。待锚杆张拉完毕，进行下一步土方开挖。

基坑西侧5 m范围内土方先挖至-11.6 m。待主楼基础底板施工完毕，设置斜撑后，再挖至基底标高。机械开挖时，基底预留20～30 cm由人工挖除，避免扰动原状土。

土方收坡时采用加长臂挖掘机，坑内辅助采用小型挖掘机或人工配合清理余土。

基坑开挖时要严密观察，严防帷幕渗漏造成地面沉降，施工中采取如下预防措施。

沿边开挖时应仔细观察土体内含水情况的变化，发现有渗漏应立即停止开挖，并将渗漏处堆土反压。

如果开挖过程中发生渗漏，应视渗流部位、流量、渗漏点大小分别采用下列方法：①如果渗漏点局限于开挖面以上，且渗漏量不大，宜采用堵漏灵或双快水泥抽槽压注聚氨酯的方法封堵；②如果渗漏点局限于开挖面以上，且渗漏量较大，通过坑外回灌井降低水位后，宜在渗漏点打入泄水管，用钢板和双快水泥封堵泄水管周围，待周围封堵材料达到强度后关闭泄水管阀门；③如果渗漏点自开挖面上延伸至开挖面以下且流量较大，在基坑外渗漏点附近压注双液浆，注浆采用压力控制，最高压力不得超过0.3 MPa，同时要注意支护结构的安全；④如果渗漏水流自开挖面下向上涌出，应立即停止开挖，局部回填直至渗漏停止，然后采取上述基坑外注双液浆措施；⑤若渗漏量过大，出现较大量的水土流失时，应立即堆土反压，通过坑外回灌井降低水位后，采取双快水泥封堵，或坑外注浆措施。

现场坑外回灌井内配置水泵，必要时可通过回灌井快速降水后进行封堵。

3.5 支撑拆除施工

由于本工程地处繁华市区，不允许采用有声拆除方式，且破碎工程量较大。为保证总体施工进度和施工方便可行，拟采用静力破碎拆除，即化学试剂胀裂、机械胀裂拆除与人工拆除相结合的方案。

支撑拆除按照“先换撑、后拆撑”和“先拆支撑梁、后拆环梁”的原则进行。

按设计规定的换撑方式将支护结构的支撑荷载传递到主体结构后，可拆除该区支撑。

在拆除支撑的前后必须加强对周边环境的监测，出现异常情况应立即停止拆除，确保换撑安全可靠。

4 施工监测

基坑工程采用信息化施工方法边施工边监测。基坑工程施工和地下结构施工期间，应对基坑支护结构受力和变形、周边建筑物、重要道路和地下管线等保护对象进行系统的监测，检查巡视基坑周边边坡、地面裂缝等异常情况。通过监测和检查巡视，及时掌握基坑开挖和施工过程中支护结构的实际状态和周边环境的变化情况，做到及时预报，为基坑边坡和周边环境的安全与稳定提供监控数据，防患于未然。

基坑施工监测委托有资质的第三方进行，严格按照基坑规范和设计要求进行监测，监测内容应涵盖：①支护结构水平位移监测；②基坑周边环境（建筑物、道路、管线等）沉降监测；③基坑支护设计文件规定的支护结构内力等其他监测内容。

监测频率：①位移、沉降监测用的基准点不应少于2个，基准点应设置在基坑开挖影响范围之外；土方开挖前必须测定监测点的初始值，且不少于2次。②土方开挖过程中，每天监测1次。当遇大雨等特殊情况时，要适当加密观测次数。土方开挖至基底且位移稳定后，每3～7 d监测1次，直至基坑回填。

监测数据要及时整理并及时反馈给有关人员，发现异常现象要及时汇报。

当测试值大于设计或规范要求时，要立即组织有关人员分析原因、研究对策，同时加密观测次数，必要时采取果断抢险措施，以防发生意外。

5 结束语

由于基坑支护工程施工存在施工作业环境复杂、不可预见因素多、劳动力密集、事故后果严重且不易补救等特点，且本工程位于中心城区，环境保护、文明施工要求高，所以施工前要制订详细的质量、环保、水保、文明施工和安全专项施工方案和应急预案，确保工程优质、安全、有序。施工中要结合现场情况不断优化施工技术方案，实现经济效益和社会效益双丰收。

参考文献

[1]中国建筑标准设计研究院.建筑基坑支护结构构造（标准图集11SG814）[S].北京：中国计划出版社，2011.

[2]中国建筑科学研究院.JGJ120—1999 建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[3]原国家冶金工业局.GB50086—2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].北京：中国计划出版社，2001.

[4]山东省建设厅.GB50497—2009 建筑基坑工程监测技术规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.GBJ50007—2011 建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[6]中华人民共和国建设部.JGJ8—2007 建筑变形测量规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ94—2008 建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

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作者简介：刘晓惠（1973—），女，工程师，现就职于中铁三局集团建筑安装工程有限公司。

〔编辑：曹月〕

Study on Construction Technology of High-rise Building Foundation Pit

Liu Xiaohui

Abstract： On the basis of the study on the construction of the surrounding environment， supporting design scheme of high-rise building foundation， put forward to meet quality， safety， environmental protection requirements of the foundation pit construction sequence， construction technical scheme and monitoring scheme， and the technical difficulties of engineering which are analyzed， corresponding measures.

Key words： high-rise building； foundation pit support； construction technology； research