组合式支护技术在深基坑围护中的应用

2015-09-18

建筑施工 2015年5期

中建八局第三建设有限公司南京 210046

1 工程概况

徐州泉山三胞广场工程位于徐州市解放南路与金山东路交叉口西北侧，主要由1栋13层写字楼、1栋13层SOHU、3～5层商业街、集中商业组成，整个场地带全地下室。基坑占地面积约48 420 m2，周长约1 070 m。本工程±0.00 m相当于绝对高程+34.80 m，地下室2层。本基坑开挖底绝对高程为+24.30 m，基坑开挖深度为9.60 m，局部开挖底绝对高程+23.70 m，基坑开挖深度为10.20 m。基坑地下室基础到北侧、西北侧、南侧、东侧道路路牙石的最小距离分别为5.39 m、3.1 m、21.3 m、56.94 m。基坑与四周道路位置关系见图1。

图1 基坑与四周道路位置关系示意

2 工程特点与难点

1）本工程场地除东侧距离解放南路较远外，其他侧均有道路环绕，基坑开挖可能对道路路面及下埋管线产生不利影响，周边环境保护要求高。

2）基坑局部场地东南角和西部北侧各分布一条古冲沟和一条河沟，分布有③1层粉质黏土和大量建筑垃圾及生活垃圾，土质较软，易触变，地质条件差。

3）场地除东侧有空地外，其他侧距离用地红线都很近，基坑北侧与西北侧局部离新建道路路牙石仅3.1 m，施工场地极为狭小。

3 基坑支护方案

受用地红线的限制，除东侧可放坡外，其他侧均应采取支护措施。对于竖向挡墙结构，SMW水泥土搅拌桩体的抗渗性较高，能有效隔断基坑内、外地下水的联系，这种工艺目前运用得也较为广泛，施工速度较快，并且徐州地区已经有成功的案例。本工程基坑开挖面积达48 420 m2，若全部用支撑方案，则造价太高，也影响施工总进度。根据工程经验，对于开挖面积较大的深基坑，若必须采用支撑时，可采用设置斜向支撑和预应力锚索的方案，从而能节省施工成本，加快施工进度[1-3]。

经综合考虑，本工程采用SMW工法桩、预应力锚索、钢管斜抛撑、钢筋混凝土支撑和喷锚护坡相结合的组合式支护方法。除了东侧AM段采用二级放坡+混凝土喷锚支护外，其余基坑周边均采用SMW工法桩，AB段、CG段、KM段加设2道预应力锚索，BC段加设钢管斜抛撑，GK段加设1道钢筋混凝土支撑。基坑周边支护形式布置见图2。

4 基坑支护设计

4.1 SMW工法桩

本工程基坑的SMW工法桩成孔直径为850 mm，相邻桩采用套接一孔，如图3所示，基坑不同区域的搅拌桩桩长为15～17 m不等。三轴搅拌桩采用P.O 42.5水泥，水泥掺入量20%，水灰比1.5～2.0。

图2 基坑周边支护形式布置示意

图3 搅拌桩套接一孔示意

搅拌桩内插700 mm×300 mm×13 mm×24 mm H型钢，型钢布置如图4所示，基坑不同区域的H型钢分别采用插一跳一法和插二跳一法布置，H型钢长度为15～17 m不等。桩顶卸土1.0 m，桩顶设1道1 200 mm×800 mm钢筋混凝土冠梁，梁顶标高-1.50 m。

图4 H型钢平面布置形式示意

4.2 预应力锚索

在绝对高程+27.10 m和+29.60 m处加设2道预应力锚索，锚索支护剖面如图5所示，锚索长度为13 m，钻孔孔径350 mm，钻孔间距1 200 mm。腰梁采用双拼32a#工字钢与钢板焊接而成，采用QVM15-N锚具，锚头用冷挤压法与锚盘进行固定。锚筋选用2φ15.2 mm预应力钢绞线，每根钢绞线由7根钢丝绞合而成，锁定力100 kN。

4.3 钢管斜抛撑

斜抛撑采用φ609 mm钢管，壁厚14 mm，长度15.0 m，斜抛撑支护剖面如图6所示，斜抛撑一端设置在基础底板的临时牛腿位置，另一端设置在支护桩的钢围檩上，支撑水平间距5.0 m，绝对高程+30.40 m。该区预留土堆宽度3.0 m，坡比1∶1.5，坡面喷射临时混凝土面层，并铺设200目钢丝网片。

图5 锚索支护剖面示意

图6 斜抛撑支护剖面示意

4.4 钢筋混凝土支撑

基坑西南角因开挖面积较小，不便于设置斜向钢支撑，故此区域设置1道钢筋混凝土水平支撑体系，按角撑及对撑形式布置，支撑结合压顶梁的位置设置，其中心绝对高程为+32.50 m，支撑及压顶梁混凝土强度等级为C30。基坑阴角区也不便于设置斜支撑，故该区域也设置1道钢筋混凝土支撑，支撑布置形式以角撑为主，支撑中心绝对高程为+32.50 m。支撑下设由4根140 mm×10 mm角钢焊接成的460 mm×460 mm的格构柱，锚入下部φ700 mm灌注桩不少于3.0 m，灌注桩长度6.0 m，桩身混凝土强度等级为C30。

4.5 喷锚护坡

基坑东侧采用二级放坡+混凝土喷锚支护，上部放坡3.0 m，坡率1∶1.5，马道宽1.50 m，下部放坡7.0 m，坡率1∶1.2，坡面挂网喷浆，铺设φ6.5 mm@200 mm钢筋网片，喷射C20混凝土，厚度100 mm。

5 施工要求及主要措施

5.1 SMW工法桩

1）三轴搅拌桩的施工工序为：清除地下障碍物→开挖沟槽→搅拌桩就位，校核水平、垂直度→开启空压机，送浆至桩机钻头→钻头喷浆、气，下沉桩底→钻头喷浆、气，提升→移机[4]。

2）桩体下沉及提升均为喷浆搅拌，下沉速度为0.8～1.0 m/min，提升速度为1.0～1.5 m/min，并保持匀速下沉与匀速提升。搅拌提升时不应使孔内产生负压造成周边地基沉降。施工时应保证前后台密切配合，禁止断浆。如因故停浆，应在恢复压浆前将搅拌机头下沉0.5 m后再注浆搅拌施工，以保证搅拌桩的连续性。

3）桩与桩的搭接时间不应大于24 h，若因故超时，搭接施工中必须放慢搅拌速度，保证搭接质量。搅拌桩制作后应立即插入H型钢，时间间隔不超过30 min；型钢插入必须采用牢固的定位导向架，以保证型钢垂直度。H型钢插入前必须涂刷减摩剂，以确保能顺利拔出；H型钢宜采用整材，当因施工需要采用分段焊接时，应采用坡口焊接，焊接等级采用二级，相邻型钢的接头位置应错开，避开受力不利处。

5.2 预应力锚索

1）高压旋喷锚索采用P.O 42.5水泥，水泥掺入量20%，水灰比0.7；旋喷搅拌的压力应为20 MPa；扩大头的旋喷搅拌的进退次数比桩身增加2次，以保证扩大头的直径。水泥浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的水泥浆应在初凝前用完。

2）高压旋喷锚索内插钢绞线，应进入旋喷桩底，待旋喷桩养护7 d后施加张拉力锁定。

3）高压旋喷锚索施工必须按分段、分层开挖，分层厚度必须与施工工况相结合且不大于2 000 mm。下层土开挖时，上层的斜向加劲桩必须有7 d以上的养护时间并已张拉锁定。

5.3 钢管斜抛撑

1）钢支撑安装、拼接必须顺直，支撑轴线要确保与钢牛腿或托架端承水平垂直，其垂直度误差不大于1%。

2）钢支撑焊缝不得小于8 mm，对受拉或受剪力的焊缝必须敲掉药皮检查，防止虚假焊。

3）支撑的安装应符合：钢支撑轴线竖向和水平向偏差为±30 mm；钢支撑两端的标高差不大于20 mm；支撑的挠曲度不大于1/1 000；支撑与立柱的偏差为±50 mm。

5.4 钢筋混凝土支撑

1）钢筋混凝土支撑梁和冠梁的底模施工，可以采用基坑原土填平夯实加覆盖尼龙薄膜，也可用铺模板、浇筑素混凝土垫层、铺设油毛毡等方法。测量放线后绑扎钢筋，然后安装侧模板。

2）钢筋混凝土支撑梁和冠梁的侧模利用拉杆螺栓固定，钢筋混凝土支撑梁应按设计要求预起拱。

3）钢筋混凝土支撑梁和冠梁混凝土浇筑应同时进行，保证支撑体系的整体性。

5.5 喷锚护坡

1）放坡坡面挂网喷护：坡面喷射C20混凝土，厚度100 mm，分2次喷射，细石混凝土面层配合比建议为：水泥∶砂子∶细石=1∶2∶2，细石最大粒径不大于12 mm，喷射压力为0.3～0.5 MPa。

2）基坑顶部设置宽0.5 m喷射混凝土护顶，喷射作业应分段、分片依次进行，喷射顺序应自下而上。

3）喷射时喷头与受喷面保持垂直，距离宜为600～1 000 mm；喷射混凝土终凝2 h后喷水养护，养护5～7 d。

6 基坑监测

本基坑工程安全等级为二级，局部一级，鉴于该基坑的重要性，必须对整个基坑支护系统的应力、变形，以及外围环境进行严格地监测。基于上述要求，沿基坑支护结构边线每20 m布设1个顶部水平、垂直位移观测点，共布设54个点；沿解放南路、金山东路、北侧及西侧市政道路每20 m布设1个道路沉降观测点，共布设16个点；在基坑西部售楼处的四角和长边中点、大的角点处布设沉降观测点，共布设6个点。

根据设计要求及相关规范规定，基坑开挖期间需进行全程监测。基坑监测周期自基坑土方开挖至地下室主体结构完成、地下室四周外围土方回填结束，共计6个月，监测频次约为每3天1次，出现异常时加密监测[5-7]。监测结果：桩顶水平位移累计值为22 mm；桩顶竖向位移累计值为10.78 mm；邻近道路地面沉降累计值7.46 mm；基坑西部售楼处累计沉降值7.5 mm，均在设计变形控制范围内。