分区基坑同步开挖实例研究

2019-06-17陆丽君上海申元岩土工程有限公司上海200011

安徽建筑 2019年5期

关键词：北区南区住宅楼

陆丽君（上海申元岩土工程有限公司，上海 200011）

当今城市建设发展迅速，基坑工程设计及施工常常面临工期紧、周边环境复杂敏感[1]等外部难题。如何在确保基坑安全的前提下，采取针对性的设计措施及施工工序来合理加快施工工期，是当前基坑工程设计及施工的重、难点。

本文以上海市区某基坑工程为背景，对分区基坑同步开挖的实例进行了研究与探讨。

1 工程背景

该旧区改造高品住宅项目位于上海市黄浦区。项目设置两层地下室，基坑总面积2.03万m2，普遍挖深9.75～10.35m，局部落深 1.4～3.2m。

基坑东侧毗邻住宅小区。其中，某7层住宅楼距离本工程地下室外墙最近约8.5m。该住宅楼为砖混结构，地基采用Φ500粉喷桩进行加固，桩体有效长度11.5m，复合地基承载力按125kPa设计；基础形式为条形基础，埋深约2.2m，均置于②层粉质粘土层。

基坑西、南、北侧均与市政道路接壤，道路下分布多条市政管线，距离本工程地下室外墙最近约8.9m。总体而言，本工程周边环境较为复杂，保护要求较高，如图1所示。

2 地质条件

拟建场地土层主要由粘性土、粉性土和砂土组成。基坑围护设计参数如表1所示。

图1 周边环境总图

土层物理力学性质综合成果表表1

场地浅层普遍分布以建筑垃圾为主的杂填土，含原有建筑物旧基础、混凝土地坪等。施工前须预先清除并回填，确保工程桩及围护桩顺利施工。

地下水类型有浅部土层的潜水和第⑦层承压水。经验算，本工程基坑一般底板区域、局部落深坑区域的抗承压水稳定性均能满足规范要求[2]。

3 基坑支护设计

本项目属于软土地区深大基坑项目。周边分布住宅楼、大直径市政管线等重要保护对象，环境保护要求较高[2-3]。同时，基坑开挖影响范围内分布深厚的淤泥质土层，对于基坑施工阶段的变形控制也十分不利。综合考虑上述因素及业主对施工进度的安排，本项目基坑支护设计方案确定如下。

3.1 分区设计

根据业主施工进度安排，本项目基坑拟分为南、北两区进行施工，北区地下二层顶板完成且达到设计强度后方可开挖南区第一道支撑以下土方。分区示意参见图1。

3.2 围护结构设计

基坑采用上海地区常见的板式支护体系。围护桩包括南、北区分隔桩均选用刚度较大、利于基坑变形控制的钻孔灌注桩。钻孔灌注桩设计桩身强度C30，桩径0.85～1.0m，桩长20～26m，均穿透④层淤泥质黏土层并进入力学性能较好的⑤1-2层粉质黏土层。止水帷幕采用全面搭接、止水效果可靠、挤土效应小的Φ850三轴水泥土搅拌桩，并进入坑底以下不小于7m。

3.3 坑内被动区加固设计

被动区土体加固采用φ700@500双轴水泥土搅拌桩，以控制基坑引起的变形。同时，针对临近建筑物位置的加固深度及范围均有所加强。基坑东侧临近住宅楼区域，坑内加固范围为第二道支撑底部到坑底以下6m。基坑典型围护结构剖面如图2所示。

图2 典型围护结构剖面图

3.4 支撑及栈桥设计

基坑采用两道临时水平钢筋混凝土支撑，以“角撑+对撑+边桁架”的形式布置，可有效控制基坑开挖引起的侧向变形。栈桥分布则着重考虑总包单位对于行车、堆载等方面的需求。支撑平面布置见图3，其中阴影区域为施工栈桥分布区域。

图3 支撑平面布置图

3.5 换撑措施

为确保南区基坑支撑体系受力平衡，需在北区地下二层顶板设置型钢斜换撑后，方可开挖南区第一道支撑以下土方。换撑设置如图4（a）所示。

为控制基坑开挖对东侧住宅楼的变形影响，本项目B1层楼板浇筑完成且达到设计强度后，需架设型钢斜换撑，而后再拆除第一道混凝土支撑，以减少水平支撑拆除后基坑的侧向变形，保护邻近住宅楼。换撑设置如图4（b）所示。

图4 换撑剖面示意图

4 同步开挖技术措施

本项目初期即完成南、北区第一道支撑及栈桥施工。北区按原定设计工况进行第一道支撑下的土方开挖。随后业主提出加快施工进度，南、北两区同时开挖。针对这一工况的调整，设计从安全角度出发，提出以下技术措施。

4.1 完善南、北分区水平支撑的整体传力性能

南、北分区同时开挖，北区基坑对撑（南北向）所受土压力需经由南区支撑传递并平衡。经支撑平面设计分析与计算，北区中部对撑A（南北向）与南区分界处中部对撑B（南北向）可基本衔接对应；北区东侧对撑C（南北向）受力则可经由南区新增“八字撑”D和原有角撑E传递并平衡。

新增的第一道“八字撑”与已有钢筋混凝土围檩及支撑结构采用凿毛及植筋等方式连接。

4.2 新增南、北分区分界处换撑

考虑到北区总体施工进度先于南区约一周时间。北区分界线处底板浇筑完成并达到强度后，应立即架设型钢斜换撑，如图4a所示。而后再开挖南区分界处留土，施工该区域的垫层及底板。

4.3 基坑土方开挖方式调整

南、北分区第一道支撑下土方应充分考虑时空效应[4]，采取盆式开挖方法，及时形成第二道水平支撑体系。北区靠近分界线区域的土方宜后挖。南区靠近分界线区域应留土宽约20m（约4倍挖土高度），且开挖至分界线处时，应先开挖中间对撑区域的留土，待对撑形成后，再开挖东、西两侧角撑区域的土方。

南、北分区开挖第二道支撑下土方时，北区应由北至南施工，且随挖随浇，及时施工垫层、底板及传力带。北区临近分界线处应留土宽约20m，待南区第二道支撑达到强度后方可开挖。

南区第二道支撑下土方应由南至北开挖，且随挖随浇，及时施工垫层及底板。此外，南区临近分界线区域应留土宽约20m，待北区底板换撑架设完成后，再开挖留土，施工垫层及底板。

5 实施与监测分析

本项目北区基坑从第一道支撑下土方开挖到底板浇筑完成，历时52d；南区基坑到底板浇筑完成历时57d，稍晚于北区，基本实现南北区基坑同步开挖。

基坑监测数据显示，截至南、北区基坑底板浇筑完成，南区角撑E轴力值最大，首道及第二道支撑轴力分别为3879kN和4457kN。可推断在南、北区基坑同步开挖期间，角撑E承担了部分北区东侧对撑C传递的支撑轴力；支撑平面布置可以满足本基坑南、北分区同步施工的要求。

图5 第二道支撑下土方开挖顺序示意图

基坑围护墙体倾斜监测值普遍超出设计报警值（一般区域报警值25mm，东侧临近住宅楼区域18mm）。墙体测斜最大值出现在北区基坑西北角，达到38.7mm（CX4）。东侧围护墙体测斜最大值出现在北区东南角，达到33.17mm（CX12）；该测点附近的邻近住宅楼沉降监测也超出报警值，达到17.75mm（F25）。此外，西侧燃气、电力、上水等管线也存在多处监测点报警的现象。经分析，主要有以下三方面原因：

①基坑暴露时间较长。因基坑开挖期间，支撑、垫层及底板等施工不及时，延长基坑暴露时间，导致基坑变形普遍增大。

②基坑开挖未严格按照设计要求实施。南、北分界处，南区第二道支撑下土方未作留土。未能通过留土“缓冲带”减小南区基坑无支撑暴露的时间。

③由于本工程施工场地较小，基坑部分区域施工堆载较多，也不利于基坑的侧向变形控制[5]。