高层建筑基坑支护施工对周边建筑的影响及工艺优化

2020-02-17李立飞

建筑施工 2020年9期

李立飞

中国建筑第二工程局有限公司西南分公司重庆 400020

1 工程概况

某高层建筑项目由3栋大型住宅建筑及1个地下车库组成，地下2层、地上30层。该项目基坑总体呈矩形，南北、东西方向长分别为140 m和65 m，深9.87 m。基坑北侧距离5层居民楼约22 m，南侧、东南侧距离围墙分别为4.4 m和1.0 m，西侧距离办公楼、居民楼分别为7.0 m和6.0 m，办公楼与居民楼均为条形基础，基础埋深均为1.6 m。

2 场区地质情况

2.1 水文地质

项目场区地下水属第四系孔隙潜水，大气降水为地下水主要补给来源，地表水主要补给形式为外区径流。水文地质勘察期间，场地内的地下水实际埋深约为4.65 m，主要由西南向东北，以0.02%的水力坡度缓缓运动。

2.2 工程地质

现场钻探勘察揭露，项目基坑开挖深度范围内的地层主要有杂填土、粉质黏土、粉砂等，深基坑软弱土地基的物理性能差异较大。

3 基坑工程设计情况

3.1 支护结构

结合场地实际情况，工程采用桩锚形式进行支护。施工时，以三轴搅拌桩为止水帷幕，并采用锚索进行锚固。

1）深基坑下部采用桩长为22.6 m、直径为850 mm的排桩+桩间距为1.6 m的预应力锚索进行复合支护，深基坑上部则主要按照1∶1的比例进行放坡处理。

2）深基坑下部排桩混凝土强度等级为C30，在预应力锚索施工时，分别采用HPB300箍筋与HRB400热轧带肋钢筋进行“一桩一锚”支护施工。

3）在锚索支护施工时，采用P.O 42.5水泥拌制的水泥浆进行注浆，并采用φ15.2 mm钢绞线作为杆体材料，锚索孔直径为155 mm，注浆固结体强度≥20 MPa。

3.2 止水帷幕

将有效桩长为2 1.0 m 的单排三轴水泥土搅拌桩（φ660 mm@800 mm）设置于基坑周边，作为止水帷幕。止水帷幕主要采用连续套接一孔法，并适当调整桩心距。

3.3 降水井

在基坑周围建筑物附近、紧贴基坑底边线内侧区域分别设置20口回灌井、28口降水井、8口观测井。其中，降水井井深15.7 m，井间距为15 m；观测井与回灌井井深均为13 m。因基坑宽度较大，所以在降水井设置过程中，按照20 m左右的实际间距，在基坑中间还设置了15口井深为16.7 m的疏干井。

4 基坑支护施工对周边建筑的影响

4.1 基坑施工问题

1）按照连续套接一孔法工序，先进行支护桩施工，后进行止水帷幕施工。在支护桩钻孔时，可能会扰动深基坑止水帷幕，并因其开裂而降低止水效果，由此会影响周边建筑物的结构稳定性[1-2]。

2）场地为复杂的软土地基，且支护桩长度较短，在采用DZ-40型振动锤和KH-800B型长螺旋钻机进行施工时，支护桩垂直度难以保证，可能会影响基坑结构的稳定性，也不利于周边建筑物的安全。

3）项目主要采用跳打方式来防止窜孔，但已完成桩混凝土强度较低。因此，在钢筋笼下放时，桩混凝土会出现离析现象，导致周边建筑物产生水平位移或不规则形变。

4）采用原来的连续套接一孔法工艺施工4 d后，通过现场监测，发现深基坑东侧局部地面及个别墙体出现不同程度的不规则裂缝，表明深基坑支护施工严重影响了周边建筑物的安全。

4.2 问题产生原因

1）场地周边建筑物均为分批完成的古老建筑，基础埋深较浅，在施工前已有部分构筑物出现了不同程度的非结构性开裂现象。

2）工程采用长螺旋钻机进行作业，现场在下放钢筋笼时，振动器会强烈振动地基基础，大大降低了深基坑基础松散土的密实度。

3）监测数据表明，本工程③2层淤泥质粉质黏土轻微液化，加之场地水文、工程地质条件恶劣，施工时地下水位急剧变化，导致场地周边的建筑院墙局部、一些改建平房产生不同程度的墙体裂缝。

5 施工工艺优化措施

1）在止水帷幕施工时，改变原有施工顺序，即先进行止水帷幕施工，后进行支护桩施工，使锚索注浆固结体强度得到增加。

2）在支护桩施工时，采用全面钻进法，主要基于三翼硬质合金钻头的SJ150型回转钻机通过自然造浆进行正循环成孔。为确保泥浆性能，采用3 t工业火碱和30 t膨润土材料人工造浆，尽可能避免坍孔、缩孔等支护桩施工问题。

3）为减少地层振动对周边建筑物安全性与稳定性的影响，在支护桩成孔施工时，改用“隔三打一”的方式，并借助吊车下放钢筋笼。

4）调整工艺，利用先进的SWM（型钢水泥土搅拌墙）工法进行支护桩施工，成桩后立即下放H型钢，加快成桩速度，适当提高水灰比参数，确保下放顺利。

5）在施工时，若出现型钢下放不顺的情况，则将钻机回撤，重新搅喷，待透孔后再下放钢筋笼，严禁采用振动器振动下放H型钢，以防场地土层在激烈振动下发生液化。

6）锚索施工时，通过旋喷方式扩大锚孔，并在开钻前先对旋喷扩大头锚索具体位置、钻机钻杆角度等进行检查，将水平与垂直方向的钻杆误差控制在要求范围之内。

7）旋喷扩大锚孔施工时，应往返扩孔3遍，喷嘴转速、给进速度分别调整为9～14 r/min和14～21 cm/min，喷嘴喷射压力应≥20 MPa。注浆作业时，应通过封堵孔口以防突水带砂，同时应每间隔2.0 m的距离沿锚索杆体设1个可使各钢绞线相分离的定位支架。

8）旋喷锚杆钻机成孔后，应及时采取孔口封堵措施将孔口堵塞，如果浆液硬化而未能将钻孔填满，则应及时补充并注入水灰比为0.3～0.5的纯水泥浆浆液。注浆作业时，应循环搅拌，边搅边用。

6 效果监测

按照上述方法变更施工工艺后，在钻机开挖施工前后，采用信息化手段对深基坑支护施工全过程进行监测，主要监测内容为施工场地周边地下管线变形、基坑深层水平位移、周边建筑物沉降变形、深基坑竖向位移、坡顶水平位移、旋喷扩大头锚索内力等，然后采用理正深基坑支护软件进行数据分析。实践表明，深基坑周边地表及相关支护结构未出现较大的沉降与位移，各项监测数据均控制在预警值之内。

7 结语

以复杂软土环境下的高层建筑基坑支护工程为例，在全面考虑既有施工工艺对周边建筑物影响的基础上，对原施工工艺及方案进行优化改进，提出了一种基于SMW的施工工法。通过局部采用旋喷扩大头锚索和单排三轴水泥土搅拌桩内插型钢的方式，取代原排桩+预应力锚索的支护方式，从而在深基坑支护桩与周围邻近建筑之间构筑起一道“柔性墙”。监测结果表明，改进工艺后，深基坑支护施工对周边建筑的影响较小，取得了较好的实施效果。