复杂软土地基深基坑自稳无对撑施工技术分析

2021-03-12

工程技术研究 2021年4期

中建五局第三建设有限公司，湖南长沙 410000

目前国内市场上大部分住宅、公建建筑等多为一层地下室，基坑开挖深度多为5～9m。开发商在建设过程中对土地的利用非常极限化，因此基坑支护常常设计为内支撑支护，在基坑开挖的过程中多为垂直开挖，且开发商对工期要求紧迫，最终导致支护可能未达到最终强度时就进行土方开挖，进而产生严重的基坑安全隐患。此种施工做法最后可能导致需要爆破拆除内支撑，具有一定危险性且不环保，可见传统的内支撑支护已不满足当下快节奏的施工工期要求和环保要求。文章依托中新天津生态城50#地块中学项目，对复杂软土地基深基坑自稳无对撑斜-直交替预应力支护桩体系的应用进行了详细介绍，进而为类似的基坑项目进行此支护施工技术的应用提供参考。

1 工程概况

50#中学项目位于天津市中新天津生态城，项目包括5栋教学楼、1栋宿舍楼、1层整体地下室，基坑开挖面积为2.3万m2，基坑最大深度为6.4m。该场地属海积低平原地貌，为海相与陆相交互沉积地层，地形整体平坦。

2 支护设计概况

该场地开挖范围内为素填土+淤泥质黏土，开挖最大深度为6.4m，基坑西侧绿线距离地库结构外边为3m，同时考虑该工程施工工期紧、周边用地紧张等特点，该项目采用了复杂软土地基深基坑自稳无对撑斜-直交替预应力支护桩体系。

（1）开挖范围土质为1.5m厚素填土+6.5m厚淤泥质黏土，开挖深度为5.75m，按1∶1放坡，深度为1.0m，支护桩所需支护深度为4.75m。

（2）采用375mm×500mm，长13m的预应力方桩，混凝土强度为C80，间距700mm一直一斜打入，倾斜角度为20°，锚固段长度为8.25m。

（3）冠梁尺寸为1200mm×600mm，混凝土强度为C35。

（4）坡面挂φ4@250mm钢筋网片，喷射C20混凝土对边坡进行稳固。

（5）土方开挖到基坑底部后，立即浇筑C20混凝土垫层延伸至支护桩部位，形成固底边梁顶实支护结构。

3 施工工艺流程及操作要点

（1）预制桩的存放和运输。①预制桩进场前需按照场地做好硬化，同时在四周做好排水工作；预制桩进场后应放置在垫木上，各层预制桩用垫木全部分开放置。②预制桩叠放高度不宜超过3层，以免压坏下层预制桩。③预制桩强度应在预制厂养护达到设计强度的100%后才可运输到施工现场。

（2）压桩施工准备。①开工前清除施工工作面上的障碍物。由于施工斜桩，开工前必须对设备的施工工作面进行机械整平，以保证平整度。②测量人员根据建设单位给定的基准点布置平面控制网（点）和高程控制网（点）。

（3）压桩施工。①场地平整。运用推土机对现场进行平整，平整完毕后测量人员测出平整后场地标高。②桩机进场。静力压桩机进场后，进行设备的安装和调试，设备调试完毕后将设备移动到支护桩施工起点处就位，并复核桩架的垂直度。③桩位定点。第一，根据斜桩打入深度、场地标高、打入角度画图计算出斜桩的打入位置并标注在平面图中，参照杨波等[1]对预应力高强混凝土矩形支护桩在基坑工程中的应用做法。第二，在CAD图纸上标注直桩与斜桩坐标点的过程中，对斜桩与工程桩冲突部位进行直、斜桩位置互换调整。第三，将图纸上标注直桩与斜桩的坐标点导入GPS中并放置到现场，放置过程中用小木桩或钢筋棍对点进行标记。之后运用白灰以标记点为中心画出桩的外围轮廓线，以方便矩形桩的就位和施工。第四，运用角钢制作比矩形桩外轮廓略大的定位模具，在桩就位时将定位角钢模具放置在桩外轮廓线部位，避免桩下压过程中发生偏移。④压装机具调整。设备就位后对压桩机门架的垂直度进行调整，使压桩门架保持垂直，进而减小施工误差。⑤吊装及角度调整。吊桩施工时，应对施工人员提前进行安全技术交底，使其在施工过程中严格遵守安全技术操作规程，施工前应对钢丝绳进行检查，预防因钢丝绳损坏而导致桩在吊装过程中脱落或破断。插桩前调整桩机门架，使之与桩压入方向成一直线，施工斜桩时需将门架的角度调整到与图纸要求的角度一致后再进行施工。⑥送桩器送桩。第一，进行压桩施工，测量人员对压入的桩进行标高测量。第二，压桩施工应连续，如压桩过程中碰到无法下压的情况应及时进行反馈，待出具解决方案后再施工。

（4）冠梁施工。①土方开挖。测量人员放出土方开挖边线进行土方一级放坡开挖，开挖到冠梁设计标高，开挖放坡系数为1∶1，开挖深度为1.6m（其中包括冠梁高度0.6m）。②放线测量。测量人员运用控制网放出冠梁的定位边线。③钢筋绑扎。项目专业工长根据图纸对冠梁钢筋进行下料并组织工人进行加工，冠梁钢筋绑扎前，在梁底均匀放置混凝土垫块。④模板安装。采用13mm厚模板、40mm×90mm木枋、48mm×3.6mm钢管扣件进行支模加固，螺杆加固间距需小于450mm。⑤浇筑混凝土。混凝土浇筑用汽车泵进行，浇筑混凝土的同时留设同条件及标养试块。⑥拆模养护。混凝土强度达到1.2MPa后，进行冠梁模板的拆除，拆除过程中应注意对成品的保护，拆除完毕后对其进行浇水养护14d。

（5）护坡施工。①第一级土方开挖及修坡。第一，基坑开挖前测量人员放出土方开挖边线之后进行土方开挖工作，在开挖过后的边坡采用人工进行修整，确保边坡的立面角和壁面的平整度。第二，根据开挖深度和坡度控制线完成边坡修面样板，验收后进行大面施工。②铺设钢筋网片。插入定位钢筋头，放置垫块后铺设单层双向φ4@250mm钢筋网片，参照杨文博等[2]的永临结合类似工程做法。③喷射混凝土。射距宜在0.8～1.5m内从底部逐渐向上部喷射，先喷填钢筋后方，再喷填钢筋前方，喷射混凝土的厚度误差不超过±5mm，喷射混凝土回弹率控制在15%以内。

（6）土方开挖。待冠梁强度达到设计强度后进行分层分步土方开挖工作。土方开挖到基坑底部后，立即浇筑垫层，形成固底边梁顶实支护结构，进而减少支护的变形。

4 基坑变形监测

基坑支护变形的理论依据参照王恩钰等[3]对基坑倾斜桩支护的变形数值分析，从中可知斜直交替内斜倾斜桩支护可以很好地控制桩身变形，其桩身最大水平位移值为36.04mm，内斜桩与直桩相互交替布置，能形成一个稳定的刚架，使斜桩直桩共同发挥支护作用。斜桩向坑内倾斜时，斜桩桩身受压力，起到了一个斜撑的作用。被动区土体对桩底的端承力和作用与桩身的沿桩身摩擦力可以为支护结构提供水平向的支撑力，限制支护桩变形，且斜桩桩后留的一定质量的土体也会起到抗倾覆的作用，从而提升支护结构整体的抗变形能力。由Plaxis 3D有限元模型分析得出最终整合成变形曲线和深度的关系图，如图1所示。