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        斜拋撐與型鋼水泥土攪拌墻在深基坑中的應(yīng)用

        2021-12-22 06:38:28
        建筑施工 2021年9期
        關(guān)鍵詞:圍護(hù)結(jié)構(gòu)土方型鋼

        顧 彬

        上海市浦東新區(qū)建設(shè)(集團(tuán))有限公司 上海 201206

        隨著城市化建設(shè)的深入發(fā)展,地下結(jié)構(gòu)施工工藝得到了長(zhǎng)足發(fā)展。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),不僅關(guān)系到基坑自身及周邊保護(hù)建(構(gòu))筑物的安全,而且直接影響著土方開挖以及地下室結(jié)構(gòu)等施工成本。因此,基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是個(gè)系統(tǒng)工程,圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力合理,而且要節(jié)省工期、降低造價(jià)、方便施工。鉆孔灌注樁剛度大,可用于深大基坑,同時(shí)需止水措施配合使用,其造價(jià)相對(duì)較高;水泥土攪拌樁擋墻止水性好,造價(jià)低,但墻體難以提供足夠的剛度,圍護(hù)結(jié)構(gòu)變位大;型鋼水泥土攪拌墻+斜拋撐組合技術(shù)適用于施工作業(yè)面空間狹隘的情況,其型鋼可重復(fù)利用,造價(jià)相對(duì)較低,且能提供足夠的剛度滿足基坑變形要求,具有縮短工期、節(jié)約造價(jià)、方便施工等特點(diǎn)。該圍護(hù)形式在安全、工程造價(jià)和工期之間達(dá)到一個(gè)最優(yōu)平衡點(diǎn),兼具經(jīng)濟(jì)性、安全性與適用性[1-3]。

        1 工程概況

        本工程為住房項(xiàng)目,工程基坑為地下1層車庫(kù),基坑面積較大,約43 800 m2,開挖深度較統(tǒng)一,為5.3 m左右,屬于深基坑工程。地下室輪廓較為規(guī)整,局部小陽(yáng)角處較多。基坑西北角為已建未投入使用的幼兒園,幼兒園為樁基礎(chǔ)?;悠渌吘壘鶠槌鞘写胃陕罚鐖D1所示。基坑西北角為東西走向、南北走向2條邊,基坑開挖2條邊線距離幼兒園圍墻均為2.8 m;鄰近幼兒園圍墻南北走向開挖邊線距幼兒園建筑最近處為9.4 m,鄰近幼兒園圍墻東西走向開挖邊線距幼兒園建筑最近處為29.4 m。

        圖1 基坑總平面

        根據(jù)工程勘察報(bào)告,擬建場(chǎng)地在勘察深度(最大深度為55.3 m)范圍內(nèi)揭露的地基土為第四紀(jì)全新世沉積層,屬于正常沉積區(qū)域,主要由填土、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉性土及砂土組成,場(chǎng)地內(nèi)情況較為簡(jiǎn)單;在西北側(cè)基坑附近部分有多處暗浜,土質(zhì)較差,主要分布于幼兒園南側(cè)的東西向基坑邊緣上,浜底分布有浜土,土層厚度1.0~2.2 m,暗浜含有機(jī)質(zhì)、腐殖物、碎石,狀態(tài)差,需采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。

        根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)DG/T J08-61—2018《基坑工程技術(shù)規(guī)范》,本工程基坑西北角2條邊環(huán)境保護(hù)等級(jí)均可定為三級(jí);基坑開挖深度小于7 m時(shí),屬三級(jí)安全等級(jí)基坑工程,基坑開挖主要保護(hù)對(duì)象為幼兒園圍墻。

        型鋼水泥土攪拌墻,即在水泥土攪拌樁中插入H型鋼構(gòu)成的復(fù)合擋土止水圍護(hù)體。該工法具有對(duì)周圍環(huán)境影響小、防滲性能好、環(huán)保節(jié)能、適應(yīng)土層范圍廣、工期短以及投資省等優(yōu)點(diǎn)。

        2 設(shè)計(jì)方案

        2.1 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介

        基坑北側(cè)、西北角2條邊及西側(cè)局部區(qū)域開挖邊線距圍墻較近,設(shè)置重力式擋墻的空間不足。因此本基坑北側(cè)、西北角2條邊、西側(cè)部分區(qū)域及東南角近管線處采用型鋼水泥土攪拌墻+1道支撐的圍護(hù)形式。其中支撐采用混凝土角撐+鋼管斜拋撐的形式(圖2)。

        圖2 基坑斜拋撐現(xiàn)場(chǎng)

        2.2 設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)

        根據(jù)驗(yàn)算,圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大正彎矩為298.9 kN·m/m,最大負(fù)彎矩為-158.8 kN·m/m,最大正剪力109 kN/m,最大負(fù)剪力115.8 kN/m,第1道支撐力為131.9kN/m,設(shè)計(jì)采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼,型鋼長(zhǎng)度15 m,插二跳一。經(jīng)驗(yàn)算,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。最大位移23.9 mm,小于三級(jí)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移37 mm的規(guī)范要求;整體穩(wěn)定安全系數(shù)1.70,大于規(guī)范要求的1.25;抗傾覆安全系數(shù)經(jīng)驗(yàn)算為1.12,大于規(guī)范設(shè)計(jì)要求的1.05;坑底抗隆起安全系數(shù)2.11,大于規(guī)范設(shè)計(jì)要求的1.70。

        攪拌樁水泥摻量20%,局部暗浜區(qū)域水泥摻量提高至23%;坑內(nèi)設(shè)置16.3 m長(zhǎng)的鋼管斜拋撐,相鄰斜拋撐間隔約6 m,坑內(nèi)局部設(shè)置φ700 mm@1 000 mm雙軸水泥土攪拌樁暗墩加固,水泥摻量13%,并于暗墩上部設(shè)置低摻量加固。

        斜拋撐區(qū)域的土方進(jìn)行2級(jí)放坡開挖,并按1∶1.5放坡。為了保持土方開挖邊坡的穩(wěn)定性,坡面鋪設(shè)φ6.5 mm@200 mm的雙向配筋,并噴射60 mm厚C20混凝土進(jìn)行護(hù)坡。位于地庫(kù)底板上的混凝土牛腿必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,方可施工鋼管斜拋撐(圖3)。

        圖3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面

        3 施工方案

        3.1 施工方案總體思路

        本工程斜拋撐區(qū)域周邊底板及換撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,方可架設(shè)鋼管斜拋撐,并對(duì)留土區(qū)域進(jìn)行開挖施工。車庫(kù)全部底板及換撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,方可拆除支撐,并對(duì)車庫(kù)結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行施工。

        3.2 施工要點(diǎn)

        斜拋撐施工區(qū)域場(chǎng)地狹隘,土方清運(yùn)慢,但工期較為緊張;斜拋撐區(qū)域基坑變形控制要求高。工程西北側(cè)緊鄰已建幼兒園,由于基坑開挖邊緣緊鄰幼兒園圍墻,故在實(shí)際施工中必須嚴(yán)控基坑變形。在工程施工組織中,合理安排土方開挖順序和嚴(yán)控基坑變形成為工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

        考慮到需嚴(yán)控基坑變形,對(duì)斜拋撐區(qū)域土方采用一次安裝1根、2根及3根斜拋撐等3種方案,并對(duì)相應(yīng)斜拋撐下方的土方進(jìn)行清運(yùn)開挖。土方開挖的同時(shí),加強(qiáng)對(duì)基坑變形的監(jiān)測(cè)(表1)。

        表1 基坑監(jiān)測(cè)變形量統(tǒng)計(jì)

        由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知,土方開挖施工時(shí),基坑最大變形主要位于基坑深度中部范圍內(nèi),橫向?qū)Ρ葋砜?,同時(shí)開挖3根斜拋撐的土方對(duì)基坑的變形影響最大,位移為45.6 mm,大于規(guī)范要求。單根開挖基坑變形量最小,基坑最大變形量為12.9 mm。當(dāng)開挖范圍為2根斜拋撐區(qū)域時(shí),基坑最大變形量為32.8 mm,大于設(shè)計(jì)驗(yàn)算值,但依然小于規(guī)范要求的37 mm。因此,本工程斜拋撐區(qū)域基坑施工開挖選擇一次施工2根,在確?;幼冃螡M足設(shè)計(jì)要求的同時(shí),兼顧土方的外運(yùn)效率,加快施工進(jìn)度。

        根據(jù)地勘報(bào)告,基坑西北側(cè)斜拋撐區(qū)域施工時(shí),部分暗浜區(qū)域基坑變形量較大,據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),部分變形量一度超過基坑報(bào)警值,累計(jì)變形達(dá)到41 mm左右。雖然前期地基處理時(shí)已對(duì)暗浜進(jìn)行加固,但實(shí)際斜拋撐開挖區(qū)域較大,暗浜區(qū)域土質(zhì)差,對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)難以提供足夠剛度,使圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成剛度薄弱區(qū),導(dǎo)致基坑變形較大,因此暗浜區(qū)域斜拋撐調(diào)整為單根施工。當(dāng)施工方案調(diào)整為一次施工1根斜拋撐時(shí),基坑變形量明顯變小,此時(shí)基坑最大位移變形量為13.2 mm。

        4 結(jié)語

        根據(jù)本工程斜拋撐的施工經(jīng)驗(yàn),為在基坑開挖變形量符合設(shè)計(jì)要求的前提下,兼顧施工效率,斜拋撐施工時(shí)宜采用一次安裝2根并進(jìn)行土方開挖的方法,一次施工量沿基坑邊緣方向長(zhǎng)度不宜超12 m。這樣既可滿足變形要求,又能兼顧土方清運(yùn)效率。對(duì)于土質(zhì)較差的部分,尤其涉及一些暗浜區(qū)域或軟弱土層,圍護(hù)結(jié)構(gòu)難以獲得足夠的剛度。為嚴(yán)控基坑變形量,斜拋撐開挖宜縮小工作面,一次施工量沿基坑邊緣方向長(zhǎng)度不超過6 m,同時(shí)應(yīng)提高基坑變形監(jiān)測(cè)頻率,防止基坑超挖引起變形過大而造成安全事故。

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