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        錦悅灣A區(qū)安置房工程項目基坑支護設計分析

        2022-04-13 08:27:40周廣純霍從順
        低碳世界 2022年2期
        關鍵詞:排樁支護樁錨索

        黃 丹,周廣純,霍從順

        (核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司,四川 成都 610000)

        0 引言

        隨著我國城市化進程不斷加快,城市用地越來越緊張,高層建筑和地下空間的利用受到越來越多的關注。截至2021年,我國高度超過300 m的建筑已經(jīng)達到110棟,包括廣州中信廣場、上海金茂大廈、深圳地王大廈等?;又ёo是基礎施工的重要組成部分,對施工安全至關重要。但是隨著基坑開挖深度加大,基坑支護的設計和施工越來越復雜,面臨的挑戰(zhàn)也越來越大。從當前建筑工程來看,基坑支護具有區(qū)域性、風險性等特點,同時受地質(zhì)結構、巖土力學、水文地質(zhì)等多種因素的影響。本文結合實際的基坑支護工程,探討其設計與施工難點。

        1 工程概況

        1.1 擬建工程概況

        錦悅灣A區(qū)安置房工程項目擬建11棟建筑,地下室為2~3層,局部為1層。該項目位于成都市地鐵3號線主線與出段線附近。擬建場地地下室開挖邊界線距離地鐵3號線主線62~70 m,1#地下車庫南側以及地下室開挖邊界線距離地鐵3號線出段線13.4 m?;娱_挖邊界距離東風渠50 m,距離外北加油站19.33 m。

        1.2 基坑支護目的

        基坑支護主要對基礎施工過程形成的臨時邊坡進行支護,從而為施工期間基礎施工及基坑周邊的地下管線、道路、建構筑物安全等提供支護,確保相關管線、建構筑物以及道路正常、安全運行。基坑支護能夠為建筑主體結構提供施工空間,保障施工人員和設備的安全。本工程基坑支護設計所選用的標準主要有《建筑基坑支護技術規(guī)程》(JGJ 120—2012)、《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》(GB 50497—2019)等技術規(guī)范[1]。

        1.3 設計技術標準

        該工程支護側基坑深度6.5~14.5 m;地層為人工填土、硬塑黏土(具膨脹性)、泥巖等;綜合判定為一級基坑,重要性系數(shù)為1.1,基坑支護為臨時支護,使用年限為12個月。本次基坑設計坡頂超載暫考慮15 kN/m2,條形分布,堆載安全距離應滿足規(guī)范要求,且不小于5.0 m。

        2 場地工程地質(zhì)條件

        2.1 地層結構

        經(jīng)過地質(zhì)勘查,在勘查深度內(nèi),本次擬建工廠場地主要是由第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)、第四系中更新統(tǒng)冰水堆積層(Q2fgl)及白堊系上統(tǒng)灌口組(K2g)泥巖組成,地層主要是由雜填土、黏土以及泥巖構成。其中黏土廣泛分布于場地中,層厚1~20.7 m,根據(jù)室內(nèi)膨脹性試驗可知,黏土為膨脹土。雜填土主要是建筑物拆除后回填的土,層厚0.5~9.1 m。泥巖局部呈現(xiàn)破碎狀,層厚26 m,本次勘察并未鉆穿該層。

        2.2 水文地質(zhì)條件

        (1)地表水。擬建場地東側為東風渠,該水渠為人工溝渠,施工期間水渠堤壩穩(wěn)定;場地西側存在暗渠,部分裸露可見,但是水量較小,對工程影響較小。

        (2)地下水。擬建工程的基巖裂隙水埋深為9.5~11.2 m,分布高程為496.31~497.43 m。上層滯水主要是由降雨和溝渠等補給的地下水形成的,廣泛分布于填土和黏土裂隙,整體相對穩(wěn)定,局部地段富水。

        3 基坑支護設計

        3.1 基坑特點分析

        綜合擬建場地的環(huán)境、地層結構以及水文地質(zhì)條件,基坑的特點分析如下。

        (1)擬建工程基坑支護側基開挖深度為6.5~14.5 m,周邊的土體物理力學性能較差,需要充分考慮基坑環(huán)境、土體力學等因素對維護的影響,綜合確定基坑支護方案。

        (2)擬建工程的施工周期內(nèi),地表水與地下水的水位相對穩(wěn)定。雖然豐水期和枯水期的差異較大,但是由于整體水量不大,局部出現(xiàn)富集,因此可選擇明排抽水的方式進行排水,以減少地表水和地下水對工程的影響。

        3.2 基坑支護設計原則

        基坑支護設計必須滿足5個原則:①基坑安全等級整體一級,滿足支護結構穩(wěn)定的需求,不發(fā)生傾覆、滑移和局部失穩(wěn)等問題,受荷載后不會發(fā)生強度破壞。②基坑支護結構最大水平位移變形控制值為外部作業(yè)影響等級為四級及以下時最大水平位移≤0.002H(H為基坑深度),且≤30 mm;外部作業(yè)影響等級為三級及鄰近軌道特別保護區(qū)時最大水平位移≤0.001-0.002H(H為基坑深度),且≤20 mm。③選擇理正深基坑7.0PB5作為基坑支護設計軟件,將工程類比和理論計算相結合,在現(xiàn)有的資料基礎上,結合實際情況進行修正反饋,指導后續(xù)施工?;舆x擇明挖法進行施工。④基坑底部設置排水溝和集水溝,頂部設置截水溝和排水溝,支護圍護必須保證周邊構筑物以及管線安全,保證不滲不漏。⑤基坑寬度為地下室邊界線外擴2 m;基坑深度根據(jù)場地場平標高與擬建建筑基礎埋深而定;支護措施實施范圍不能逾越紅線。

        3.3 基坑支護類型以及適用范圍

        根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》(JGJ 120—2012),常見的基坑支護結構包括支擋式、土釘墻以及重力式水泥土墻等類型,具體的支護結構特點與使用條件如下。

        (1)放坡開挖。該結構采用最簡單的基坑開挖形式,無須支護,具有施工簡單、工程造價低等特點,但是局限性較大,適用于安全等級為三級的基坑結構,可與其他基坑支護結構聯(lián)合使用。

        (2)重力式水泥土擋墻。該結構是將水泥和土進行攪拌形成水泥加固土體結構,從而得到水泥土墻,以此作為基坑支護。重力式水泥土擋墻可以擋土也可以隔水,適用于4~6 m的基坑。該結構施工方便,具有止水和支護的雙重作用。

        (3)土釘墻支護結構。在土體中鉆孔,打入土釘并且鋪設鋼筋網(wǎng),形成統(tǒng)一的整體,以達到加固土體的作用。土釘墻支護結構可以加強抵抗土壓力,適用于安全等級為二級和三級的基坑。

        (4)排樁圍護支護。通過基坑邊沿打入灌注樁,從而達到支護的作用。排樁圍護支護可用于基坑為7~15 m的基坑工程,施工方便,強度較高,但是在地下水位較高的時候,采取必要的止水措施。

        (5)地下連續(xù)墻支護。利用溝槽的泥漿作為護壁,放入鋼筋籠,澆筑混凝土,形成具有承重、擋土和防滲作用的連續(xù)墻體結構。連續(xù)墻支護適應性強,施工振動小,并且可作為地下室外墻,通常適用于10 m以上的基坑,但造價高且施工要求較高。

        (6)排樁+內(nèi)支撐支護。排樁內(nèi)支撐結構體系可以抵擋外力,該結構可用于地質(zhì)條件差、深度較大的基坑工程。根據(jù)內(nèi)支撐形式,可以選擇框架式、角撐與對撐組合等形式,可根據(jù)基坑需求選擇合適的內(nèi)支撐結構[2]。

        (7)排樁+錨桿(索)支護。選擇巖土中鉆孔,打入錨桿(索)并且卡在排樁結構上,從中注入水泥砂漿和預應力筋,形成具有支撐能力的結構。該結構可用于地質(zhì)條件差、深度較大的基坑工程,且占地空間小,不需要大量開挖,可以節(jié)約工期,降低成本。

        3.4 基坑支護設計

        綜合擬建場地環(huán)境、巖土工程、水文地質(zhì)等條件以及基坑特點,對比不同的基坑支護方案,最終確定的基坑支護方案為:本項目1#地下車庫南側以及2#地下車庫北側緊鄰地鐵3號線出段線,根據(jù)相關文件地鐵支護樁外10 m范圍為軌道交通保護區(qū),該區(qū)域內(nèi)不得修筑任何構筑物(包括擴大頭錨索、支護樁等),由于該側空間有限,建議采用支護樁+內(nèi)支撐、支護樁或支護樁+角撐的支護方案。項目其他區(qū)域距離紅線較近,局部距離道路和房屋較近,建議采用擴大頭錨索+支護樁、支護樁+角撐、支護樁支護方案。

        3.5 基坑支護具體設計

        (1)典型的支護設計。①基坑壁支護措施:A型樁段(一般地段)的基坑深度13.5 m,排樁+擴大頭錨索,樁徑1.5 m,樁長23.0 m,樁中心間距為2.3 m;樁身設置4道擴大頭錨索。G型樁段(近地鐵線段)的基坑深度10.5 m,排樁+斜撐,樁徑1.2 m,樁長15.0 m,樁中心間距為2.0 m;樁身設置1道斜撐,樁頂冠梁處設置角撐。②擴大頭錨索設置在樁身腰梁處。③ZC1內(nèi)支撐設置在樁身腰梁處,鋼管直徑為609 mm,t=16 mm;ZC2內(nèi)支撐設置在樁頂冠梁處,鋼管直徑為609 mm,t=16 mm;ZC3內(nèi)支撐設置在樁頂冠梁處,鋼筋混凝土結構,ZC3的截面、配筋、混凝土型號與樁頂冠梁相同。④樁間采用鋼筋混凝土網(wǎng)噴:鋼筋網(wǎng)片為直徑φ8@150,噴射C20細石混凝土,厚100 mm。⑤按照1.5 m×1.5 m樁間距設置泄水孔,埋設φ75 mm的PVC管;樁頂坡面按照2.0 m×2.0 m間距設置泄水孔,埋設φ75 mm的PVC管[3]。排樁支護設計擴大頭錨索+支護樁和排樁支護設計支護樁+內(nèi)支撐分別如圖1、圖2所示。

        圖1 排樁支護設計擴大頭錨索+支護樁

        圖2 排樁支護設計支護樁+內(nèi)支撐

        (2)基坑頂部需做地面硬化處理,處理范圍為坑頂外不小于5 m,澆筑10 cm厚的C20混凝土硬化,坡度5%。

        3.6 基坑支護排水和基坑回填設計

        在基坑坑頂設置截水溝,并利用基坑周邊現(xiàn)有的排水系統(tǒng)輸排地表水;基坑底部設置排水溝,排水溝截面為0.3 m×0.3 m,采用C20混凝土澆筑,澆筑厚度為15 cm;基坑底部設置集水井,集水井截面為0.5 m×1.0 m×1.0 m,采用C20混凝土澆筑,澆筑厚度為15 cm?;优潘?jīng)過三級沉淀池沉淀后,排入市政污水管網(wǎng)。施工過程中,需做好臨時排水措施,確保基坑無積水。

        基坑四周回填應采取分層來壓實,基底以上0.5~1.0 m深度范圍采用不透水性隔水材料進行回填;以上部分采用砂礫石材料進行分層回填并碾壓夯實。

        4 基坑支護設計要點

        4.1 基坑支護設計說明

        基坑支護施工前,需要開展的準備為:①明確周邊建筑物基礎埋深、基礎形式以及管線分布,確定地下建構筑物后方可施工,確?;娱_挖安全以及周邊建構筑物安全。②基坑開挖前,結構以及建筑設計人員需要復核。在確定開挖線滿足基坑施工需求后,方可開始施工,而且需要第三方保全開挖影響范圍內(nèi)建構筑物的證據(jù)。③基坑支護需要明確紅線范圍,加強施工現(xiàn)場管理,及時觀測周邊環(huán)境及地下水位變化。

        4.2 基坑挖土標準工況

        基坑開挖必須滿足的標準為:①必須在圍護結構達到設計強度后,才能進行基坑開挖。②遵循分層開挖的原則進行開挖,嚴格按照施工順序進行施工,基坑開挖期間,每次開挖不超過2 m,應該對稱均勻開挖,避免超挖。③按照“先錨后挖”的方式進行施工,根據(jù)錨索位置,控制土方開挖深度,進行預應力錨索施工,在錨索達到設計強度后,開展下一步的土方開挖。在鋼管斜向支撐范圍,支撐施工前應先預留土臺,土臺頂標高為504 m,土臺頂部寬4 m,土臺斜面采用1:0.75的比例放坡。支撐安裝時,每隔一根(或兩根)支撐進行安裝,支撐安裝完后,開挖土方。④土方開挖應注意保護已完成的支護結構。按照時空效應原理,選擇盆式挖土方式,減少無支撐土體的暴露時間。

        4.3 其他設計要點

        由于擬建工程距離地鐵出段線較近,基坑支護工程施工期間,需要對地鐵進行保護,加強基坑監(jiān)測和變形控制,減少對周邊環(huán)境造成影響。

        5 結語

        綜上所述,基于錦悅灣A區(qū)安置房工程項目基坑支護的研究,本文結合以往經(jīng)驗以及相關工程,提出具有安全可靠性、施工可行性、經(jīng)濟環(huán)保性的設計方案。選擇支護樁+內(nèi)支撐、支護樁或支護樁+角撐的支護方案,既能夠滿足擬建工程基礎及地下室施工的需求,也能夠保障周邊構建物,具有較強的實用價值。

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