论某高层建筑深基坑支护技术的探讨

论某高层建筑深基坑支护技术的探讨

摘要:本文结合工程实例,分析了高层建筑深基坑支护的施工技术；并运用信息化施工管理技术,实践证明取得了良好效果。

关键词:深基坑深井降水施工.

1工程概况

某高层办公楼，由A、B 两幢组成,主楼24层,裙楼6层,地下室整体两层,为框架剪力墙结构。该建筑总用地面积38750 m2 , 地上建筑面积23493.2 m2 ,地下19630 m2 ,总高度82.45 m。主楼基础结构形式为桩—筏基础。地下室在平面上大致呈矩形,占地面积约为48×105m2 ,支护面积约5300 m2 ,基坑拟开挖深度为7. 5 m～10 m。

2场地地质及水文条件

根据勘察报告,场区工程地质情况自上而下依次为:

(1) 杂填土,层底深度1.0～1.8 m ,层厚1.0～1.8 m。

(2) 粘土,层底深度2.8～4.2 m ,层厚0.9～3.0 m。

(3) 淤泥质土夹粉土,层底深度7.7～10.6m ,层厚4.3～6.9 m。

(4) 粉质粘土粉土互层,层底深度14.4～20.6m ,层厚4.4～13. 1 m。粉土夹粉细砂层底深度19.0～20.6 m ,层厚0～5.2 m。

(5) 粉细砂,层底深度27.0～33.2 m ,层厚8.0～16.2 m。

(6) 细中砂夹中粗砂,层底深度40. 0～43.2m ,层厚7.2～15. 0 m。粘性土层底深度38.0～42.0 m ,层厚0～2.8 m。

(7) 中细沙混夹卵砾石及粗砂,层底深度46.1～50.9 m ,层厚1.7～5.5 m。

(8) 卵石混砾砂及粗砂,层底深度46.1～50. 6m ,层厚2.3～5.5 m。

该场地地下水存在上层滞水和承压孔隙水两种类型。上层滞水赋存于近地表的(1) 层杂填土中,其主要补给来源为大气降水、生活用水等。承压孔隙水主要赋存于(4)、(5)、(6)、(7)、(8)层组的砂、卵砾石层中,为场地内主要承压含水层。该含水层与长江水体具有水力联系,并相互补给,水位随季节变化幅度较大。根据区域水文地质资料,该段承压水水头年变化幅度约为3 m～5 m。

3基坑支护设计条件

根据有关资料及现场调查的结果可知,基坑周边环境条件较为复杂严峻。基坑平面及周边环境见图1 。

(1) 周边建筑物情况。基坑周边东、西、北三面临近建筑物,南面紧靠台北一路。基坑东面为4 幢8 层砖混住宅楼,其中3 幢距离基坑围墙约4m ,一幢距离基坑围墙仅3 m 左右,基础形式为沉管灌注夯扩桩,桩长约18 m。基坑西面为三幢七层砖混住宅楼及一幢八层砖混住宅楼,距离基坑围墙仅3～4 m ,基础形式为沉管灌注夯扩桩,桩长约18 m。北面紧邻台北四村几幢砖混民房,其中3 幢3 层,2 幢2 层。这几幢砖混民房对基坑变形较为敏感。

(2) 周边自来水管道情况。基坑南侧大门处有一管径为50 mm 的自来水管接头。基坑西侧邻近的八层住宅楼旁有一自南向北管径为50mm 的给水管道,主要用于该住宅楼的供水。基坑南侧在台北一路设有雨水管道。

(3) 周边煤气管道情况。基坑东面围墙外约2 m 的地方有一根自南向北埋设的煤气管道。基坑西面住宅小区煤气管道均自某厂接入,距离西面围墙约5 m。基坑南面有一根浅埋的煤气管道,管径200 mm。

(4) 周边电线电缆情况。基坑南侧台北一路的人行道上靠基坑围墙的东南角有一台高压变压器及相关的输入、输出电线。基坑西侧离基坑最近的是1 幢1 层砖混结构的配电房,紧靠基坑围墙。

4基坑围护方案选择

4. 1 基坑支护结构方案

根据本工程的岩土工程条件和基坑特点,比较可行的支护结构方案为钻孔灌注桩排(或地下连续墙) 加预应力锚杆(或内支撑) 。其中钢筋混凝土地下连续墙具有挡土、止水,兼作地下室外墙等特点,但因其造价较高,施工工序繁杂、且需专门的大型施工机械,因此其应用并不多见。

钻孔灌注桩桩排加预应力锚杆是目前比较常规的方案,施工工艺相对简便易行、经济可靠。但本场地东西两侧最近7 m 以外即为采用桩基础的多层建筑物,锚杆施工无法进行;另该场地上部土层主要为松散的杂填土、软塑至可塑状态的粘性土组成,并分布有厚层软塑至流塑状态的淤泥质粘土,最大厚度达7 m 以上，因而本基坑无法采用单纯桩锚支护。

综上分析,考虑到本工程场地周边环境的严峻性和复杂性,本基坑支护结

构拟采用上部放坡卸载支护与钻孔灌注桩排加内支撑、锚杆相结合的复合支护体系。本工程选择的支护方案见图1 、图2 。

4. 2 地下水控制方案

地下水的处理方法主要有两种:排降法和隔渗法。该深基坑排降法主要为深井降水法(中型井点降水) ,隔渗法又可分竖向隔渗和水平隔渗。单纯靠隔渗来处理地下水,由于其造价昂贵,施工难度大,加之深井降水技术的日趋成熟而已很少采用;另一方面,深井降水由于土体中地下水疏干,排水固结压密和由于承压水水位降低产生的附加有效应力而对下卧层的固结压密等原因,总是会或多或少地引起周边地面一定的沉降,但通过一定的措施总会控制在有限范围以内。因此,从技术经济角度考虑,采用深井降水技术和隔渗技术相结合的地下处理方案较为可行。本工程拟采用悬挂式竖向隔渗墙和坑内中深井降水相结合的地下水处理措施。

5基坑围护设计

本基坑工程计算和辅助设计软件,采用专家组推荐的“天汉”软件,主要应用了桩锚CAD、喷锚CAD、撑杆CAD、降水CAD 四个工具模块。

5. 1 基坑支护结构设计

(1) 支护桩设计。支护桩采用钻孔灌注桩,设计桩直径为Φ800 mm ,桩间距为Φ1000 ～1200mm ,桩身混凝土强度为C25 。根据计算结果,支护桩配筋分为9 种形式,主筋最小配筋为12 Ф22 ,主筋最大配筋为24Φ22 ,主筋均匀对称通长布置,加劲箍为Φ16 @2000 ,螺旋筋为Φ8 @250 ,在桩上部6 m 范围内箍筋加密为Φ8 @150 。设计支护桩有效长度分别取11. 0～20. 0 m 不等,桩顶标高均为17. 0～17. 3 m。

(2) 冠梁设计。为了增加支护桩的整体刚度,支护桩顶设置钢筋混凝土冠梁。该冠梁兼做围檩,冠梁高度为800 mm ,宽度为1100 mm ,支护桩伸入到冠梁内100 mm , 主筋伸入梁内600mm ,冠梁沿基坑周边形成封闭结构。梁顶低于自然地面3. 0～3. 5 m。其上部土体按1 :0. 2～1 :0. 5 放坡,并进行放坡喷面或喷锚网支护。冠梁主筋为2 ×8 Ф25 + 4 Ф18 ,箍筋为Ф8 @250 ,砼强度为C25 。

(3) 锚杆设计。为改善支护桩的受力,减少土方开挖工程量,在基坑南侧KL 段、北侧DE、EFG段均设计锚杆一排,锚杆间距同支护桩间距,锚杆直径150 mm ,长度20 m ,锚筋为3 Ф20 。

(4) 支撑立柱设计。在支撑中部设立23 个立柱,立柱下段采用灌注桩,

桩长为18 m ,立柱桩顶面标高为基础承台底标高,上部采用4 根120 mm等边角钢焊接成支架,角钢插入灌注桩2. 0 m。立柱桩主筋为10 Ф18 ,箍筋为Ф8 @250 。钢支架在承台中段设计止水片一道。支撑立柱结构见图3 。

(5) 边坡上段卸载放坡、喷锚网支护设计。基坑东、西两侧坡面采用喷锚网支护,开挖坡度为1 :0. 2～1 :0. 5 。沿围墙墙脚打入杉木桩一排,同时沿坡面布置锚杆3 排。基坑南、北侧采用二级分级放坡,坡度为1 :0. 2～1 :0. 5 。一级坡面采用喷锚网喷射砼支护措施。沿围墙墙脚打入杉木桩一排,同时沿坡面布置锚杆3 排。

喷锚网支护部分喷面采用喷射砼,砼设计强度为C20 ,厚度8 cm～10 cm ,配比为水泥:砂:石子= 1 :2 :1. 5 ,采用标号不低于32.5 MPa 的普通硅酸盐水泥、粒径不大于2.5 mm 的中细砂和粒径小于5 mm 的瓜米石。喷射砼中铺设200 m×200m的Φ6. 5 钢筋网一层。均采用一次性锚管。锚杆纵横向间距为1.2 m ,长度均为6 m。上下排锚杆应错位。注浆材料为水泥,采用水灰比为0. 4～0.5,水泥标号不低于32.5 MPa 的普通硅酸盐水泥。

5. 2 地下水处理设计

5. 2.1 侧壁防渗止水设计。本基坑周边止水帷幕设计为单排深层搅拌防渗墙,采用目前国内最先进的六头深层搅拌设备进行深搅施工,采用复喷复搅工艺。深层搅拌防渗墙设计参数如下:

1) 布孔:沿基坑边布设隔渗墙一排。深层搅拌桩墙轴线距支护桩中心轴线0.85 m ,深层搅拌桩沿该轴线布置, 相邻单元墙中心间距1250mm。深层搅拌桩墙厚为350 mm。

2) 桩孔深度: 深层搅拌桩桩底标高分别为10.0～11.5 m ,有效桩长为5.3～6.8 m。

3) 施工方式:采用1 :1 水泥浆浆喷工艺。

4) 深层搅拌桩加固料选用标号为矿渣32.5MPa 水泥。

5) 喷灰量:要求水泥用量不小于150kg/ m。

基坑配电房等部分由于受施工空间,无法施工深层搅拌桩,该段帷幕止水采用静压注浆工艺。注浆孔位于两根支护桩中间,距支护桩中心线为0.55 m。注浆孔深度同深层搅拌桩,注浆材料同深层搅拌桩。垂直隔渗帷幕布置见图4 。

5. 2. 2 基坑降水设计。本基坑降水设计时需要将场内的承压水水头降低7.0～9.0 m ,据此制定基坑降水设计目标。

1) 基坑涌水量估算。根据场地勘察报告提供的水文地质参数K= 28.70 m/d ,将该参数根据经验修正,采用经验公式估算本基坑涌水量。经计算欲达到所制定的基坑降水设计目标,本基坑涌水量约为15200t/d。

2) 基坑降水井数目确定。由于降水井所抽取的地下水主要为砂层中的地下水,根据该层颗粒特征、含水层渗透性能及经济分析,基坑内降水井单井抽水量可设计为50～80t/h 。

当降水井设计为50t/h 时,所需降水井数目为:

n = 15200t/d÷(50t/h×24h/d)≈13

当降水井设计为80 t/ h 时,所需降水井数目为:

n = 15200 t/ d ÷(80 t / h ×24 h/ d) ≈8

为了使本基坑降落漏斗在基坑边平缓,降低工程造价,经优化布置,模拟计算,当在基坑内布置10 口50～80 t/ h 的降水井时能够很好地达到所制定的基坑降水设计目标。

3) 降水井、观测孔设计。降水井成孔直径Φ650 mm ,管径Φ300 mm ,在基坑内布置10 口50～80 t/ h 的降水井。为了解场内承压水水位动态变化情况,以指导基坑降水工作按优化有序进行,在基坑内另外布置3 口观测孔。观测井成孔直径Φ250 mm ,管径采用Φ108 mm ,观测孔设计孔深25. 0 m。观测孔要求能灵敏地反映场内地下水水头的变化。

6基坑监测

主要监测项目如下:

(1) 基点观测。3 个水准基点,8 个水准位移基点,每1 个月校核1 次。

(2) 水平位移观测。在冠梁和环梁上共设26个测点,开挖3 m 以上每周1 次,3～7 m 每周2次,7 m 以下每2 天1 次。

(3) 沉降观测。支护桩沉降观测点18 个,周边房屋及道路沉降观测点75 个,观测频率同(2) 。

(4) 支护桩测斜。支护桩内测斜孔共布置7个,观测频率同(2) 。

(5) 支护桩、内支撑应力。由支护桩5 组和环形梁四分圆受力点布设,共18 个测点。安装完成后观测1 次,开挖期间每周2 次,平时每周1 次。

7结束语

(1) 在高层建筑深基坑工程中,应因地制宜,基坑围护方案应作方案比较,加强优化设计,根据基坑周边环境特点选择支护方案。实践表明,本工程选取的基坑支护技术是可行的。

(2) 此地区的土层呈典型的二元结构沉积韵律(即土层自地表而下土的颗粒由细变粗) “半封半降”的地下水治理方案是可行的。本工程采用悬挂式竖向隔渗墙和坑内中深井降水相结合的地下水处理措施就是成功的一例。

(3) 施工中应建立健全监测制度, 做到信息化施工,随时提供有关支护和土体变形等信息,以便及时采取相应的技术措施,确保工程安全实施。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。