深基坑支护设计方案的探讨

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　　摘要：深基坑工程的支护结构形式决定了基坑工程的安全性和经济性。文章介绍了深基坑在复杂条件下的支护设计和施工方案, 阐述了钻孔灌注桩和深层搅拌桩在工程实例中的成功应用, 为深基坑的支护施工积累了新经验。
　　关键词：深基坑; 支护;设计；施工
　　Abstract: The deep foundation pit supporting structure determines the safety and economy of the foundation pit engineering. This paper introduces the deep foundation pit in complex conditions in the support design and construction scheme, the bored pile and deep mixing piles was successfully used in the engineering instance, for deep foundation pit supporting construction accumulated new experience.
　　Key words: deep foundation pit; retaining; design; construction
　　中图分类号： TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
　　
　　1 工程概况
　　1.1工程简介
　　广东某大型综合性商业广场，地下2层，地上10层，地下2层为停车库，地上1~4层为综合商店，5层以上为配套办公用房，房屋建筑高度为34.5m，总建筑面积83733 m2。基坑开挖面积约为8226 m2。开挖深度为9.7m。图1为基坑平面布置示意图。
　　
　　图1 基坑平面位置图
　　1.2 工程地质条件
　　土层自地表向下依次为:①杂填土;②1粉质粘土; ②2淤泥质粉质粘土、粉质粘土; ②3粉质粘土、淤泥质粉质粘土;④粉质粘土混砾石; ⑤强风化粉砂岩。各土层参数见表1。
　　 表1 基坑支护结构设计土层参数一览表
　　
　　1.3水文地质条件
　　场地地下水为潜水, 主要赋存于浅部①层填土和②层新沉积粘性土中, 土层透水性较弱，勘察期间稳定地下水位埋深为1.9~ 2.15 m, 年变化幅度为0.5~ 1.0m。
　　1.4 施工难点分析
　　(1)本工程钻孔桩涉及的土层有填土、淤泥质粘土等性能较差的土层。成孔过程中易发生缩颈及塌孔事故，故对护壁泥浆要求和施工质量要求很高。
　　(2)基坑西北侧紧邻已建居民区,最近处仅3.57m, 同时基坑东南侧紧邻地铁二号线,基坑边线距地铁左边线最近处仅12.38 m, 这就对基坑及周围土体变形的控制提出了很高的要求。
　　(3)工程桩及基坑支护所涉及的地层含水较丰富,且基坑东侧紧邻秦淮河, 最近距离为19m。因此,对基坑止水排水的设计和要求也很高。
　　2 总体施工部署
　　针对以上情况,对总体施工部署如下: 深搅桩、支护桩、立柱桩→降水排水施工→圈梁土方施工至-2.9m→第一层砼圈梁支撑、冠梁施工→7.45 m以上土方分段分层开挖→围檩、第二层支撑→分段分层挖至坑底电梯井→人工清理坑底及承台土→快速施工地下室主体结构。
　　土方开挖分区分层分段进行并密切监测。每层开挖都应按设计开挖2m×2m应力释放沟, 部分也可以留应力释放施工土堆, 让边坡应力缓慢释放。支护桩要求跳打施工, 主要走向为从北南两端向中间进行, 总体方向从东向西, 以减小对现有建筑和道路的扰动影响。
　　3 深基坑支护、止水设计方案
　　3.1支护体系
　　依据本工程上述的实际情况和要求，本工程基坑支护采用泥浆护壁钻孔灌注桩。桩长ABCD段为21.40m, DE、FG (EF)段为17.70m (24.80m), GHI段为19.90 m, IJ、KA、JK 段为18.00m。桩身通长配筋。
　　具体方案如下：北段(ABCD段)采用钻孔灌注桩ƒ 1000×1200, 东段(DEFG段)ƒ900×1100, 南段 (GHI段) ƒ1000×1200, 西段(IJKA段) ƒ900×1100。支护桩桩端标高-20.10、- 19.80、-25.90、-23.50、- 22.00m。
　　在保证原支护桩长与配筋的基础上, 在支护桩顶部加长1.00m 长钢筋笼, 主筋数量为原支护桩配筋的一半, 浇混凝土到地面以下0.40 m。同时, 在ABCD段以围檩代替冠梁与第一层水平钢筋砼支撑相连,以减少护坡桩破除砼与土方开挖对房屋的影响。
　　在基坑临近地铁的一侧, 圆弧半径为10.4m的范围内, 采用加固双轴深搅密排桩ƒ700×1000对地基土进行加固, 以满足严格控制地铁周围土体变形的需要。同时在基坑局部加深的位置也采用双轴深搅密排桩ƒ700×1000做支护。在支护桩与民房间布置压密注浆, 以加固房屋基础与支护桩间的土体, 减少民房的沉降与变形。见图1。
　　本工程共设2道钢筋砼支撑梁, 第一道支撑梁高650mm ( 750mm) , 中心标高-2.50m; 第二道支撑梁高750mm, 中心标高- 7.00m。立柱采用钢板+ 角钢焊接方形立柱, 边长450mm。
　　3.2支撑置换
　　在地下室施工过程中, 还必须进行钢筋砼支撑梁受力置换才能继续施工。拟采用如下办法置换水平支撑,以便保证地下车库主体结构施工的顺利进展。
　　3.2.1第二道支撑拆除
　　拆除第二道支撑应在底板砼浇筑后3~5天, 即进行地下室第二层墙板施工时拆除;考虑到支撑对支护桩的支撑作用,支撑拆除前应进行换撑处理:将地下室底板砼浇筑至支护桩, 设置临时钢管支撑或钢筋砼替换支撑。
　　3.2.2第一道支撑拆除
　　负一层主体施工时拆撑, 前提是钢管撑拆除后不会引起基坑大于允许范围的变形, 经论证后不会出现险情时方可拆除。考虑到第一道支撑拆除后支护结构的悬端尺寸较大,建议在负二层顶板平面标高设置钢筋砼水平支撑构件, 水平换撑构件设置在轴线有梁处。拆除时采用人工拆除,先拆腹杆后短杆, 再拆长杆的顺序。
　　3.3 止水帷幕
　　本工程基坑支护采用深层搅拌止水帷幕。深层搅拌桩采用三轴深层搅拌机施工, 叶片直径650mm, 桩长12.90 m, 桩端标高-15.00m, 桩体搭接400mm, 使用32.5普通硅酸盐水泥, 水泥掺入量15%, 水灰比0.45。
　　施工工艺流程如下: 测量轴线→清挖沟槽→定桩位→深搅机就位→第一次深搅到位→提升喷浆→第二次深搅到位→提升喷浆→成桩移机→插入毛竹插筋→砼压顶。
　　深搅施工前, 沿桩中心线开挖深度1.0m深槽,宽度按设计图纸为1.20m。待搅拌头下沉到一定的深度时开始制备水泥浆, 水泥浆水灰比为0.45,毛竹插筋大头直径≥100 mm, 长5.5 m, 水平间距1.0m。桩顶采用C20钢筋砼压顶, 厚度为200mm,配筋ƒ 10@ 200×200单层双向构造筋。
　　为保证止水效果, 止水桩的搭接长度尤为重要。因此, 施工质量控制要求高, 特别是深搅桩的垂直度误差必须小于0.5%。
　　4 钻孔灌注桩施工
　　4.1工程特点
　　地质条件: 桩端持力层位于中风化粉砂岩。质量要求: 桩基进入中风化粉砂岩≮1. 5m,单桩承载力要求高, 基岩判别、入岩控制是质量管理要点。
　　4.2 施工方案
　　4.2.1 工艺方案
　　根据工程情况, 结合同类工程地质条件的施工经验, 采用GPS- 20、GPS - 15型工程钻机, 泵吸反循环工艺; 对孔径、垂直度、孔底沉渣的检测采用常规工艺方法实施, 强化质量管理。
　　4.2.2 施工顺序
　　为避免钻机施工时对临近桩的影响, 导致塌孔现象, 施工中采用跳二打一法施工。在ABCD段, 先施工三轴深搅桩, 以减少止水桩与后施工的钻孔桩对房屋基础的扰动。
　　4.2.3孔径控制
　　重点是钻头尺寸控制。本工程采用ƒ 630 mm和ƒ 730 mm 的钻头, 加之钻进过程中钻头的摆动,成孔直径能满足设计要求。在可塑性较大的土层钻进时要放慢进尺, 加大泥浆密度, 避免缩径。通过下放通长钢筋笼来验证孔径。
　　4.2.4垂直度控制
　　通过机架的水平度与钻杆的垂直度来控制, 机架水平度主要通过水平尺来衡量或者用水准仪来测量; 钻杆垂直度主要通过垂球法或者经纬仪观测来控制。
　　通过钻杆试拼接来检验钻杆的直线关系。通过刚性直线导管来验证成孔的垂直度。
　　4.2.5 孔底沉渣控制
　　在钻进过程中选择合适的泥浆指标, 在易塌孔的土层加大护壁泥浆密度, 泥浆密度不应小于1.25kg/L; 含砂率≤8%; 粘度18~ 22 s。
　　针对土层特点, 选择合适的施工工艺, 上部土层采用正循环钻进, 下部¼2层粉砂质泥岩、½ 2层粉细砂岩采用泵吸反循环钻进。
　　注重清孔效果, 一次清孔采用泵吸反循环, 在砼灌注前测量沉渣厚度, 如达不到设计要求, 则采用二次泵吸/气举反循环清孔直至满足设计要求。
　　5 基坑降水
　　本工程降水、排水按以下考虑:
　　(1)因工程地质条件较好, 主要为透水系数很小的粘性土, 所以在征得设计院同意后, 主要采用明排水方案。在整板部位预留抽水井, 每个抽水井各设置一台潜水泵, 用于排水。
　　(2)确保地下室在施工阶段的抗浮稳定性。
　　(3)基坑采用沿四周砖砌明沟加集水井的办法排水, 集水井的间距控制在10 ~ 15 m, 集水井的深度为1. 5 m左右, 每2个集水井安置一台潜水泵, 局部加深承台部位也布置3~ 4个砖砌集水井。
　　6基坑监测
　　鉴于该基坑周围环境的复杂性, 必须对整个基坑支护系统的应力、应变以及外围环境进行严格的监测并做到监测信息化。各种测点位置结合现场条件合理布置。
　　6.1监测内容
　　(1)基坑周边的垂直及水平位移的监测;
　　(2)基坑外侧土体的深层水平位移监测;
　　(3)支撑轴力监测;
　　(4)对基坑周边邻近基坑范围的道路、建筑设置沉降和位移观测点;
　　(5)基坑内支撑立柱状的沉降/隆起监测;
　　(6)基坑周围的地下水位监测;
　　(7)基底隆起监测;
　　(8)主体的沉降变形监测。
　　6.2 监测要求
　　(1)所有测试点、测试设备需加强保护, 以防损坏;
　　(2)量测周期: 基坑土方开挖到地下室侧壁回填;
　　(3)测试单位须及时向设计人员通报测试结果并提供最终测试成果;
　　(4)基坑变形监控值符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》规定。
　　7 施工效果
　　在对基坑进行支撑置换前, 基坑降水止水效果良好, 未发生渗漏水等现象。在施工过程中对周围环境变形的影响达到了最小。地铁盾构的允许变形值为3mm, 而实际累计变形量< 0. 9mm, 西北侧住宅楼的均匀沉降量< 20 mm, 都处于有效控制范围内。
　　8 结语
　　虽然本基坑工程周围的施工环境情况复杂, 但通过基坑支护方案的设计及采取有效的施工技术和措施, 有效地解决了施工难题, 取得了良好的经济效益和社会效益, 同时也为深基坑支护施工积累了新的经验。
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