高層建筑基坑支護(hù)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工

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　　1、工程概況

　　湖南長(zhǎng)沙市某建筑工程總用地面積約為19770m2，總建筑面積約32116m2，工程主樓高為19層，群樓3～4層，設(shè)1層地下室。本工程基坑較深，大范圍挖深為6.85m，局部電梯井坑部位深度8.45m。地下室平面呈矩形布置，周長(zhǎng)327m，如圖1所示。

　　根據(jù)該工程地塊地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)基坑開挖范圍為較厚的淤泥質(zhì)黏土。各土層作為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的主要物理學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1.根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)表中C、φ值作了調(diào)整。

　　2、基坑支護(hù)方案的選擇

　　根據(jù)本工程上述特點(diǎn)，結(jié)合基坑周邊的環(huán)境和相同基坑開挖工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)方案中考慮幾種方案：

　　2.1采用復(fù)合土釘墻支護(hù)的圍護(hù)方案。這是比較經(jīng)濟(jì)的方案，但是本工程現(xiàn)場(chǎng)地面2m以下為厚層淤泥黏土，且本工程挖深度（6.85m）相對(duì)較深，所以周邊環(huán)境采用該方案的圍護(hù)必須比常規(guī)的要加強(qiáng)。復(fù)合土釘墻的方案并不能有效地控制土體位移，且土釘淤泥質(zhì)土中的效果不明顯。故設(shè)計(jì)不考慮該方案。

　　2.2采用鉆孔樁支護(hù)加內(nèi)支撐和水泥攪拌樁止水方案比較適合地下室開挖，但該方案較常規(guī)工程量偏大，故先不考慮該方案。

　　2.3采用SMW工法的圍護(hù)方案，有以下特點(diǎn)：

　　①能同時(shí)擋土和止水，占用施工場(chǎng)地?。?/p>

　?、谑┕に俣容^快：

　　③無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲、無(wú)泥漿污染；

　　④型鋼可拔出回收再用。

　　為此，我們對(duì)方案①和方案③均進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)綜合經(jīng)濟(jì)、工期與社會(huì)效益做了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該工程采用SMW工法較之鉆孔排樁方法節(jié)約25％的造價(jià)，符合國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能、環(huán)保要求，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此我們選用SMW工法的圍護(hù)方案。

　　3、SMW工法連續(xù)墻的工作原理和基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

　　本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)主要采用了SMW工法連續(xù)墻與型鋼立柱加鋼管支撐的結(jié)構(gòu)形式。SMW（Soi，MixingWall的縮寫）工法是以水泥土攪拌樁體作為基坑圍護(hù)的一種施工方法，該法通過特殊的多軸深層攪拌機(jī)在施工現(xiàn)場(chǎng)按設(shè)計(jì)深度將土體切散，同時(shí)從其鉆頭前端將水泥漿強(qiáng)化劑注入土體，并使之與原位土體反復(fù)混合攪拌，然后在水泥土未硬化之前插入H型鋼或鋼板樁作為應(yīng)力加強(qiáng)材料，直至水泥土硬結(jié)。在施工平面上，樁與樁之間重疊搭接，在地下形成一個(gè)抗?jié)B性好、剛度大，同時(shí)又由于H型鋼的強(qiáng)度，能承受較大水平土壓力的地下壁體。在地下結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后拔出H型鋼回收再利用。這種結(jié)構(gòu)由于經(jīng)濟(jì)合理地利用了深層攪拌樁和H型鋼的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)拔出回收H型鋼又可帶來(lái)巨大的效益，所以具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、止水性能好、工期短、造價(jià)低、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。

　　該基坑工程支撐面標(biāo)高為-0.300m。自然地面標(biāo)高為-0.500m。自然地面至支護(hù)鋼管支撐梁頂面的深度2.500m，支護(hù)立樁樁采用樁徑700鉆孔灌注樁（圖2）。四周壓頂梁均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)900×500，強(qiáng)度等級(jí)為C25.鋼管支撐截面ZC1為φ630鋼管，壁厚10mm；ZC2為φ426鋼管，壁厚9mm；水平ZC3為φ377鋼管，壁厚7mm。

　　4、基坑施了方案的技術(shù)分析

　　4.1本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案中考慮按后澆帶進(jìn)行了分段施工，由西向東分為1～8軸、8～16軸、16～22軸三個(gè)施工段，出土由東側(cè)坡進(jìn)行；3.500m以上土方開挖，先開挖掉有支撐梁部的土方，再進(jìn)行混凝土壓頂梁和鋼管支撐梁施工。

　?、俜侄?、分層開挖土方至四周壓頂梁底標(biāo)高-3.500m處，作好60厚C15混凝土護(hù)坡。

　?、诎凑諌喉斄何恢眠M(jìn)行模板、鋼筋施工，澆筑壓頂梁混凝土。

　?、郛?dāng)壓頂梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的80％，進(jìn)行下道工序施工。

　?、茕摴苤瘟菏┕ず笸诔瘟合峦练?。

　　4.2-3.500m以上的土方采取以11軸為分界線分作兩段分塊放坡開挖，開挖時(shí)應(yīng)設(shè)標(biāo)高控制點(diǎn)，盡量把挖深標(biāo)高控制準(zhǔn)確。開挖時(shí)可根據(jù)場(chǎng)地土質(zhì)情況采取1：1放坡。

　　4.3-3.500m以上的土方開挖，應(yīng)采取保護(hù)鋼管支撐梁的措施，嚴(yán)禁挖土機(jī)和運(yùn)土車在坑邊碰撞支撐梁。

　　4.4在基坑底板施工完成后，拆除二次支撐梁。地下室項(xiàng)板澆筑完畢，拆除基坑支撐梁進(jìn)行了防水驗(yàn)收和外襯護(hù)墻回土填后，方可拆除SMW支護(hù)體中的H型鋼。

　　5、基坑支護(hù)施工技術(shù)

　　5.1施工流程

　　放線→SMW工法施工→壓頂梁土方分段開挖至-3.500m→施工混凝土護(hù)坡→分段澆筑壓頂混凝土→養(yǎng)護(hù)→鋼管支撐梁施工→挖-3.500m以下土方→分施工段澆筑地下室底板→增加斜撐后拆除支撐→澆筑墻板頂板和防水施工→拔除SMW工法型鋼→全部回填四周土方。

　　5.2施工方法

　　5.2.1測(cè)量放線：按照工程的已知控制軸線，放出基坑邊線，在邊線的控制點(diǎn)用4×4角鋼作好標(biāo)志。并按照設(shè)計(jì)要求做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)和開挖前的初始值測(cè)讀。

　　5.2.2SMW工法施工：該工法因?yàn)榫哂兴俣瓤旌驼加檬┕?chǎng)地小的特點(diǎn)。為加快圍攻護(hù)進(jìn)度與保證質(zhì)量，工法樁以11軸為分區(qū)線。配合壓頂梁及護(hù)坡施工，分為兩段。從A11軸順時(shí)針方向進(jìn)行施工，工法樁控制好鉆具下沉及提升速度，同時(shí)要求樁位偏差值在30mm以內(nèi)，垂直度偏差不大于1％，在攪拌成樁時(shí)，下行鉆進(jìn)時(shí)灌入70％～80％的水泥漿，其余在鉆上升時(shí)灌入。

　　5.2.3-3.500m壓頂梁處土方開挖：根據(jù)SMW工法樁的進(jìn)度，當(dāng)完成11軸線以西，開始該壓頂梁處地槽土方開挖（圖3），開挖時(shí)按著梁的灰線進(jìn)行開挖，因-3.500m以下為淤泥，地槽、壓頂梁土方采取分段施工，壓頂梁-3.500m以上護(hù)坡施工。

　　5.2.4壓頂梁施工：采取邊挖土、邊鋪混凝土墊層，邊澆筑壓頂梁，同時(shí)，人工修整好土方后進(jìn)行了護(hù)坡鋼筋網(wǎng)綁扎，隨后進(jìn)行60厚C15混凝土澆筑。

　?、賶喉斄轰摻罱壴c鋼管支撐預(yù)埋件留設(shè)，按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，鋼管支撐梁預(yù)賣件留設(shè)位置，按照?qǐng)D紙要求引測(cè)至頂梁上，保證平面幾何尺寸，加強(qiáng)測(cè)量復(fù)核工作。

　　②澆注混凝土壓頂梁時(shí)先檢查鋼筋橫板梁面尺寸是否符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求?；炷敛捎肅25商品混凝土摻入早強(qiáng)劑，按順序澆搗。

　　③養(yǎng)護(hù)混凝土澆筑完終凝后即可進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，混凝土強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)值。混凝土強(qiáng)度以同條件養(yǎng)護(hù)下的試塊試壓結(jié)果為判斷依據(jù)。

　　5.2.5鋼管支撐梁施工：待壓頂梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的80％進(jìn)行鋼管支撐梁施工，在鋼管支撐梁位置進(jìn)行溝槽開挖，土方開挖按組織方案施工，進(jìn)行鋼管支撐梁定位、焊接。為使鋼管支撐梁安裝后保持整個(gè)支撐成為不變體系，根據(jù)軸力值在施焊前進(jìn)行焊接試?yán)?。焊縫應(yīng)四周滿焊，鋼管支撐梁全部安裝完畢后，對(duì)壓頂梁進(jìn)行了保護(hù)，運(yùn)輸?shù)缆吩倩靥睿员ＷC鋼管支撐梁不易壓斷及撞擊混凝土壓頂梁。

　　5.2.6-3.500m以下土方開挖，根據(jù)后澆帶位置分為一個(gè)施工段。

　　5.2.7鋼管支撐在地下室墻板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％后，用人工氣焊切割鋼管支撐。

　　5.2.8拔除SMW工法中的型鋼：等做好地下室工程的防水試驗(yàn)合格后，拔除SMW工法的型鋼。型鋼拔除采用專業(yè)機(jī)具進(jìn)行，拔除過程中應(yīng)避免碰撞地下室結(jié)構(gòu)。同時(shí)，對(duì)于在周邊人員的安全和結(jié)構(gòu)等要有專人負(fù)責(zé)指揮。

　　6、基坑施工監(jiān)測(cè)情況

　　6.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容

　　根據(jù)本工程基坑開挖深度、環(huán)境特點(diǎn)、地基土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和圍護(hù)設(shè)計(jì)方案要求，監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下：

　　6.1.1深層土體水平位移觀測(cè)：在基坑靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位置共設(shè)置11個(gè)深層土體水平位移監(jiān)測(cè)孔，測(cè)斜孔深度為15m：

　　6.1.2支撐軸力觀測(cè)：在基坑支撐體系的水平角撐主撐布設(shè)9組軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在斜拋撐布設(shè)6組軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要觀測(cè)支撐體系在深基坑開挖過程中的支撐應(yīng)力隨時(shí)間和工況的變化情況：

　　6.1.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂及道路中人行道水平垂直位移觀測(cè)：在基坑四周大道靠近基坑的人行道上及圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂設(shè)若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)其隨基坑開挖的變化情況。

　　6.2監(jiān)測(cè)工期頻率及警戒值

　　6.2.1監(jiān)測(cè)工期：從開挖前一周進(jìn)場(chǎng)埋設(shè)測(cè)點(diǎn)，至斜拋撐拆除且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定或結(jié)構(gòu)做到±0，00。

　　6.2.2監(jiān)測(cè)頻率：按圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)挖土的進(jìn)展速度及基坑的變形情況來(lái)定?；娱_挖階段每天監(jiān)測(cè)一次，在基坑開挖接近坑底時(shí)如遇超警戒值或變化速度較快的異常情況應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)，必要時(shí)每天兩次或更多。拆撐期間加密監(jiān)測(cè)頻率。

　　6.2.3監(jiān)測(cè)警戒值：土體監(jiān)測(cè)斜孔最大水平位移和沉降警戒值為50mm，水平位移和沉降速率警戒值一般取大于3mm/d。

　　通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：水平位移隨著挖土施工進(jìn)度增長(zhǎng)較快，日平均變化率約為+1.0mm，特別是CX4、CX7、CX11等孔在開挖三角土期間日增量的最大測(cè)量值為10mm，水平位移總量超過設(shè)計(jì)警戒值，但水平位移速率一直未超過。分析其原因主要是其周邊荷載較大，期間重車行走較多，這就增加了總的水平位移量。支撐軸力在基坑開挖過程中監(jiān)測(cè)一直相對(duì)穩(wěn)定，未超過設(shè)計(jì)值的要求。

　　7、結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，SMW工法連續(xù)墻具有施工快、無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲、無(wú)泥漿污染、止水防水好等特點(diǎn)，是提高坑底抗隆起的有效措施，并能降低圍護(hù)工程造價(jià)（較常用的鉆孔排樁方法節(jié)省20％～30％的費(fèi)用），符合國(guó)家倡導(dǎo)的建筑節(jié)能要求，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。