边桁架内支撑体系在面积超大型基坑中的应用.doc

边桁架内支撑体系在面积超大型基坑中的应用张发科1 高振宇1.21.广州市市政工程设计研究院 广州 510000 2.华南理工大学土木与交通学院 广州510641 摘要：本文结合广州京溪地下污水处理厂基坑支护设计，介绍了边桁架内支撑体系在面积超大型基坑中的应用及效果，对其他类似工程有一定参考价值。Abstract: The paper introduces a retaining & protecting design for excavation pit in Guangzhou JinXi Underground Sewage Treatment Plant. With the application of side truss inner support system in the super-large foundation pit, this inner support system is proved to be effective, even can be used and referenced in other similar super-large foundation pit.关键词：边桁架内支撑体系；超大型基坑；支护设计；房屋保护Keyword: side truss inner support system, super-large foundation pit, retaining & protecting design, buildings protecting1. 工程概况广州京溪地下污水处理厂是我国首座全地埋式的膜生物反应器污水处理厂，位于广州市天河区北部，沙太北路以东，犀牛南路以北。占地1.8公顷，周边房屋密集。该地下污水处理厂基坑尺寸长X宽=164.9 X 84.6m，深度为15.6m，基坑东侧距离5.0米为一排七层民房，南侧为规划道路，西侧距离30米为白云农贸市场，北侧为一排七层商贸楼。民房三角形民房基坑边线图1.1 平面图 场区主要地层为第四系人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲积层（Q4al）、第四系上更新统冲积层（Q3al）及残积层（Qel）。基岩为燕山期晚期第二阶段第二次中粒斑状花岗岩（53-2b）。场区的地下水混合稳定水位埋深为1.803.30m。由于场地含水砂层发育，厚度较大，分布广，含水丰富，对基坑开挖的设计、施工影响很大。2. 基坑支护设计 2.1基坑支护形式比选本基坑长度X宽=164.9 X 84.6米，深度15.6米，平面长宽较大，属于超大面积基坑，如何选择支护形式，做到安全可靠、经济合理，设计从以下几个方案进行了比选： 表2.1.1 方案比选表形式优点 缺点1、中心岛法出土便捷，经济效果好工艺复杂，因中间为池体、无楼板，周边支撑无法利用主体结构楼板提供支座反力，周边主体需二期施工，难以满足污水厂池体施工要求2、 排桩+边桁架内支撑为常用与成熟的支护形式，适用于周边环境复杂、变形控制要求高的地区需设置和拆除大量临时支撑，经济性较差，当基坑面积超大时，支撑太长，传力效果不佳3、 排桩+锚索适用于大面积的基坑工程，敞开式开挖，为挖土和地下主体结构施工提供极大便利，可缩短工期，经济效益良好地表沉降、位移较大。锚索钻孔施工可能打断房屋基础桩，扰动基础考虑到基坑周边民房密集，距离基坑近，环境保护要求高，采用方案2能较好的保证周边房屋安全，工艺成熟且施工简单。 2.2基坑支护设计基坑围护结构采用10001100排桩+内支撑的刚性支护体系，基坑深度15.6米，竖向设三道支撑，桩间采用1000的三管旋喷桩止水，沿基坑一周布置，止水桩长度16m，使基坑外侧形成一道封闭止水帷幕墙，对撑+边桁架的内支撑体系中，如何确定横向对撑的间距，使既达到基坑支护受力变形要求，又做到经济合理，满足施工开挖要求，通过计算模拟，在东西向设置四道对撑，平均间隔约32米，南北向设置一道对撑。对撑之间设置边桁架，角部设置斜撑。对称、角撑结合的边桁架内支撑体系布置模型如下图2.2.1:： 图2.2.1 内支撑平面布置模型图 图2.2.2 内支撑体系位移图（m）因地下污水厂池体布置不规则，基坑角部有连续阳角转角，应力集中，变形较大，模拟计算基坑位移最大值27.9mm。基坑设计的难点及针对性措施：1）本基坑底层范围地层为花岗岩残积土，该土层遇水易软化、崩解，散失土体抗力，针对花岗岩残积土的特点，考虑被动土压力区土层软化的情况，围护桩的嵌固深度在正常计算深度基础上加长0.50.8米.；2）超长支撑传力不佳问题，当支撑超过一定长度后，由于轴线施工误差，在自重及轴向压力作用下产生附加弯矩且轴向力传递效果不佳。针对超长支撑的特点，通过计算比选，支撑截面采用“梁+薄板“组成的槽形板支撑，同时，临时支撑立柱间距控制在16米，其截面采用刚度较小的空心格构式钢立柱（立柱4L160X6格构式钢立柱，截面尺寸460X460mm），使轴力传递“顺畅”。槽形板支撑如下图3.2.2：图2.2.2 槽形板对撑图3）超长支撑平面外稳定。为解决杆件支撑体系平面外稳定性，每组主撑之间设置平面板。即保证平面外稳定性，又解决施工过程中材料、人员运输水平通道的问题。图2.2.3 现场照片 2.3实施效果基坑工程于2009年10月初开始基坑施工，2010年4月完成地下部分主体结构，总个基坑工程顺利完成。在基坑实施过程中，委托有资质的第三方单位对基坑进行全方位的监测。桩体测斜部分代表性基监测点的数据如下图：（“+”表示向基坑内侧位移，”-”表示向基坑外侧位移） 图2.3.1 J13桩体测斜折线图图2.3.2 J15桩体测斜折线图从上图可知，桩体最大位移20mm，满足规范要求。J13点桩顶为正值，J15点桩顶位移为负值，两点设置在基坑两侧对称位置，说明桩体有向一侧偏移趋势。这与基坑施工时，西侧（J13点）临时堆土地面超载，两边土压不平衡的情况吻合。基坑周边部分代表性沉降监测数据如下图：图2.3.3 基坑周边地面沉降时间关系图从图表可知，基坑周边地面沉降小，最大沉降约14.3 mm（初始值为施工完第一道支撑时取得），满足设计要求。说明排桩+内支撑的支护体系到达了严格控制周边地面沉降变形的效果。 2.4房屋的保护基坑东侧约500米处有山，地势为东高西低，且东侧为密集民房，距离最近的三角形房屋仅为5.0米。由于东侧有山丘，水头较高，民房正好位于地下水渗流路径上方。如果基坑开挖时有水土流失，势必造成房屋倾斜甚至倾覆。为保护房屋，采取针对性的措施如下：1）在基坑边线与民房之间先行施工一道800500双管旋喷桩防渗隔震墙，隔离围护桩施工孔成孔时震动，同时有效阻隔渗流路径，防止基坑开挖时地下水流失带走泥土引起的沉降；2）基坑支护采用刚度较大的钢筋砼内支撑体系，桩间采用旋喷桩止水；3）在房屋一侧预留袖阀管一排，间距2.0米布置，根据监测沉降结果跟踪注浆，补充房屋下方因失水造成的土层损失。从监测数据分析，至地下部分结构完成施工时，各测点沉降速率变缓，基本趋于稳定。房屋最大沉降量48.7mm，向西倾斜累计位移量94.6mm（从房屋建成起至今的总倾斜量）。3、总结本基坑工程位于密集民房区，基坑的宽度和长度大，属于超大型基坑。工程实践表明：1） 对称、角撑结合的边桁架内支撑体系在环境敏感地区作为超大型基坑的内支撑对控制位移、沉降是有效的；2） 主撑+薄板组成的槽形板