紧临天然地基高层建筑的深基坑支护

紧临天然地基高层建筑的深基坑支护王文斌湖北省地矿建设工程院，湖北武汉430072摘要二层地下室的深基坑周边紧临天然地基的筏板基础的高层建筑，且高层建筑的筏板基础处于开挖基坑底面以上，深基坑开挖严重危及高层建筑的安全，同时，高层建筑重荷载对基坑支护结构的作用也严重影响深基坑支护结构的稳定，稍有不慎，后果非常严重。本工程采用钻孔灌注桩排桩挡墙和混凝土梁内水平支撑结构的支护体系，对临近的高层建筑基本没有影响，支护结构本身也非常稳定，基坑开挖工程取得圆满成功。关键词基坑支护内支撑中图分类号TU7538筏板基础施工文献标识码B监测位移文章编号16711211201302015606建筑000标高为2542M，基坑底面相对标高为111116M。基坑开挖深度拟建住宅楼西边105M紧临现住宅楼东边，北侧与万达地产地块基坑相通，东边97M，南边96M紧临现商务办公楼北边拟建信息综合楼东边104M临现商务办公楼西边，南边101M临白鹭街，西边112M临万达地产临建区，北边103M紧临现住宅楼南边。平面布置如图1所示。基坑周边临近两栋高层，场区东南角为21层的商务办公楼，场西北角为15层的住宅楼，均设有一层地下室，亦呈对角分布，均为天然地基的筏板基础。15层的住宅楼筏板底相对标高640M，高出拟开挖基坑底面57M，东与新建住宅楼基坑相邻，距离16M南面地下室入库车道边墙与新建信息综合楼基坑相邻，支护结构可占用入库车道，其地下室外墙与支护结构相距30M。21层的商务办公楼筏板底相对标高605M，高出拟开挖基坑底面405M，其北为2层裙楼及一层地下室与新建住宅楼基坑相邻，地下室外墙与支护结构相距11M其西为3层裙楼及一层地下室与新建住宅楼基坑相邻，地下室外墙与支护结构相距13M。拟建的信息综合楼基坑南边紧临市区交通干道白鹭街，需要对其进行重点保护，且无放坡条件。拟建住宅楼的北边与万达公司开发地块相邻，相邻地块已进行基坑开挖，开挖深度与本基坑相近，故不需要采用支护结构。本工程设计了地暖式地温空调，基坑开挖后要在基坑内施工安装地温空调的钻孔，因此基坑的放置时间较长，基坑支护设计需要考虑较长的使用期限。引言某基坑位于武汉市武昌水果湖白鹭街，开挖深度达105M，地貌单元为长江三级阶地，属剥蚀堆积低垄岗地段，地质条件较好，无地下水影响。但基坑临边有二栋高层，该两栋高层均设有一层地下室，其基础均为天然地基的筏板基础，筏板基础板底埋深约为6165M，高于开挖基坑的底面，基础与支护结构的最近距离10M，因此，高层建筑重荷载对基坑支护结构的作用较大，严重影响基坑支护结构的安全。同时，基坑的开挖和支护结构的变形，也严重危及临近高层建筑的安全。基坑开挖工程的成功关键就是保证周边的两栋高层不发生导致结构性破坏的沉降。本工程采用钻孔灌注桩排桩挡墙和混凝土梁内水平支撑结构的支护体系，通过精心组织、精心设计和精心施工，本工程基坑开挖对临近的高层建筑基本没有影响，支护结构本身也非常稳定，基坑开挖工程取得了圆满成功。0工程概况如图1所示，本工程由一栋住宅还建楼22层和一栋信息综合楼组成20层，设二层地下室。住宅还建楼位于场区东北角，信息综合楼位于场区西南角，平面上呈对角的两个“口”型分布。住宅还建楼地下室平面基本呈长方形，地下室东西长约585M，南北宽约397M信息综合楼地下室近正方形，南北长约668M，东西宽约603M，两者呈对角相通。基坑支护上口面积8100M2，开挖面积约66955M2。设计1收稿日期20121207改回日期20130116作者简介王文斌1970，男，高级工程师，水文地质与工程地质专业，从事基础工程管理工作。EMAILHBCPWWB163COM157第2期王文斌紧临天然地基高层建筑的深基坑支护图1基坑支护工程平面布置图FIG1PLANEARRANGEMENTCHARTOFFOUNDATIONPITSUPPORTINGPROJECT综上所述，本基坑开挖工程相当复杂，在确保基坑稳定的前提下，要重点保护临近二栋高层的安全，其基础沉降量和倾斜度不得超过规范要求1，同时还应保证白鹭街的交通安全。量的腐殖质。该层局部分布，顶板埋深140310M，厚度270410M。层粘土QALPL褐黄色、褐灰色，硬塑，含313少量铁锰质氧化物，土质较均匀，切面较光滑，干强度较高，韧性中等。该层在场区均有分布，仅局部地段缺失。顶板埋深680550M，厚度420980M。工程地质和水文地质条件在勘察深度5150M范围内，主要依据各岩土层的物理力学性质，结合地层沉积时代、成因及静力触探PSH曲线特征，将场地土划分为五个层组共九个亚层。第1层组为杂填土QML，第2层组为第四系2层粘土QALPL褐黄色、褐色，硬塑，含较323多铁锰质氧化物及结核，土质较均匀，切面光滑，干强度高，韧性中等。该层全场区均有分布，顶板埋深6501250M，厚度7001170M。全新统冲积粘性土QAL，第3层组为第四系上更新层粘土QALPL黄褐色，可塑，含较少铁32A4统冲洪积粘性土和卵砾石混粘性土层QALPL，第43锰质氧化物，局部含灰白色团块状高岭土，土质不均匀，切面较光滑，干强度高，韧性高。该层为32相对软弱透镜体，在局部地段均有分布。3层组为志留系S泥岩，与基坑开挖有关的各岩土层具体特征分述如下1层杂填土QML杂色，湿，松散，主要由粘性土组成，混少量建筑垃圾，该层部分地段K10号孔处，在其底部混淤泥质土，结构松散，土质不均。全场区均有分布，厚度100500M。33层粉质粘土QALPL褐黄色、黄褐色、棕黄3色，硬塑，含铁锰质氧化物及结核团粒，局部含灰白色团块状高岭土，土质较均匀，切面较光滑，干强度高，韧性高。层间夹少量粉砂、粉土，显薄层状。该层分布全场层粉质粘土QAL灰色、褐灰色，可塑，含较少2区，顶板埋深18202120M，厚度7001600M。4158资源环境与工程2013年层粉质粘土QALPL褐黄色、黄褐色，可33A3基坑支护设计方案基坑设计参数及周边荷载取值基坑设计参数见表1。对于临15层住宅楼，建筑荷载按18KPA/层取，总331塑，含少量铁锰质结核，局部含灰白色高岭土，土质不均匀，切面光滑，干强度，韧性高。该层为33层相对软弱透镜体，在局部地段均有分布。34卵砾石混粉质粘土QELDL黄色、浅黄色，3中密，砾石主要成份为石英砂岩、燧石等，次棱角状，一般粒径25CM，最大达15CM，含量4070，分选性差，砾石呈不规则分布，局部富集，其间充填粘性土及少许粉砂，该层厚度较大，分布于整个场区，土层顶板埋深27503420M，厚度7301280M。拟建场区位于垄岗地区，地下水类型主要为上层滞水和基岩裂隙水两类。上层滞水赋存于场地人工填土层中，主要接受大气降水和地表水补给对基础施工影响较小，浅基开挖时采用明沟集水抽排即可。2和3层粘性土属不含水、微透水层。少量的基岩裂隙水赋存于志留系S泥岩中，水量甚微。场区地下水对混凝土及钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性。典型的地质剖面如图2所示。附加荷载为270KPA。对于临21层商务楼，临地上3层和地下一层，裙楼范围取附加荷载72KPA，作用宽度按裙楼宽度1505M计，临21层主楼部分附加荷载取396KPA，按无限均布荷载考虑。表1基坑设计参数取值表VALUETABLEOFPARAMETERSOFFOUNDATIONPITDESIGNTABLE1天然重度/KNM3土层名称及编号粘聚力C/KPA内摩擦角/FAK/KPA杂填土粉质粘土1粘土2粘土2A粘土3粉质粘土1852004018925013016519933014023519935016035019728013018519938016538032基坑支护方案本基坑工程因西北角和东南角与现有高层地下室相邻，现有高层的荷载产生的水平力对基坑支护结构的影响大，如果采用悬臂桩，桩顶位移过大，势必影响现有高层建筑的安全。因临近高层设有一层地下室，不可能采用桩锚结构。综合经济技术因素考虑，采用钻孔灌注桩排桩挡墙加内水平支撑支护结构比较合适。采用排桩加内支撑结构仍有一个水平支撑力不平衡的问题，与现有高层建筑相邻段支护结构上部为已建地下室外墙，提供的水平支撑力过小，无法平衡由对面全部为土压力产生的水平支撑力，这种不平等有可能造成已建地下室外墙的破坏。为了解决水平支撑力不平衡且有可能造成现有地下室外墙的破坏问题，设计采用托换技术进行处理。即在支护排桩完成后和施工水平内支撑之前，采用分段跳段掏挖的形式掏开现有地下室外墙与支护排桩间的土体，挖至现有高层建筑的筏板底面，再在筏板和排桩间填筑混凝土，再回填覆盖土层，这样，排桩上的水平支撑力通过回填的混凝土传递到现有高层建筑的筏板上，起到减少水平支撑力对现有地下室外墙的影响。本工程钻孔灌注桩排桩的布置，根据与周边环境条件的不同，桩顶桩高亦置于不同位置。拟建住宅楼图2典型的地质剖面FIG2TYPICALGEOLOGICALSECTION159第2期王文斌紧临天然地基高层建筑的深基坑支护西边因紧临现住宅楼东边，虽然用托换技术解决了力的传递问题，但如果将桩顶置于地表，则支护桩的上段与原地下室筏板间形成了悬臂，在水平支撑力的作用下会产生较大的位移变形，对原地下室外墙有较大的挤压破坏作用，为此，将桩顶置于地面以下29M相对标高390M，此段钻孔灌注桩桩径1000，桩间距12M，桩长215M东边设有一化粪池需要保护，为了便于水平支撑的布置，桩顶标高与西边相同，此段钻孔灌注桩桩径800，桩间距11M，桩长13M，化粪池处亦采用托换技术进行处理南边紧临现商务办公楼北边，因同样考虑水平推力对现有地下室外墙的影响，桩顶标高同样设在390M处，此段钻孔灌注桩桩径800，桩间距11M，桩长13M。拟建信息综合楼东边临现商务办公楼西边，因同样考虑水平推力对现有地下室外墙的影响，桩顶标高同样设在390M处，此段钻孔灌注桩桩径900，桩间距12M，桩长165M南边紧临白鹭街，且无放坡条件，桩顶标高提升至10M处，起挡土作用，此段钻孔灌注桩桩径1000，桩间距13M，桩长21M西边临万达地产临建区，桩的布置与南边相同北边紧临现住宅楼南边，为减少桩的悬臂作用，将顶标高置于390M处，此段钻孔灌注桩桩径1000，桩间距13M，桩长19M。桩顶均设冠梁，冠梁截面为1200800宽高。本工程采用钢筋混凝土水平内支撑结构，以角撑为主，拟建住宅楼基坑因其北边与万达地产基坑相通而不设挡墙，采用了对顶撑结构。混凝土内支撑杆件根据受力情况采用4种截面800MM800MM、600MM800MM、600MM600MM、400MM600MM，主支撑梁的最大间距达109M，辅助支撑梁最大间距达13M。水平内支撑杆件顶面置于390M处，大部分布置在冠梁上，但信息综合楼的南面临白鹭街和西面临万达地产临建区的桩项冠梁提升置于10M处，设置腰梁布置内支撑，腰梁顶面标高390M，腰梁截面为1200800宽高。支撑立柱布置在水平支撑的节点处，上段由4根L12512型钢焊接而成，两约束点间最大高度净间距85M。支撑立柱的下部为800的钻孔灌注桩，桩长13M。排桩与现有高层建筑地下室间的处理结构剖面如图3所示。桩顶提升至地表设置腰梁的结构剖面如图4所示。图3现有高层建筑地下室与支护排桩间的处理剖面图FIG3PROCESSINGPROFILEOFHIGHRISEBUILDINGBASEMENTANDSUPPORTPILES160资源环境与工程2013年是由对边的水平内支撑力造成桩顶外倾。在内支撑梁上共布置了9个应力监测点，其监测结果如表2所示。从表2看出，除Z3和Z4外，实测值约占设计值的10，总体是实测值小于设计值，依监测数据判断理论计算的土压力比实际大得多，实际值约为理论值的1/10。为了观测周边建筑物的沉降，共布置21个沉降监测点，最大沉降量仅06MM，可以说明基坑开挖对周边两栋高层基本没有影响。为了掌握支护桩的变形情况，共布置了4个深层水平位移观测孔，即CX01CX04，其中CX01深层水平位移观测孔顶部位移较大，为1357MM，其沿深度方向的水平位移如图5所示，所有4个孔的深层水平位移曲线基本类似，在坑底处位移约3MM，基坑顶部水平1114MM，此位移量对基坑周边建筑基本无影响。图4桩顶提升至地表设置腰梁结构剖面FIG4STRUCTURALPROFILEOFMIDDLEBEAM4工程效果本工程施工期间由专业公司进行了系统的基坑监测，监测工作包括支护结构的顶部位移和沉降、内支撑杆件轴力、基坑深层水平位移及周边建筑的沉降，监测平面布置图如图1所示。在基坑周边布置了19个水平和垂直位移监测点，监测结果显示，最大变形点为G1点，水平位移135MM，该点处于15层住宅楼的地下车库的入口车道上，该处围护桩顶部外侧为悬空状，因监测的位移未注明方向，初步判断可能是基坑西侧的土压力过大使围护桩外倾而发生位移。水平位移超过10MM共有9个点，分别是G1、G2、G3、G4、G5、G11、G12、G17、G18等，其中G17和G18位于基坑西侧边，应为主动土压力造成的内倾，其他点与G1点相同，都是桩顶外侧悬空，有可能图5CX01观测点深层水平位移曲线FIG5HORIZONTALDISPLACEMENTCURVEOFCX01OBSERVATIONPOINT表2内支撑轴力监测结果表TABLE2MONITORINGRESULTSOFINNERSUPPORTAXLEFORCE测点Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9实测值/KN设计值/KN实测值占设计值比/1909174520861938188616651625153814262066924262266627376416942793265671013421241233069725656001779802161第2期王文斌紧临天然地基高层建筑的深基坑支护根据监测结果和工程实际情况，本基坑工程开挖对周边高层建筑未造成任何影响，基坑开挖工程取得圆满成功。要大量的数据才能证明。结语通过本基坑工程的实践证明，对于紧临天然地基筏板基础高层建筑的深基坑支护工程，控制支护结构的水平位移是第一要务，相关规范要求一级基坑不得超过40MM2，实际设计过程中应控制不应超过20MM，并且，采用钢筋混凝土内水平支撑结构可达到减少桩顶位移变形的目的。另外，对于临近建筑含有地下室的情况，要慎重考虑水平支撑力不对称的问题，同时减少支撑结构对已有地下室外墙的挤压破坏作用，比较有效的办法是增加支护挡墙的厚度或桩径，还应注意挡墙的配筋问题。对于此类工程，特别是需要增加使用期限的临时性支护结构，在设计上宜适当提高安全度，确保支护结构和周边建筑物的安全。基坑支护设计是一项复杂而又严谨的工作，稍有疏忽就有可能造成严重影响，每一个步骤，每一个细节都要做到细致认真，都要做到有凭有据。6经验总结1本工程取得圆满成功，未对周边高层建筑造成任何影响，说明基坑支护方案是正确合理的。52在方案咨询过程中，专家对信息综合楼基坑南侧和西侧主动土压力过大，东侧和北侧桩顶悬空，内支撑力不能得到有效的平衡，可能对临近的已建地下室外墙造成影响，实际的确如专家所预计，但根据内支撑力监测结果，内支撑力远小于设计值，内支撑体系没有对已建地下室外墙造成影响。但这种影响确实存在，应在今后的基坑支护设计中加以注意。3对于周边有地下室的建筑，为了减少内水平支撑支护结构对原有地下室外墙的影响，采用托换技术是切实可行的。4在部分地段没有放坡的条件下，可以将支护桩顶提升，利用腰梁设置内支撑，此种腰梁的设置方法方便可行。致谢监测资料由武汉九方工程技术有限公司提供，在此谨致衷心感谢5采用钢筋混凝土内水平支撑结构达到了控制桩顶位移变形的目的。为了控制桩顶位移变形采用钢筋混凝土内水平支撑结构比