多种支护方式在深基坑中的应用

多种支护方式在深基坑中的应用1.工程概况xx市xx中心工程位于xx市最繁华的商业金融中心xx街上，建设中的xx大街地下通道，将xx广场与xx中心连为一体。该工程建筑面积66516㎡，建筑高度33.0m，采用桩筏基础，框架结构，地下三层，为停车场，地上由东侧酒店式公寓和西侧的商铺两部分组成，酒店式公寓十一层，商铺七层，采用过街楼连为一体。本工程基坑施工具有以下特点：①基坑面积大，基坑南北长约110m，东西长约70-110m，开挖总面积达8000㎡左右；②基坑开挖深度大，基坑底标高-13.7m(自然地坪标高-0.30m)，开挖深度达13.4m，局部达到17.6m；③施工场地狭小，基坑四周紧邻建筑物、城市主干道和地下重要电缆、管线和建筑红线等，如图一所示：图1xx中心基坑平面及临近建筑物关系图基坑东侧：北段距离两幢2-3层住宅楼4.55-9.85m；南段距离3幢2-3层住宅楼6.10-7.55m，住宅楼采用天然地基，埋深约1.5m；基坑南侧：距xx街用地红线约6.20-8.20m，距离路边边线约11.50m;基坑东南角：距离3层楼房约13.0m，距离xx道路边线5.7-6.4m;基坑西侧：距离xx大街（路下埋有路灯电缆、通讯电缆等管线）用地红线7.0m，距道路边线10.0m;基坑北侧：距离xx街用地红线5.10-5.70m。2.工程地质及水位情况2.1地质情况本工程场地位于老城区中心地段，地貌单元隶属太湖冲积平原虞西高亢平原亚区，地貌单一，主要沉积地层为第四系河流冲积的粘（砂）性土层。岩土层自上至下分述如下表：土层分布情况表1层数土质厚度（米）层底标高1杂填土1.40-4.000.43-3.41m2素填土0.50-2.10-0.27--2.12m3粉质粘土3.70-5.80-4.14--3.114粉质粘土夹粉土2.70-4.10-7.52--6.335粉砂4.20-8.80-15.24--11.016粉质粘土1.30-5.70-17.22--15.777粉质粘土4.70-6.90-23.15--21.458粉质粘土夹粉土3.40-5.40-27.57--25.429粉质粘土2.10-5.40-31.60-29.0710粉质粘土夹粉土2.00-5.60-35.80--32.3411粉砂6.00-9.80-42.14--39.8812粉质粘土3.60-8.60-48.55--45.272.2水位情况本工程浅层土中地下水主要为上部填土层中的上层滞水，经勘察其静水位埋深一般在1.00-1.60米，相应静水位标高为2.95-3.83米；第三层粉质粘土，为极微透水层，近似隔水层；第四层粉质粘土夹粉土，为弱透水层；第五层粉砂为弱承压水地层，经观测承压水位埋深7.20-7.60米，相应的承压水位平均标高为-2.66米左右。3.深基坑支护工程施工前，项目部从技术、经济角度对本工程的基坑围护方案进行了充分论证，决定采用组合内支撑的方式对基坑进行支护。图2xx中心基坑施工平面布置图3.1CDEF段支护因为此段紧邻建筑物，采用钻孔灌注桩+三层支撑（一、二层为钢筋砼支撑，三层为钢管支撑）进行支护，并采用旋喷桩作为止水帷幕。该方案的优点是刚度大、位移小，能充分保护邻近建筑物的安全，且通过组合内支撑的形式，能节省投资，缩短施工周期。图3CCDEF段支护结构剖面图3.1.1一、二层支撑一二层支撑为钢筋砼支撑，其中一层支撑梁通过通长的压顶圈梁同砼灌注桩相连，桩体主筋插入圈梁不少于圈梁高度。二层支撑梁通过通长钢筋砼围檩同灌注桩相连接，在每根灌注桩上植入425的钢筋，钢筋伸入灌注桩400，伸入围檩1000，且围檩内预埋25@2000的吊筋，与第一层压顶圈梁相连，增加围檩的稳定性。（如图三所示）3.1.2三层支撑三层支撑为钢管支撑，钢管为610X12和630X12两种，支撑中心标高为-10.2m。钢管通过高强螺栓进行连接，联系杆采用I25工字钢（如图四）。钢管一端通过蒙头板（如图五所示）与钢围檩相抵，另一端采用活络头的形式（如图六所示），并施加不小于900KN的预应力，使钢管与钢围檩顶紧。图4联系拉杆节点图图5蒙头板节点图图6活络头构造图钢围檩为上下两层“H”型钢，规格为H400X400X20X20，每节“H”型钢长6m，上下两层型钢接头相错2m，钢围檩采用托架支撑，钢围檩与砼灌注桩之间留设6cm的通长空隙，其间用C40细石砼填充，保证“H”型钢与围护桩顶紧。当支撑梁与围檩斜交时，钢围檩上应加抗滑块（如图七所示），防止钢围檩滑移。图7抗滑块的设置3.1.3格构柱支撑梁通过钢立柱与底板下的支撑桩连接（如图八所示例）。每根钢立柱采用4根L140X12角钢焊L70X8角钢做成格构柱。格构柱下部与钻孔灌注桩主筋焊接插入钻孔桩2.5m，上部焊425U型筋，锚入第一道支撑梁500，第二道砼支撑梁钢筋穿过格构柱，使支撑梁与格构柱形成一个整体，增加整体刚度。第三道钢管支撑采用包箍的形式，如格构柱两边各有一根钢管，采用如图八所示形式，当格构柱一边有一根钢管一边有两根钢管时，采用如图九所示形式。图8格构式立柱剖面图图93.2FGABC段支护基坑上部（自然地坪至-6.30m）采用土钉墙围护，下部（-6.30m—-13.7m）采用钻孔灌注桩+二层支撑（一层钢筋砼支撑，二层钢管支撑）的形式进行支护（基坑AA,圆弧段为了增加基坑支护的刚度和稳定性，一、二层支撑全部采用钢筋砼支撑）。该方案充分利用该处场地上部土质好的特点，通过土钉墙和钻孔灌注桩的组合，大大节省了工程造价。上部通过土钉与土体形成复合体，提高边坡的整体稳定性。在基坑下部土压力较大的部位，充分利用了钻孔灌注桩和内支撑整体刚度好的特点，保证了下层土体的整体稳定性。二层内支撑采用型钢支撑，能有效的缩短工期，降低工程成本。图10FGABC段支护结构剖面图在-0.30m（自然地坪）—-6.30m标高之间采用土钉墙围护，边坡坡度1：0.2，坡面挂6.5@200双向钢筋网，喷100厚C20细石砼。如图十所示。FGABC段砼支撑和钢支撑结构形式与CDEF段相同。格构柱的结构形式与CDEF段相同。4.土方开挖4.1挖土层次遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，根据支撑体系的情况，CDEF段分四层开挖，FGABC段分三层开挖（如图十一所示），每一层挖至支撑梁底标高，支模浇筑砼，待砼强度达到设计强度后，开挖下一层土方，最下一层土预留200mm人工开挖。图11土方开挖分层示意图4.2挖土区域划分和顺序根据基础大底板后浇带的分部情况，将基坑分成四个区域，每层土的开挖顺序为先南、北两边，后中间，并大体上由东向西退挖，最后在D区域中部收头。图12基坑挖土施工段划分平面图4.3便道的设置便道是外运土方的唯一通道，事关土方能否顺利外运，按照施工方便、翻土量最少及汽车爬坡最小的角度考虑，施工便道从xx大街入口，东西走向穿越D区延伸至A区，并分道至B、C区域，施工便道坡度控制在15%左右，坡道宽度为8m。如图十三所示，利用此施工便道完成-11.0图13-11.0m以上土方外运施工便道设置最下一层为钢管支撑，开挖最后一层土方时，施工机械无法在钢管支撑梁上挖运，且钢管支撑与混凝土支撑之间间距较小，无法满足施工机械高度的要求。故在完成-11.0m以上土方开挖后，在D区域做一会车平台，标高为-6.0m，支撑梁下的土方用小型挖机掏挖，并通过挖机接力的形式，将土挖运到会车平台上并外运。由于坡道和会车平台紧临C区域的钢管对撑，为方便C区域对撑和斜撑之间土方挖运，会车平台向C区域延伸穿过钢管对撑，并对C区域的钢管对撑进行保护。如图所示：图14会车平台图15钢管支撑梁保护剖面图坡道出入口段紧临支撑，坡道两边无法自然放坡，需对坡道出入口两侧进行加固处理：①利用原有土方的高度，用挖机锤击12m长的20#工字钢对坡道两侧进行对称加固，确保工字钢入土深度不小于3.0m；②挖机挖除工字钢之间的土方；③工字钢内侧采用3mm铁板封闭（留泄水孔），工字钢采用18@2000钢筋对拉，连续设置；④回填土方，并分层压实；⑤工字钢顶部用槽钢设置连系梁；⑥回填土两边用沙袋砌成挡土墙，回土与自然地坪接平。坡道加固如图所示：图16坡道加固图5.基坑降水5.1CDE段1、该工程CDE段紧邻建筑物，为保护周围建筑物，采用连续的旋喷桩作为止水帷幕，旋喷桩1000@700。因为第三层粉质粘土，为极微透水层，近似隔水层，第四层粉质粘土加粉土，为弱透水层，第五层粉砂为弱承压水地层，经下套管隔水停钻观测承压水位埋深7.20-7.60m，故只对第五层进行封闭，即旋喷桩施工段为-18.3m—-10.3m。如图二、图三所示。5.2EFGABC段其它段未设止水桩，坑外采用管井降水，坑内采用管井疏干。坑内井18口，直径400mm，井深16m，光管4m,其余为滤管，间距约20m左右；坑外井26口，直径400mm，井深16m，光管4m，其余为滤管，间距约10m左右。图17管井平面布置图5.3电梯井部位电梯井部位最深处需开挖到-17.6m,在-13.7m基础上单独增加轻型井点进行强降水，使土方能顺利进行。6.基坑监测基坑开挖和地下室施工将会对周边建筑物、道路和地下管线等产生一定的影响，稍有疏忽或出现问题，将带来较大的经济损失、人身安全和社会影响。为了切实保证基坑及周围建筑物、道路和地下管线的安全，及时跟踪掌握在基坑开挖和地下室施工过程中可能出现的各种不利现象，需对基坑进行了监测，6.1监测内容：6.1.1支护结构本身的水平位移监测：沿圈梁顶每隔15.0米左右设置一个水平位移观测点，共布设20个水平位移观测点，监测点编号为D1～D20；在开挖过程中，又在坡顶增加了11个水平位移观测点，监测点编号为D10′～D20′。监测随着基坑开挖的不断加深和地下室施工的进行，支护结构体水平位移的大小及变化发展情况。6.1.2临近基坑西侧、北侧和南侧的道路每隔15.0～20.0米设一个沉降观测点，共设置18个沉降观测点；在xx街、xx街布设三个监测断面，每个断面各布置3个沉降观测点，各点间距9.0米左右，共布设27个沉降观测点，监测点编号为R1～R27。监测随着基坑开挖的不断加深和地下室施工的进行，基坑周边道路、地下管线沉降的大小及变化发展情况。在基坑周边建筑物上每栋各布设6～8个沉降变形观测点，基坑东侧建筑物上共布设19个沉降变形观测点，基坑北侧建筑物上共布设8个沉降变形观测点，共布设27个沉降变形观测点，监测点编号为H1～H27。监测随着基坑开挖的不断加深和地下室施工的进行，基坑东侧建筑物沉降的大小及变化发展情况。6.1.3掌握由于基坑开挖，坑内大量土体卸荷后支撑立柱桩可能出现的沉降或隆起，为支护体系的安全性分析提供可供参考的有益信息。在基坑内支撑立柱桩顶间隔布设沉/隆监测点，共布设29个立柱沉/隆观测点，监测点编号为LZ1～LZ29。6.1.4用测斜仪通过测量预先埋置于支护结构或土体中的特别套管的变形，从而获得基坑支护结构体及外侧土体在不同深度的各点随着基坑开挖深度的不断加深向基坑内不同深度的水平位移发展变化情况。根据基坑开挖的深度、支护结构的特点和周边环境条件，在基坑支护结构体中共埋设了9个深层位移监测孔，监测点编号为CX1～CX9。测斜管长与所在位置的支护桩长相同，累计测斜管总长176.0米，在孔深范围内每隔0.5米为一测点。6.1.5为了及时掌握在基坑土方开挖和地下室施工的各个工况阶段，钢筋混凝土支撑和钢管支撑的受力及其变化情况，在第二道、第三道的钢筋混凝土支撑上选择了7个支撑断面进行支撑轴力的监测，监测点编号为1-1′～6-6′、11-11′；在第三道的钢支撑上选择了5个支撑钢管断面进行支撑轴力的监测，监测点编号为7-7′～10-10′、12-12′。监测随着基坑开挖的不断加深和地下室施工的进行，钢筋混凝土支撑及钢管受力的变化发展情况。6.1.6在基坑支护结构外侧布设12口水位观测井作为地下水位监测孔，监测点编号为SW1～SW12。观测井深18.0米，累计观测井总长216.0米。监测随着基坑内外降水、土方开挖的不断加深和地下室施工的进行，基坑外地下水位的变化发展情况。监测点布置图如下：图18基坑监测点平面布置图6.2监测成果：详见附表1-76.3分析与结论6.3.1分析xx中心基坑开挖安全监测水平位移观测结果汇总表（附表1）可以看出：基坑北侧支护桩顶水平位移监测点D2累计位移量最大值为5.4mm，远小于0.5%H(H为开挖深度，按13.4m计算)的支护结构变形控制标准，未超出报警值，其它点的累计水平位移量均小于5.4mm；基坑坡顶的水平位移监测点D11′累计位移量最大值为8.6mm，分析原因为该点位于东南部东侧坡顶，此处长期堆放大量钢筋和外部下水管道漏水，导致此处变形最大，但其值仍远小于0.5%H的支护结构变形控制标准，未超出报警值，其它坡顶点的累计水平位移量均小于8.6mm，说明支护结构在基坑土方开挖与地下室施工过程中，有效抑制了外侧土体的变形。6.3.2分析xx中心基坑开挖安全监测沉降观测结果汇总表（附表2、3）可以看出：建筑物沉降监测点H21、H22累计沉降量最大，为1.6mm，小于15mm的累计沉降量的报警值；道路沉降监测点R21、R22累计沉降量最大，为7.1mm，小于15mm的累计沉降量的报警值。基坑土方开挖初期北侧xx街道路出现了裂缝并坍塌，后证实原因为给水管漏水引起。从观测数据和现场实际情况来看，基坑的开挖没有对周边建筑物和道路产生破坏性的影响。6.3.3分析xx中心基坑开挖安全监测立柱桩的沉／隆观测结果汇总表（附表4）可以看出：立柱桩沉/隆量最大点为LZ15，其值为5.1mm（下沉）。总的变化量来看，立柱桩在土方和结构施工中是稳固可靠的。6.3.4地下水位变化分析由于本基坑采用的是半封闭半大降水的支护形式，除SW4、SW5、SW6外，其余水位观测井均处在基坑内外大降水的位置。分析xx中心基坑开挖安全监测地下水位观测结果汇总表（附表5）可以看出：变化最大点是SW5，其值曾一度达到-4.5m，但至2006年9月22日，SW5水位有所上升，变化量为-0.95m（该值为最后一期水位测深与初始值比较的结果）。6.3.5分析xx中心基坑开挖安全监测钢筋混凝土支撑的支撑轴力观测结果汇总表（附表6）可以看出：钢筋混凝土支撑轴力最大值3-3′，为1340.8KN，远小于设计值的80%的报警值（2527.2KN）。钢管支撑轴力最大值12-12′，为977.6KN，远小于设计值的80%的报警值（1335.6KN）。6.3.6分析xx中心基坑开挖安全监测深层位移观测结果汇总表（附表7）可以看出：深层位移观测点最大值出现在CX3测点10.0～10.5m深度处，其值为15.90mm。此观测点位于东侧中部，处在设计电梯井部位，开挖深度达16.5m，而本段6.3.7根据各项监测数据，可以得出：xx中心深基坑支护结构在运行过程中，有效的抑制了外侧土体的变形，对周边建筑物和道路没有产生不利影响，有效保障了基坑和周边建筑物、道路的安全与稳定。七、施工体会7.1本工程基础自xx年11月开始施工至xx年8月基础土方全部回填完毕，历时十个月。通过本工程的施工实践，证明本基坑的支护方案是完全可行的，通过该基坑的施工初步尝试到了组合式支护结构体系的优越性，它在施工场地狭窄的情况下，充分利用了土钉墙施工简便，成本较低的特点，又在基坑较深的部位充分利用了砼支撑刚度好、位移小和钢管支撑施工速度快、经济的特点，有效地降低了工程造价，缩短了工期，取得了较为显著的成效。7.2基坑设计和施工方案经过专家组的多次论证，通过认真听取专家们的意见，修改并完善了设计和施工方案。由此可见，广泛征集专家们的意见对工程的顺利施工起到了重要作用。7.3考虑到基坑施工所面临的难题，在基坑支护的设计和施工方案中都预先做好了相应的技术措施。对于周围道路和建筑物的保护工作是重中之重，先后在挖土顺序、支撑形成、支撑拆除等方面都进行了慎重考虑。结合监测数据，加强对周围道路、建筑物的沉降监测。7.4土方开挖和支撑形成必须紧密交替进行，这对于基坑稳定和周边环境安全有着很重要的影响。采取合理的挖土方案，严格按照分层、分区的程序实施挖土，及时形成支撑，做到土方随挖完，随支撑，无支撑土体的暴露时间尽量缩短。在每块区域的最后一层土体开挖完成后，为了减少坑底土体位移及破坏原状土，须立即施工砼垫层和基础底板，以在坑底形成坚固的支撑体系。7.5信息化施工起到了重要作用。监测系统及时提供了大量的详实数据，经过整理分析形成曲线图，一旦发现异常情况及时采取有效的应对措施，从而确保了基坑施工安全。水平位移观测结果汇总表附表1观测点名累计位移量（mm）观测日期备注D14.9“+”号为向基坑内位移“－”号为向基坑外位移D25.4D35.3D44.6D54.2D64.8D74.5D84.2D94.3D105.0D114.8D124.3D134.5D144.3D153.0D164.5D174.8D180.9D195.2D204.6D10'8.0D11'8.6D12'7.2D13'7.7D14'6.2D15'5.2D16'5.9D17'6.2D18'4.8D19'4.9D20'4.9注：以上数据由xx岩土工程技术有限公司提供周边建筑物沉降观测结果汇总表附表2观测点名累计沉降量（mm）观测日期备注H10.3“+”号为沉降“－”号为隆起H20.5H30.7H40.9H50.8H60.9H71.0H80.8H91.1H101.3H110.8H120.5H130.8H141.0H151.4H161.3H171.2H181.3H191.3H201.5H211.6H221.6H231.3H241.0H250.9H260.7注：以上数据由xx岩土工程技术有限公司提供周边道路及地下管线沉降观测结果汇总表附表3观测点名累计沉降量(mm)观测日期备注R11.2“+”号为沉降“－”号为隆起R22.3R32.5R42.2R51.8R62.0R72.1R83.5去除砼搅拌车造成塌陷的影响R93.6R103.7R114.1R124.6R134.2R142.7R152.2R161.9R171.9R181.2R192.9R204.7R217.1R227.1R235.0R243.5注：以上数据由xx岩土工程技术有限公司提供立柱沉隆观测结果汇总表附表4观测点名累计沉降量（mm）观测日期备注LZ12.6“+”号为沉降“－”号为隆起LZ22.5LZ32.6LZ41.0LZ52.8LZ61.6LZ7