高層建筑基坑支護工程結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工

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　　1、工程概況

　　湖南長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327m，如圖1所示。

　　根據(jù)該工程地塊地質(zhì)勘察報告，對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設(shè)計的主要物理學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1.根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，對表中C、φ值作了調(diào)整。

　　2、基坑支護方案的選擇

　　根據(jù)本工程上述特點，結(jié)合基坑周邊的環(huán)境和相同基坑開挖工程的實踐經(jīng)驗，我們在設(shè)計方案中考慮幾種方案：

　　2.1采用復(fù)合土釘墻支護的圍護方案。這是比較經(jīng)濟的方案，但是本工程現(xiàn)場地面2m以下為厚層淤泥黏土，且本工程挖深度（6.85m）相對較深，所以周邊環(huán)境采用該方案的圍護必須比常規(guī)的要加強。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)計不考慮該方案。

　　2.2采用鉆孔樁支護加內(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工法的圍護方案，有以下特點：

　　①能同時擋土和止水，占用施工場地小：

　?、谑┕に俣容^快：

　　③無振動、無噪聲、無泥漿污染；

　?、苄弯摽砂纬龌厥赵儆谩?/p>

　　為此，我們對方案①和方案③均進行設(shè)計計算，對綜合經(jīng)濟、工期與社會效益做了對比，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，符合國家倡導(dǎo)的節(jié)能、環(huán)保要求，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益，因此我們選用SMW工法的圍護方案。

　　3、SMW工法連續(xù)墻的工作原理和基坑支護設(shè)計

　　本基坑支護設(shè)計主要采用了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的一種施工方法，該法通過特殊的多軸深層攪拌機在施工現(xiàn)場按設(shè)計深度將土體切散，同時從其鉆頭前端將水泥漿強化劑注入土體，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，在地下形成一個抗?jié)B性好、剛度大，同時又由于H型鋼的強度，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)濟合理地利用了深層攪拌樁和H型鋼的優(yōu)點，同時拔出回收H型鋼又可帶來巨大的效益，所以具有構(gòu)造簡單、止水性能好、工期短、造價低、環(huán)境污染小等優(yōu)點。

　　該基坑工程支撐面標(biāo)高為-0.300m。自然地面標(biāo)高為-0.500m。自然地面至支護鋼管支撐梁頂面的深度2.500m，支護立樁樁采用樁徑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，強度等級為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本工程基坑支護設(shè)計方案中考慮按后澆帶進行了分段施工，由西向東分為1～8軸、8～16軸、16～22軸三個施工段，出土由東側(cè)坡進行；3.500m以上土方開挖，先開挖掉有支撐梁部的土方，再進行混凝土壓頂梁和鋼管支撐梁施工。

　?、俜侄巍⒎謱娱_挖土方至四周壓頂梁底標(biāo)高-3.500m處，作好60厚C15混凝土護坡。

　　②按照壓頂梁位置進行模板、鋼筋施工，澆筑壓頂梁混凝土。

　?、郛?dāng)壓頂梁混凝土達到設(shè)計要求的80％，進行下道工序施工。

　?、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，開挖時應(yīng)設(shè)標(biāo)高控制點，盡量把挖深標(biāo)高控制準(zhǔn)確。開挖時可根據(jù)場地土質(zhì)情況采取1：1放坡。

　　4.3-3.500m以上的土方開挖，應(yīng)采取保護鋼管支撐梁的措施，嚴禁挖土機和運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。地下室項板澆筑完畢，拆除基坑支撐梁進行了防水驗收和外襯護墻回土填后，方可拆除SMW支護體中的H型鋼。

　　5、基坑支護施工技術(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→施工混凝土護坡→分段澆筑壓頂混凝土→養(yǎng)護→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，在邊線的控制點用4×4角鋼作好標(biāo)志。并按照設(shè)計要求做好監(jiān)測點的埋設(shè)和開挖前的初始值測讀。

　　5.2.2SMW工法施工：該工法因為具有速度快和占用施工場地小的特點。為加快圍攻護進度與保證質(zhì)量，工法樁以11軸為分區(qū)線。配合壓頂梁及護坡施工，分為兩段。從A11軸順時針方向進行施工，工法樁控制好鉆具下沉及提升速度，同時要求樁位偏差值在30mm以內(nèi)，垂直度偏差不大于1％，在攪拌成樁時，下行鉆進時灌入70％～80％的水泥漿，其余在鉆上升時灌入。

　　5.2.3-3.500m壓頂梁處土方開挖：根據(jù)SMW工法樁的進度，當(dāng)完成11軸線以西，開始該壓頂梁處地槽土方開挖（圖3），開挖時按著梁的灰線進行開挖，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，人工修整好土方后進行了護坡鋼筋網(wǎng)綁扎，隨后進行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)計及規(guī)范要求，鋼管支撐梁預(yù)賣件留設(shè)位置，按照圖紙要求引測至頂梁上，保證平面幾何尺寸，加強測量復(fù)核工作。

　?、跐沧⒒炷翂喉斄簳r先檢查鋼筋橫板梁面尺寸是否符合規(guī)范及設(shè)計要求。混凝土采用C25商品混凝土摻入早強劑，按順序澆搗。

　　③養(yǎng)護混凝土澆筑完終凝后即可進行澆水養(yǎng)護，混凝土強度要達到設(shè)計值?；炷翉姸纫酝瑮l件養(yǎng)護下的試塊試壓結(jié)果為判斷依據(jù)。

　　5.2.5鋼管支撐梁施工：待壓頂梁強度達到設(shè)計要求的80％進行鋼管支撐梁施工，在鋼管支撐梁位置進行溝槽開挖，土方開挖按組織方案施工，進行鋼管支撐梁定位、焊接。為使鋼管支撐梁安裝后保持整個支撐成為不變體系，根據(jù)軸力值在施焊前進行焊接試拉。焊縫應(yīng)四周滿焊，鋼管支撐梁全部安裝完畢后，對壓頂梁進行了保護，運輸?shù)缆吩倩靥?，以保證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施工段。

　　5.2.7鋼管支撐在地下室墻板混凝土達到設(shè)計強度的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合格后，拔除SMW工法的型鋼。型鋼拔除采用專業(yè)機具進行，拔除過程中應(yīng)避免碰撞地下室結(jié)構(gòu)。同時，對于在周邊人員的安全和結(jié)構(gòu)等要有專人負責(zé)指揮。

　　6、基坑施工監(jiān)測情況

　　6.1監(jiān)測內(nèi)容

　　根據(jù)本工程基坑開挖深度、環(huán)境特點、地基土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和圍護設(shè)計方案要求，監(jiān)測內(nèi)容如下：

　　6.1.1深層土體水平位移觀測：在基坑靠近圍護結(jié)構(gòu)的位置共設(shè)置11個深層土體水平位移監(jiān)測孔，測斜孔深度為15m：

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

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

　　6.2監(jiān)測工期頻率及警戒值

　　6.2.1監(jiān)測工期：從開挖前一周進場埋設(shè)測點，至斜拋撐拆除且監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定或結(jié)構(gòu)做到±0，00。

　　6.2.2監(jiān)測頻率：按圍護設(shè)計方案，根據(jù)挖土的進展速度及基坑的變形情況來定?；娱_挖階段每天監(jiān)測一次，在基坑開挖接近坑底時如遇超警戒值或變化速度較快的異常情況應(yīng)增加觀測次數(shù)，必要時每天兩次或更多。拆撐期間加密監(jiān)測頻率。

　　6.2.3監(jiān)測警戒值：土體監(jiān)測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)測發(fā)現(xiàn)：水平位移隨著挖土施工進度增長較快，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量值為10mm，水平位移總量超過設(shè)計警戒值，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)測一直相對穩(wěn)定，未超過設(shè)計值的要求。

　　7、結(jié)語

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