基坑支护设计

基坑支护设计邵小江eeeeceeeeececcecceeccccceee(太原铁路工程总公司)eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee[摘要]由于周边环境和地质条件复杂,有必要在深基坑支护设计中,将支护、止水、地基加固、土方开挖诸问题,加以综合考虑,以确保施工安全、经济合理。[关键词]深基坑基坑支护 基坑稳定 钢 筋混凝土环梁对于高层建筑,基坑工程最为关键,大量的结构为框一剪结构,基坑的开挖平面尺寸为.高层建筑都有1~3层的地下室,基坑开挖深度26.4 mx26.9 m,基坑开挖深度为10 m,地基处通常为6~ 15 m。由于工程地质及水文地质条理采用深层搅拌粉喷桩。件复杂,尤其是一般高层建筑地处闹市,周围地上地下建筑物多,环保要求更加严格。在这种2周边环境及地质条件情况下,基坑工程往往成为当地建筑工程中难度大、风险也大的组成部分。这就要求工程技本建筑地处闹市,场地狭小,三面靠近高层术人员在进行深基坑工程施工方案设计时,周建筑和马路,相距均为5 m,其余一面为开阔空密考虑,不断总结创新,提高技术水平。本文叙地,可做施工场地(图1)。既有高层建筑均为述某工程的深基坑施工方案的设计。深基础,深度均超过本基础。本工程土层地质自上而下依次为:①杂填土:厚度为4.66 m,pr1工程概况= 10°,c =0,Y = 15 kN/m2 ;②粉土:厚度为7.96 m, φ2 = 11.25°, C2 = 17.6 kPa, Y2 = 19.8本工程是一幢集写字间、商场、酒店为一体kN/m' ;③粉土:厚度为16.5 m,P3 = 28.25°,C3的高级楼宇,总建筑面积13 750 m2 ,主体结构=22 kPa,Y3 = 20 kN/m。地下水位在- 1.0~地上20层,地下2层,建筑总高度84.6 m,主体-2.0m之间,以上γ值均为饱和密度。⑤按.上述配方配置环氧树脂粘结剂。4小结⑥在混凝土粘结面上均匀涂刷配置好的环梁底裂缝为预应力束集中锚固所致。裂缝氧树脂粘结剂作底层,然后在钢板上均匀涂刷处理后,1年内经多次观测，没有再发现裂缝,配好后的环氧树脂粘结剂。⑦压贴钢板,并迅速拧紧胀锚螺栓,将钢板证明处理效果良好。为避免类似裂缝在其他桥梁中发生,从设压紧。⑧环氧树脂粘结剂养生不少于3d。计上应采取的主要措施有:(1)减少个别截面的⑨粘贴钢板3m范围封C40细石混凝土,预应力束的锚固根数,将其中一部分预应力柬厚度5 cm,混凝土内设置10 cmx 10 cm的$6越过此截面锚固于下一截面;(2)在接缝位置附中国煤化工量。mm钢筋网一层。YHCN M H G高日期:2001-07-11(责任审编邵根大)铁道建筑.2001年第10期在环梁内侧增设交叉支撑,就可以减小环梁截3基坑工程施工方案面及配筋,但开挖土方时施工难度加大,工期加长,而成本亦略有增加;第四种方案采用I形3.1施工设计思路双排钢筋混凝土桩,计算结果表明,当桩长15从地质条件和周边环境来看,基坑施工需m、直径φ800 mm、间距2 m时,采用此种方案，解决以下几方面的问题:①挡土结构应能承受可有效减少钢筋混凝土桩体配筋及插人深度，静止侧向土压力,有效防止坑外土向坑内平移但其存在两方面的缺点:①采用桩间距2 m时，和垂直沉降,以保证基坑和周边环境的安全。加上桩外侧止水帷幕(桩径φ500 mm),考虑场②切断坑外地下水,防止坑内发生管涌导致基地实际情况(与相邻建筑物间距仅3 m),施工坑破坏。③确保土方开挖时的基坑稳定。难度极大。②结构实际受力状态不易控制。随着土方开挖,后排桩首先承受侧向土压力,这时土压力本应通过前后排间的土体传递给前排马+路桩,但由于成桩过程中,土体遭到一定松动破坏,土压力传递会有所减弱,致使前排桩受力很新建建筑物既有建筑物.小。只有当后排桩承受土压力及位移达到较高值时,土压力才逐渐通过排间土体传给前排桩。施T场地综合以上分析结果,经反复计算论证,决定采用顶部设一道钢筋混凝土环梁支撑的方案。采用内撑法支护方案,即利用钢筋混凝土图1总平面布置图环梁来支撑钢筋混凝土钻孔灌注桩的支护结基于以上要求,本方案设计原则确定为:①构 。安全可靠;②经济合理;③缩短工期。钢筋混凝土钻孔桩的直径为800 mm,桩长3.2方案设计15.51m,桩间距1m,桩体主筋为15φ32mm,构3.2.1支护方案造配筋10$16mm,螺旋筋φ8mm@200mm。为针对本工程的地质、环境特点,拟选用钢筋最大限度发挥钢筋作用,将主筋集中配置于受混凝土钻孔桩作基坑支护。初步确定的方案有拉区域(图2),而不是沿桩周均匀配置,采用4个:①悬臂桩;②钢筋混凝土桩加单拉锚;③C30混凝土。环梁支撑钢筋混凝土桩;④II形双排钢筋混凝土桩。经初步计算分析得出以下结论:第一种10φ 16 mm15032 mm方案不经济。因地基土软,所以在采用悬臂桩时,其插人深度需相当深,由此增加费用约138.4万元;第二种方案存在的问题是,为了减图2柱 体配筋少人土深度,虽可采取拉锚的方法。但经计算采取单拉锚的锚固长度必须相当长,而本工程钢筋混凝土环梁内周平面尺寸为,28.5 m基坑距既有建筑物仅3 m,势必难以满足拉锚x28m。采用变截面环梁:中部截面2000mm锚固长度的需要,故此方案也不可行;第三种方x800mm,角部截面2500mmx800mm(图3)。案采用环梁支撑。我们首先考虑在桩顶设- -道环梁中国煤化工i37φ32mm,架立筋.钢筋混凝土环梁支撑,经计算表明,当环梁截面4932CNMHG)mm,角部附加筋为2 000 mmx 800 mm时，可以满足需要,但是14φ40mm。木用G3U低促土。桩体钢筋锚固环梁尺寸比较大。若采用二道或三道支撑、或于环梁主筋内侧(图5)。铁道建筑2001 年第10期一9一465022700r 46503.2.2地下水的 控制十十1十基坑工程中,地下水控制的成败是基坑工程成败的关键之一。本工程地处闹市,为防止由于降水可能导致四周地面的下沉,以致相邻.t 2500*800建筑物产生不均匀沉降,本工程对地下水的控制采用“截水”方案,而非“降水”方案。2000x 800具体方案:①在支护结构外侧设止水帷幕,采用单排深层搅拌水泥桩(桩径500mm,间距2800为400 mm,桩长13 m,水泥掺人量为15%)。为提高止水帷幕的抗水性能,在水泥中加人2%CaCl。止水帷幕紧靠支护桩外侧施工。②为防止土方开挖时基坑内出现管涌或支护结构整体失稳,对坑底土体进行加固,即在土方开挖32000前,先施工深层搅拌桩处理地基。这样,土体加十固层不仅连同止水帷幕一起,将基坑封闭成一图3环梁平 面布置(单位:mm)个近似不透水的简体,而且还大大减小了围护结构的位移,有效保护了相邻建筑物的安全。|13.2.3土方 开挖|2 37432+14φ404中32基坑土方的开挖应遵循“对称均匀、先撑后挖”的原则。基坑开挖的平面尺寸为26.4 mx12L 410@300L 37432493226.9 m,挖深10 m,土方量7 102 m'。准备采用2000l1 28000两台拉铲挖掘机分3次均匀开挖至设计深度。开挖时,两台拉铲挖掘机对称布置于马路路边，， 3φ32+14φ40及另一侧，保持开挖速度大体一致。先在周边22挖出一条深3 m、宽3 m的沟，使土体应力逐步中J0@300中22释放,支撑体系逐步均匀受力。为了不干扰已中10@30037φ32加固好的地基,机械开挖应预留出500 mm厚土↓800↓φ32体,由人工清理,弃土仍由拉铲抓出,再用自卸车运至场外指定地点。1-1↓0↓根据本方案的支护及截水情况,基坑在开2-2挖前已近似形成一个不透水的简体。对基坑内图4环梁配筋(单位:mm)的地下水,采用集水井集水排出坑外,排水与土方开挖同时进行。集水井设于基坑四角,采用环梁4台潜水泵(扬程> 11 m)同时作业,保证在无水条件下进行土方开挖。选用2台WD100A型拉铲挖掘机、5台15 t钻孔桩自卸中国煤化工d,每台班生产率为360YHCNMHG图5桩体钢筋锚固于环梁中- 10-铁道建筑2001年第10期WD100A型拉铲挖掘机指标:铲斗容量1.2强度达到100%后方可进行。土方开挖应尽量m' ,动臂长15 m,动臂倾角30°,最大卸载高度.采取对称开挖,遵循“对称均匀、先撑后挖”的原4.63 m,最大卸载半径14.29 m,最大挖掘半径则。并且要注意土方一次开挖深度不宜过大，16.79 m,最大挖掘深度11.4 m。更不能一次挖到设计深度,应均匀分层下挖,以3.3基坑施工工艺流程减小桩体位移,在土方开挖过程中，明沟及集水支护桩施工-→止水帷幕施工→深层搅拌地坑排水工作要及时跟上,保护坑内干燥。基处理→基坑土方开挖、基坑降水→基础施工(5)现场监测现场 监测工作在整个基坑→地下室施工。施工过程中显得尤为重要。观测结果的及时反馈,不仅能修正设计和施工,更重要的是能保证4基坑施工体会安全。本工程基坑施工中,注意了以下几个方面的监测:①围护桩的挠度及水平位移;②钢筋(1)围护结构施工，为保证支护结构受力混凝土环梁的水平、竖向位移;③环梁、围护桩状态良好,钢筋混凝土钻孔桩应间隔跳跃施工，的应力变化;④坑底土体的上拱情况;⑤相邻建并应注意其垂直度、深度,一次封底良好,无断筑的沉降及倾斜情况;⑥桩间土体的流失情况;桩、缩径等缺陷,钢筋笼主筋位置必须准确。⑦桩体外侧地下水位变化情况。(2)内环梁施工为 保证环梁的几何形状、对于以上几个方面的监测,要及时、认真，空间位置,在环梁施工前,先对环梁下面的地基发现异常情况,及早研究,采取 措施防止恶化。进行处理,即挖掉松散的土方,回填、夯实200-旦出现大的变动,要立即查找原因,采取加固mm厚的砂石垫层，确保环梁施工质量。土方措施,以确保安 全。开挖时,不允许挖掘机或汽车在环梁上碾压。本支护方案的设计造价(不包括地基处理(3)止水帷幕施工在进行深层 搅拌水泥及土方施工费用)共 170.3 万元,其中園护桩及桩施工时,不仅要注意水泥桩的深度及喷灰量，环梁 155.1 万元,止水帷幕10.2万元,其它费更应注意其复搅深度,防止因管泵堵塞、提升速用5万元。度快而造成桩体不均匀的现象。改回日期:2001-07 - 20(4)土方开挖土方开挖必须在支护结构(责任审编邵根大)利用隧道掘进机产生的弃碴作为建筑材料隧道掘进机广泛用于硬岩隧道的施工,由掘进机性,影响混凝土拌合料的工作,以及集料与粘结料的结产生的弃碴在许多情况下,对它稍作加工处理,即可用合力,还影响作为公路、铁路路基垫料的整体稳定性。作多种施工用料:路面材料、路基材料和混凝土集料。欧洲不同国家传统采用各自的集料试验方法和分.这对隧道工程来说,可以降低造价,增加收人。类,然而,尽管试验方法不同,但其标准均覆盖了同样实现以上要求,需要了解原始的弃碴特性和工程.的特点和特性。挪威公路管理局为把集料质量分类进对建筑材料的要求。当从弃碴中选出特定的集料时必行了如下的试验:(1)岩相分析(鉴别软弱颗粒);(2)脆须了解和考虑许多因素,人们关心的问题是:(1)材料性试验确定脆度值;(3)磨损试验;(4)筛分试验。质量和颗粒强度,包括岩石的抗压强度、抗拉强度、韧.为了满足工程施工的需要改善弃碴特性的方法性和粘性。(2)表面污染。燃油和液体油极大地影响有:(1)物理方法。把掘进机产生的材料直接使用,进岩石表面特性。(3)颗粒表面的吸水性,影响混凝土拌行压中国煤化工此挤紧增加密度,增合时所需的水量。蛋白石、玉髓鳞石英、方晶石、流纹加摩THCN MH G用胶结料(沥青或混石、安山石(或石英安山石)均能在湿环境中极大膨胀,凝土),但要有愿经济住。(2)化学稳定法。最经济的使混凝土开裂。(5)颗粒形状、表面粗糙度和摩擦特稳定剂是水泥、石灰 、粉煤灰和沥青。(路 石供稿)铁道建筑2001年第10期一11--.