深基坑水平支撑施工

摘要:本文结合工程实例,对深基坑工程支护方案分析的基础上,对复合止水帷幕逆作+灌注桩+混凝土内支撑复合支护的设计与施工技术要点进行了详细探讨,对施工效果进行了具体分析和评价。1、工程概况江西新余钢铁有限公司8#高炉上料矿槽系统工程,地上框架一剪力墙结构47.9m高,地下(共三层,负一、负二层均为现浇钢筋混凝土平台)-14.800m深,坑壁剪力墙及底版均为1.200m厚防水现浇钢筋混凝土):上部结构总建筑面积18375m2,地下室建筑面积733.584mz。该工程施工场地狭窄,临近有建、构筑物及φ1000动力水管,地质、水文条件及上部结构复杂,工期紧(总工期只有175天),在施工深基坑的同时,其上部结构及其相邻建筑必须同步施工。本工程场地地下水类型包括上层滞水和孔隙承压水。上层滞水主要赋存于1①-1层人工杂填土层中,主要接受大气降水和地表散水的渗透补给,无统一自由水面,水量与季节、周边排泄条件关系密切。孔隙承压水赋存于③单元砂土层及④单元砾乱石层中,与地表水及区域承压水体系联系密切,水量丰富。2、基坑支护方案分析与选择本基坑周边场地狭窄,满负荷在用的φ1000动力水管及新建筑物基础均距新建深基坑坑外壁均不到1m远,还有重型车辆过往频繁的厂区交通主干道距新建深基坑坑外壁也不到4m远。基坑平面基本呈长方形,平面尺寸21.08m×11.6m,基坑开挖深度为14.8m。本场地在(1-2)层塘泥层底及(2-1)、(2-2)局部夹有粉土、粉砂薄层。该层饱水,易形成涌水流沙。基坑周边大部分均在(2-5)层粘土层中,该层强度高,对承压水控制有利:但东北角己开挖到(2-6)层淤泥质土夹粉土。该屡为夹层,为承压含水层的过渡层,中深井降水对其有一定影响。但也易引起基坑侧壁流水流土,因此承压水控制也是影响基坑安全的重要一环。从以上分析可以看出,本基坑为狭窄场地的较深基坑,为保证基坑顺利开挖和保护周边环境不受破坏,须严格控制基坑变形,要求支护结构具有一定刚度。支护方案分析比较如下:1)悬臂桩支护结构虽具有不影响坑内土方开挖和结构施工的优点,但本工程开挖深度较大,悬臂桩支护结构要求插入深度大,配筋多,变形大,无法满足基坑安全要求。2)为控制排桩结构变形,可采用排桩+锚杆方案。桩锚支护工艺成熟,经济可靠,能有效控制结构变形,但本基坑周边场地狭窄,满负荷在用的φ1000动力水管及新建筑物基础均距新建深基坑坑外壁均不到1m远,还有重型车辆过往频繁的厂区交通主干道距新建深基坑坑外壁也不到4m远锚杆无法穿越。3)地下连续墙既可作为地下室外墙,亦可兼作基坑开挖时挡土、截水、防渗等临时陛防护结构;但造价昂贵,因此业主不同意采用。4)灌注排桩+内支撑支护结构是控制边坡侧向变位最有效的手段之一,本基坑平面规则,使用该支护结构是十分理想的选择。内支护结构平面刚度大,结构变形小,可有效保护基坑周边建筑物和地下管线安全,根据基坑的平面尺寸,可采用钢筋混凝土支撑或型钢支撑。钢筋混凝土支撑受力条件好,节点处理简单方便,可靠性好,造价低,基坑安全性高;型钢内支撑安拆方便,施工周期短。最后,综合考虑业主对基坑防水等级要求高、安全、工期的要求,采用复合止水帷幕逆作+灌注桩+混凝土内支撑相结合的形式,达到控制地下水和基坑变形及节约工期的目的。3、基坑支护结构方案优化措施分析针对基坑的具体条件,对可行的支护方案进行优化。可行的支护结构除排桩外,撑锚体系可采用单层支撑或两层支撑。对于单层支撑,可设置在BI楼板以下或楼板以上,对比分析如下。3.1单层支撑(B1楼板以上)方案1)与两层支撑相比,本方案因少一层支撑,可在第一层支撑施工完后,分2到3次开挖到基底,因此施工周期较两层支撑短1个月左右。2)由于桩身弯矩较大,要求支护桩采用较大截面(桩径φ900mm、φ1000mm),桩身配筋较多。由于采用一层支撑,要求支撑杆件截面较大,配筋较多。3)桩顶放坡高度不大,锁口梁施工时开挖仅3m左右,采用喷锚支护,并用止水旋喷桩对塘浞层进行加固,可确保基坑安全。4)单层支撑设置在B1楼板以上,B1楼板施工完毕后拆除,不存在穿越地下室外墙的不足,因而也不需在支撑上预插筋和地下室外墙后期补洞等工作,有利于地下室防水工程施工。5)由于桩身含钢量很高,造价较高。加上一层支撑加强所增加的费用及上部喷锚支护增加的费用,总费用仅比两层支撑稍少。3.2单层支撑(B1楼板以下)方案1)桩顶放坡高度较大,锁口梁施工时开挖至5m左右,采用喷锚支护。并用止水旋喷桩对塘泥层进行加固,可确保基坑安全,但成本较高。2)与单层支撑设置在B1楼板以上相比,配筋及混凝土量有所减少。但单层支撑设置在B1楼板以下,不能在B2楼板施工完毕后拆除,因而必须穿越地下室外墙,不利于地下室防水工程施工,对结构正常施工稍有影响。3)由于桩身含钢量很高,造价较高。加上一层支撑加强所增加的费用和上部喷锚支护增加的费用,总费用与单层支撑(B1楼板以上)基本一致,仅比两层支撑略少。3.3两层支撑方案1)两层支撑施工及养护需要一定时间,明显影响施工工期。2)由于采用两层支撑,桩身弯矩较小,要求桩径较小,配筋及混凝土量少,单方造价较低。3)上部放坡高度不大,可简单支护,费用较低。4)施工地下一层楼板时,需预先拆除第二层支撑,影响工期;但不存在预先在支撑上预插筋和地下室外墙后期补洞等工作。5)采用两层支撑,抵抗不均匀土方开挖和反铲意外碰撞的能力较强,基坑安全有保障。6)与单层支撑相比总费用略高,工期较长。综合以上分析,单层支撑(设置在Bl以上)以工期最短、经济较优、对其他工作影响最少,为最优方案,因此将支撑设置在B1楼板以上。由于本基坑平面较规则(21.08m×11.6m),采用刚架式角撑体系,可方便土方开挖,并使支撑体系施工相对独立,有利于施工,对工期十分有利。角撑主杆与辅杆采用不同截面,更为经济。主杆与辅杆采用三角形空间刚架结构进行连接,以协调变形并提高整体刚度。4、深基坑支护结构设计方案4.1支护桩设计支护桩各段设计参数见表1。支护桩有效桩顶标高为一3.400m,即嵌入锁口梁0.1m。主筋均匀布置,桩底端2.0m范围主筋减半。箍筋φ8@200,加强筋φ16@200,混凝土强度等级C30。4.2桩顶喷锚支护设计桩顶边坡放坡开挖,第一级坡高1.5m,坡比1:1;其下土体在锁口梁施工时沿搅拌桩垂直开挖。中间设置1.0m宽平台,坡面采用挂网喷射混凝土。锚杆采用一次性锚管,材料为φ48×3.5,直接打入。钢筋网采用φ6.5@200×200(Q235),喷射混凝土为C20,喷射厚度8-10cm,加速凝剂1%。4.3水平支撑设计钢筋混凝土内支撑主杆700mm×600mm(高×宽),主筋22φ22,箍筋φ8@200,节点处局部φ8@100,S筋φ8@400。辅杆400mm×400mm(高×宽),主筋10φ22,箍筋φ8@200,节点处局部φ8@100,S筋φ8@400,内支撑主、辅杆中心与梁冠中心同高。4.4立柱结构设计支撑下设置钢筋混凝土灌注桩与钢结构组合立柱。立柱桩下部采用直径为800mm的钻孔灌注桩,混凝土强度等级为C30,桩长16m(进入中风化岩800以上)。配筋:主筋12φ20Ⅱ级钢筋,箍筋φ8@200,加强筋φ16@200。立柱桩顶面标高-11.100m,底面标高-27.100m。立柱桩上部采用470mm×470mm钢结构立柱。四肢采用L125×10,缀板采用150×450×8(mm),间距400mm。4.5锁口梁锁口梁截面尺寸700mmxl300mm(高×宽),计算混凝土强度等级C30,施工时采用C40浇筑,7d后可进行土方开挖。锁口梁采用双面对称配筋,每侧主筋10φ22Ⅱ级螺纹钢筋,局部主筋加强为15φ22Ⅱ级螺纹钢筋,加强筋4φ22,箍筋φ8@200(转角、角撑、支撑节点处局部箍筋加密为φ8@100),S筋φ8@200。锁口梁顶面标高-2.800m,梁底标高-3.500m。5、深基坑复合止水帷幕逆做灌注桩+内支撑支护结构施工技术5.1基坑施工流程测量放线→支护桩、立柱桩、中深降水井、复合止水帷幕施工→分两层开挖上部至深度3.500m的土方,喷锚支护→锁口梁、内支撑施工→土方开挖至-7.4m→第一节坑壁施工→开始基坑降水→土方开挖到-9.600m→第二节坑壁施工→土方开挖到-12.500m→第三坑壁施工→土方开挖到基底→第四节坑壁及地下室底板施工→地下室B2、B1楼板施工并回填及换撑→逐步拆除支撑→底板降水井封堵、基坑内降排水结束。1)土方开挖施工时,必须先撑后挖。2)拆除支撑:在下列工作完成后可以逐步拆除钢筋混凝土内支撑:地下室一层顶楼板浇筑完毕并达到70%设计强度后;地下室二层楼板下四周坑边土回填、上部浇400mm厚素混凝土后,并在地下室一层顶楼板处加设板状临时支撑。3)先拆辅撑,后拆主撑。拆除时同步实施基坑监测,以确保边坡安全,基坑施工顺序如图1所示,桩顶喷射支护剖面如图2所示。5.2土方开挖施工1)为确保支护体系施工质量,加快施工进度,要求土方开挖与锁口梁及钢筋混凝土支撑施工相互结合。2)土方开挖分三次进行。第一次土方开挖在支护桩、立柱桩、降水井、观测井和止水旋喷桩施工完毕养护一段时间后进行,开挖至标高-3.500m(喷锚支护边坡附近土层分两次开挖),然后施工锁口梁、支撑。第二次土方开挖至-7.400m;第三次开挖到-12.500m,第四次开挖到基底,基础承台及连梁部分采取人工掏挖方式。3)土方采用人工开挖及电动抓斗抓土,塔吊吊土出坑的方式,一般情况下用电动抓斗抓土,支撑下面土方和坑角土方宜采取人工开挖。基坑开挖至距坑底20cm时改为人工清理.基底,严禁超挖;开挖过程中严禁碰撞支护体系和降水井。4)严格按设计要求开挖土方,土方随挖随运,不得随意堆置在基坑周边。5)在坡顶和坡底设置排水沟,做好坡面及坡底的排水防水工作。6)开挖后期,基坑边坡顶面禁止堆载。开挖至坡底后应尽快展开基础施工,以减少基坑暴露时间。7)开挖过程中应及时抽排基坑积水。5.3深基坑降水处理措施根据对场地水文地质条件分析,基坑侧壁存在上层滞水和承压水威胁。基坑开挖前须采取有效的侧壁止水措施,以隔断上层滞水渗入基坑的通道。下部承压水水头高,基坑开挖后存在承压水突涌的可能性,因此须对地下水进行处理以保障基坑开挖和地下室施工的顺利进行。常用的地下水控制措施有五面隔渗、落底式竖向帷幕、(中)深井降水及联合处理等几种。通过比较认为,本工程侧壁采用2排直径为500的高压旋喷水泥土桩非落地式帷幕和中深井降水,对地面沉降相对较小,对周边环境影响也较小。坑壁上部上层滞水采用喷射100mm厚C20混凝土对坡面作封闭处理,坡面按水平3m间距埋设排水管。沿基坑周边设置2排直径500@375mm高压旋喷水泥土桩止水。通过查找地质及水文资料和前面支护桩的施工,得知在-12.5m处开始为不透水的泥质砂岩,故对基坑承压水采用中深管井减压降水,中深降水井采用井深18m,管径250mm,井径500mm;观测井采用井深17m,管径108mm,井径250mm。由于本基坑工程施工中采取了严格的变形控制措施与信息化监测手段,本工程沉降与水平变形控制在4mm以内,满足了设计和安全施工要求。6、结语综上所述,本工程深基坑支护采用灌注桩排桩加混凝土肉支撑体系,安全经济地控制了基坑变形;地下水控制采用联合处理方式,即侧壁采用高压旋喷水泥土桩非落地式帷幕和中深井降水的联合处理方式,降低了地下水位,同时减少了降水对周边建筑物的沉降影响:又结合了逆作法施工,既巧妙又经济地解决了无放坡场地、地上地下须同时施工的难题,可为深厚流砂层等地质条件、作业空间狭窄、工期紧等类似工程提供借鉴。