某培训中心大楼基坑支护设计和施工技术

杲广福 吴三斗 祁大鹏

由于城市土地资源愈来愈紧张,使得城市中心地带建筑密度不断增加,建筑物之间的距离越来越小。因此,在市中心进行建筑开发时基坑支护面临的环境愈来愈复杂。某集团内部新建一高级培训中心大楼,该新建工程场地紧邻一既有建筑物,本文以该工程为例,对复杂环境下基坑支护与邻近建筑物基础托换技术进行了探讨。

1 工程概况与地质条件

1.1 工程概况

拟建培训中心为10层框剪结构,地下1层,基坑开挖深度为4.7 m,基坑东西长约 45 m,南北宽约19 m,基坑西侧和东侧均为既有多层建筑物,其中基坑西侧建筑物6层,墙下条形基础,基础外边线距基坑开挖线2.0 m;基坑东侧为4层建筑物,柱下独立基础,基础外边线距基坑开挖线3.5 m;基坑南侧建筑物距开挖边线约16 m。

1.2 工程地质条件

①杂填土:杂色,松散,稍湿,含有砖、碎石、灰土等,以粉土为主,厚度0.40 m～4.60 m,平均厚度1.04 m。②粉土():灰褐色,稍密,很湿;水平层理,见锈斑浸染;干强度低,韧性低,摇振反应中等,无光泽反应,夹薄层粉质黏土。场区普遍分布,厚度:0.50 m～4.20 m,平均厚度 2.43 m。③粉质黏土():灰褐色,软塑～可塑,见铁锰浸染;干强度中等,韧性中等,无摇振反应,稍有光泽,多有机质。场区普遍分布,厚度:1.05 m～3.80 m,平均厚度2.20 m。④粉质黏土():灰黄色,可塑,见铁锰浸染,偶见姜石;干强度中等,韧性中等,无摇振反应,稍有光泽。场区普遍分布,厚度:3.80 m～7.20 m,平均厚度4.95 m。⑤粉质黏土():褐黄色,可塑,见铁锰浸染,混 10%～20%姜石,直径0.5 cm～3 cm;干强度中等,韧性中等,无摇振反应,稍有光泽。场区普遍分布,厚度:3.50 m～6.60 m,平均厚度5.36 m。

以下土层情况此处省略,同时,根据勘察报告,地下水稳定水位埋深仅为1.0 m左右。

2 基坑支护设计

2.1 方案比选

该基坑开挖深度4.7 m,基坑东西两侧建筑物基础埋深均为1.0 m左右,虽然基坑开挖深度一般,但由于距离建筑物较近,而且该工程场地土质条件较差,地下水位较高。

根据该工程实际情况,主要考虑了以下基坑设计方案:1)采用基坑降水、灌注桩+锚杆支护方案;2)采用止水帷幕、灌注桩+锚杆支护方案;3)采用止水帷幕、超前支护锚杆+土钉支护方案;4)对相邻建筑物基础进行托换,采用止水帷幕,土钉支护方案。

方案1)采用灌注桩+锚杆支护,现场空间能够满足施工要求,同时该支护形式安全系数大,施工质量可靠,能有效控制基坑边坡土体变形,确保建筑物安全,但工期相对较长,工程造价相对较高;而该场地地下水位较高,基坑降水将会引起周围地面不均匀沉降,从而可能导致建筑物出现裂缝。

方案2)采用灌注桩+锚杆支护同样可行,同时采用止水帷幕,能避免降水带来的不利影响,但按该方案施工在空间上较为紧张,而且造价相对较高,工期较长。

方案3)采用止水帷幕、超前支护锚杆+土钉支护,止水帷幕同样起到较好的止水作用,但由于相邻建筑物荷载较大,且为旧砖混结构房屋,对变形要求极为严格,故该方案危险系数较高。

方案4)首先对相邻建筑物进行基础托换,将建筑物荷载传递到基坑底部,大大减小了对基坑侧壁的土压力,同时对建筑物沉降的影响降至最低,再采用止水帷幕联合土钉墙进行支护,就能够满足稳定及安全性要求。

通过以上分析:方案4)传力明确,支护费用合理,技术先进,最终选择方案4)为本工程基坑支护方案并进行详细设计。

2.2 基础托换设计

根据总体支护方案,首先进行既有建筑物的基础托换设计,此处采用应用较广的微型桩(或称为树根桩),对西侧条形基础的托换设计如图1所示。

根据既有建筑物基础结构图进行托换设计,具体尺寸见图2,在条形基础靠近基坑一侧采用微型桩进行托换,微型桩间距为1.2 m,有效桩长不小于9 m,微型桩穿透既有基础,并在既有基础上新增混凝土承台,该新增承台通过插筋与既有基础紧密连接,形成一个整体,顶部伸入承台50 mm,从而将上部荷载传至微型桩及周围深处土层。

2.3 支护剖面设计

由于相邻建筑物进行了托换设计,基坑边坡所受土压力大大减小,因此,支护设计时采用土钉墙方案完全能够满足整体稳定性要求,同时为进行挡水而设置了止水帷幕,该支护剖面如图2所示。

由于建筑物基础距基坑开挖边线仅为2 m,现场开挖时将其完全挖出,可进一步减少工程造价。止水帷幕采用两排直径500 mm的水泥土搅拌桩施工而成,其搭接长度不小于150 mm。共设置两排土钉,其中对第一排土钉注浆完成后,设置20a槽钢作为腰梁,对其进行张拉和锁定,该设计能进一步对边坡施加主动力,保持基坑边坡稳定。

3 基坑支护施工

该基坑虽开挖深度较浅(4.7 m),但由于紧邻既有砖混建筑物,施工要求较高。对该基坑支护施工要求及应注意的主要问题,本文列举如下:

1)托换微型桩成孔应采用泥浆护壁成孔,成孔清孔后,放入钢筋笼,插入注浆管至桩孔底部,用压力注 1∶0.3的水泥砂浆,直至灌满为止,注浆压力为0.2 MPa。2)微型桩施工5 d后进行新增混凝土承台的施工,承台插筋长度为500 mm,插筋孔深度250mm,插筋孔直径为18 mm,内灌结构胶。3)止水帷幕应沿基坑边缘、在基坑周边全部范围内设置,水泥采用42.5普通硅酸盐水泥做固化剂,水泥掺入比不小于15%;止水帷幕施工时,应时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速率等参数是否符合要求,并随时做好记录。4)土钉与水平方向的安放角为10°,土钉施工前应彻底查清周围地下管线情况,坚决避免意外事故发生;根据地质情况,第一排土钉采用HPB335直径20 mm钢筋,当注浆体强度达到设计强度的70%时,可以进行张拉,应注意此处张拉不同于预应力锚杆,仅是对基坑边坡提供一个主动防护效果;第二排采用直径48 mm(厚3.5 mm)的钢管,并将其加工成花管形状,花管按500 mm的行距,圆周3孔(直径6 mm)均匀布置,通过花管压力注纯水泥浆。5)喷射混凝土面层厚度为80 mm,混凝土强度为C20,挂单层钢筋网,钢筋网固定时,应将HPB335直径14 mm(长度500 mm)的短钢筋击入土层,外部与面层钢筋网连接,短钢筋间距为2000 mm×2000 mm。6)基坑内部设置疏干井,将基坑内部的水位降低至基底以下至少0.5 m,内部管井施工时需避开工程桩桩位、桩承台和剪力墙位置,同时在基坑四周,止水帷幕外侧设置回灌井和观测井,通过回灌进一步减少周围建筑物可能产生的沉降。

4 结语

基坑支护设计需紧密考虑其周围情况及地质情况,通过多个方案的综合比较,才能得到安全性高、经济合理、便于施工的设计方案。本文即综合对比了四种方案,最终采用基础托换和止水帷幕与土钉墙相结合的施工方案,既能较好地避免周围建筑物的沉降,同时减少了支护压力,避免施工大型灌注桩带来工期延长和造价增高。工程实践表明,该施工方案是一种经济、有效的针对紧邻建筑物的深基坑支护方法,可为类似工程提供较好的借鉴作用。

[1]JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].

[2]刘相宜,魏焕卫,张 鑫.基于变形控制的基坑开挖和邻近建筑物保护技术[J].工业建筑,2007,37(1):69-72.

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[4]张开磊.基坑支护工程探析[J].山西建筑,2007,33(16):118-119.