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φ1 000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