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用钻孔灌注桩及钢支撑作深基坑支护结构

发布日期:2019年10月8日 浏览:31次
  上海永华大楼基坑挖深10.60m,位于密集建筑群内。施工中采用钻孔灌注桩及钢支撑作支护结构获得成功,为软土地基深基坑开挖提供了新经验。
1工程概况
    永华大楼是台商在上海浦东投资兴建的一幢商业办公写字楼。位于陆家嘴开发区浦东大道南侧崂山西路路口。地上27层,檐高99.0m,框筒结构。地下2层,钻孔灌注桩基础,桩长33m。建筑面积36772m2。基坑尺寸62.4m×52.45m。基坑挖深10.60m,局部达12.9m。土方开挖量近5万m3。本工程北临浦东大道,其余三面紧靠住宅群,均系50年代所建5层砖混结构,质量差,基础埋深很浅,距基坑边界最近的仅5.60m,另有多种地下管线邻近基坑。基坑占据全部征地面积91.9%,基坑开挖时几乎没有施工用地。
2支护方案
    根据本工程周围环境,不具备放坡大开挖条件。因此,基坑支护是必不可少的。结合上海地区深基坑施工经验,曾考虑过三种支护方案:①钢板桩方案。采用进口拉森钢板桩,长21m,沿基坑打一圈,内设三道钢管支撑。但考虑钢板桩位移较大,如板桩锁口的封闭质量不好,则坑内降水后会危及四周管线和建筑物安全。②地下连续墙方案、。地下连续墙的刚度及各项稳定、安全度均比钢板桩好,其施工工艺也比较成热,但考虑到所需的支撑密度大,给挖土带来很大困难,且造价很高。③采用钻孑L灌注桩和钢支撑的支护方案。这种方案在上海解放日报业务楼基坑开挖中已有实践经验,。但开挖深度在7.5m左右。本工程基坑挖深10.60m,在上海当时尚无先例。经过细致分析比较,考虑到钻孔灌注桩有良好的刚性及侧向支护能力,如配合采用钢支撑可以控制位移。再加上本工程的工程桩也是采用‘钻孔灌注桩(直径800mm)故最终选择了如下的挡土、支撑、防水和加固地基综合性支护方案:
    基坑四周采用钻孔灌注桩作挡土结构,桩径800mm,间距850mm,人士深度21m,组成密排式挡墙。在灌注桩顶部浇筑混凝土圈梁(简称锁口梁),连成整体。基坑内沿深度方向设三道钢管作支撑结构,钢管直径609mm。为减少挖土困难,第一道支撑采用4个角撑,支在锁口梁的混凝土牛腿上。第二、第三两道支撑皆双向正交,间距5.0m。此外,支护灌注桩外侧另用深层搅拌水泥土桩作隔水帷幕,深15m;基坑内东西两侧各6m范围再用深层搅拌水泥土桩加固地基,深12m;南北二侧各7m范围也采用分层压密注浆加固,深5m,以增加坑内土体的波动土压力(图1)。
  
    图1 支护方案示意
3基坑开挖
    根据上海地区软土深基坑的施上经验和专家多次论证,确定了“分层开挖、先撑后挖”的开挖原则。即将土方分为4层(见图2),在基坑正式开挖之前,先将第①层地表土挖运出去,浇筑锁口圈梁,进行场地平整、基坑降水等准备工作,安设第一道支撑(角撑),并施加预顶轴力,然后开挖第②层土到- 4.50m。再安设第二道支撑,待双向支撑全面形成并施加轴力后,挖土机和运上车下坑在第二道支撑上部(铺路基箱)开始挖第③层土,并采用台阶式“接力”方式挖土,一直挖到坑底。第三道支撑随挖随撑,逐步形成。最后用抓斗式挖土机在坑外挖两侧土坡的第④层土。
    为保持坑底土体的原状结构,对接近坑底的150mm左右的上层,由人工挖除铲平,用抓斗运出。
4支撑轴力
图2基坑开挖示意
    图2基坑开挖示意
    深基坑施工经验表明,给支撑施加轴力(顶紧力),是减小支护桩变形的有效手段。本工程各道支撑的顶紧力,由上向下,逐层加大,约相当于支撑反力理论计算值的40%左右(三道支撑的轴力分别为400kN/根、750kN/根、1000kN/根)。由于基坑开挖过程中支撑轴力会发生变化。为了及时了解支撑的工作情况,本工程从38根支撑钢管中选择10根支撑作轴力监测,所用仪器为钢弦式传感器,装在支撑钢管的端部,轴力量测每天1次,做到信息化施工。
    图3为120天内各道支撑轴力的实测曲线。
    由实测资料可以看到:
4.1  支撑预加轴力之后,随开挖深度增加,支撑轴力一般均有所上升。这种上升反映土体挖除后,支护桩向坑内位移所增加的侧压力。增加的幅度每根约100kN左右,最大为300kN左右。可见支撑轴力并不就是土体侧压力,土压力只是支撑轴力的一个组成部分。
4.2每根支撑的轴力在整个施工期问相对比较稳定,波动的幅度并不大。相对来讲,预加轴力较大的,其轴力波动幅度较小(150kN左右),预加轴力较小的,波动幅度较大(可达300kN左右)。这种不同显然与支护桩的变形量有直接关系。
图3支撑轴力实测曲线
    图3支撑轴力实测曲线
4.3第一道支撑轴力变化具有一定的规律性。开始阶段,随开挖深度增加,轴力相应增大;但在基坑开挖较深(大于7.0m)、第三道支撑架设后,第一道支撑的轴力明显降低,后期甚至低于预加轴力200kN以上(由预加轴力580kN,降到340kN,乃至250kN)。这表明,支护桩顶部由向坑内位移逐渐转向坑外变形。从减小位移的角度看,第一道支撑的预加轴力可以略小一些。
4.4从本次轴力实测结果,可以看到,支撑的受力情况与理论计算有较大的差距。第三道支撑的受力并不象计算的那样比第二道支撑大很多。这似乎说明坑外主动土压力与假设(朗肯土压力理论)并不一致。南于没有实测土压力分布,一些理论问题尚待进一步研究。
5支护桩变形
5.1  顶部水平位移
    支护桩顶部的水平位移是通过在锁口梁内侧的测点用经纬仅进行观测的。观测表明,在挖深4.50m左右时,支护桩顶部皆向坑内变形,最大水平位移为16mm,发生在基坑长向的中部。基坑短向的水平位移较均匀,为5~6mm。基坑四角位移最小只有2mm左右(图4)。当挖土深度超过6.0m以后,支护桩顶部的水平位移基本上停止发展。到第三道支撑安装并顶紧后,支护桩顶部转向坑外变形,至挖到坑底(深10.6m)时,桩顶向外位移最大达37mm。
图4桩顸水平位移
    图4桩顸水平位移
5.2侧向位移
    本工程在支护桩内埋设了8根测斜管,埋深17~20m,通过测斜仪观测支护桩相对于管底的侧向位移,精度达0.1mm。观测持续118天。图5为测斜所得的桩体变形(图中只划出垂直基坑方向)示例。可以看出,桩体侧向位移随开挖深度增加而增大。当挖到坑底(深10.6m)时,桩体最大侧移为60mm,最大点在开挖面上2.0m左右,而不是在坑底面以下。这个位移量相当于0.56%H(H为开挖深度,以mm计),为计算值28.66mm的2,1倍,比地下连续墙一般的位移量(约为0.4%H)略大。今后设计时应考虑这一因素。
图5桩体侧向位移
    图5桩体侧向位移
6对周围环境的影响
    本工程位于密集建筑群之中。基坑开挖阶段,通过布设的117个测点对周围地裂和管线沉降、房屋损伤情况进行监测,为及时掌握基坑开挖对环境的影响采取相应措施提供了依据,从而保证了基坑的稳定和施工安全。
6.1  地表沉降
    观测表明,基坑开挖深度(H)达10.60m时,地表沉降的影响范围距基坑边至少有30m,相当于3日左右;地表最大沉降量为54.91mm,相当于0.5%H;最大沉降点在坑外12~19m,约为1.5H左右。而最大沉降坡度差为0.36%。
6.2管线沉降
    距基坑北侧7.2m有φ1200钢管煤气干线管,西北角3.3m有φ300铸铁煤气管,埋深均1.0m:距基坑西侧5.4m有币200自来水线管,埋深0.7m:东侧4.1m有φ150mm自来水干线管,埋深0.6m。图7为基坑周围主要管线在120天内的沉降曲线。上水干管的沉降量达到54.84mm,沉降坡度差在0.11~0.15%范围。煤气干管的最大沉降为33.55mm,最大沉降坡度差达到0.27%。这比警戒坡度差0.1%都大一些。究其原因,这个沉降坡度差不仅与开挖深度有关,还因这些测点位于交通繁忙地段,来往车辆(包括重型吊车)不断行驶,地表超载很大引起。由于监测严密,随时采取相应的施工措施,这些管线至工程结束未发生过泄漏现象。
图7管线沉降
    图7管线沉降
6.3房屋沉降
    图8为邻近基坑5~10m的3幢5层砖混结构房屋的沉降曲线。水准测量表明,当基坑挖深10.6m时,沉降最大达47.57mm,相当于0.44% Ho平均沉降0.45~0.485mm/天。房屋的沉降坡度差达到0.18~0.19%,房屋墙体也发生明显可见裂缝,最大裂宽达2mm左右。但是,还没有发生门窗变形乃至关不上的严重程度。
图8房屋沉降
    图8房屋沉降
7结语
    水华大楼深基坑施工实践表明,采用密排混凝土灌注桩加内支撑的支护方案用于10m深基坑施工是可行的,配以水泥土搅拌桩作防水帷幕并适当加固坑内地基也是有效的,保证了基坑的基本稳定。


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