某職工住宅樓深基坑防護及監(jiān)測技術(shù)

王竹青

摘要： 結(jié)合工程實例，闡述了深基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案、施工關(guān)鍵技術(shù)、監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)分析處理的方法。

Abstract： Combined with engineering examples， this paper expounds the design scheme， key technology of construction， monitoring measurement and the method of data analysis and treatment of deep foundation pit enclosure structure.

關(guān)鍵詞： 深基坑;圍護結(jié)構(gòu);施工技術(shù);監(jiān)控量測;回歸曲線

Key words： deep foundation pit;enclosure structure;construction technology;monitoring measurement;regression curve

中圖分類號：TV551.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0099-03

0 引言

近年來，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，建筑物的規(guī)模日趨龐大，高大建筑往往伴隨著深大基坑，且城市建筑的深大基坑通常地處城市的繁華中心地帶，所以基坑防護的安全可靠性顯得尤其重要。故深基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工成為地下工程領(lǐng)域的研究重點及難點，采取什么樣的圍護方案確保基坑施工的絕對安全，且經(jīng)濟合理，已成為廣大工程技術(shù)人員急于解決的問題。本文通過工程實例對深基坑圍護方案及監(jiān)測分析技術(shù)進行了總結(jié)，為往后的深基坑圍護方案設(shè)計、施工及監(jiān)測積累借鑒經(jīng)驗。

1 工程簡介

中鐵十七局第一工程有限公司職工住宅綜合樓基坑圍護工程位于太原市小店區(qū)人民北路以西，中鐵十七局中心醫(yī)院以北。本基坑南北長約80m，東西寬約50m。基坑開挖底標(biāo)高為-11.450（765.0），基坑圍護設(shè)計深度H為10.0m。安全等級為一級，使用年限為兩年。

該基坑?xùn)|側(cè)為人民北路，西側(cè)為中鐵十七局一處六層住宅樓，北側(cè)紅線外為鋼結(jié)構(gòu)2層菜市場，南側(cè)為中鐵十七局中心醫(yī)院，如圖1所示。

基坑范圍內(nèi)自上至下主要由雜填土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土等組成。實測地下靜止水位埋深介于3.6～4.4m之間，靜止水位標(biāo)高介于-5.77m～-4.92m之間。

2 支護方案的確定

①本著技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、保護環(huán)境和安全適用的原則，考慮到工程地質(zhì)情況、施工工期及周邊施工現(xiàn)場條件等，結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗，并進行了多種方案的研究與比選，最終決定基坑周圈采用SMW工法加兩道預(yù)應(yīng)力型鋼組合式支撐。止水帷幕采用三軸水泥攪拌樁，降水采用坑內(nèi)管井降水，基坑圍護結(jié)構(gòu)如圖2所示。

②單排三軸水泥攪拌樁樁徑850mm，咬合250mm，樁長19.0m，樁頂標(biāo)高為-2.950m;采用套接一孔法，二噴二攪工藝。水泥均采用42.5級普硅水泥，每立方米水泥用量不小于360kg（基坑西側(cè)不小于400kg）。樁體無側(cè)限抗壓強度要求不小于0.8MPa。

③三軸水泥攪拌樁內(nèi)插入H型鋼700×300×13×24（Q235），H型鋼長度為18.0m。H型鋼插一跳一，間距1200mm。

④冠梁高度600mm，寬度為1200mm。梁頂標(biāo)高均為-2.950m。混凝土等級：C30。

⑤預(yù)應(yīng)力型鋼組合支撐的所有鋼構(gòu)件均在工廠定制，并且均以10.9級M24×8.0高強螺栓連接，螺栓材料為20MnTiB;支撐為H350×350×12×19型鋼，Q345b;型鋼圍檁為H400×400×13×21型鋼，Q345b，型鋼圍檁內(nèi)焊接加勁板，在三角件部位和支撐連接部位按每道圍檁1塊/1000，其余部位按1塊/3000布置;立柱、橫梁均為H300×300×10×15型鋼，Q235。

3 圍護結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)及措施

①水泥攪拌樁施工前對施工機械及設(shè)備進行檢查維修，核實鉆頭直徑，以確保施工連續(xù)順利進行;做好水泥漿的配比、制備及過濾，控制提鉆桿速度，確保均勻噴漿攪拌;嚴(yán)格進行樁位定位，施鉆時使鉆桿保持垂直，以最大能力確保帷幕樁的搭接咬合尺寸;相鄰樁體的施作時間間隔要控制在12h內(nèi);攪拌樁施作按二噴二攪工藝，水灰比為1.5～1.8。在基坑西側(cè)施工時，嚴(yán)格控制施工速度，每天施作攪拌樁控制在5幅以內(nèi)，同時速凝劑的摻入適量增加。

②當(dāng)施作三軸水泥攪拌樁存在難度，或帷幕樁施作時出現(xiàn)中斷而致使出現(xiàn)薄弱搭接處時，采用雙重管高壓旋噴樁對帷幕樁實施補樁。雙重管高壓旋噴樁樁徑600mm，樁相互搭接咬合200mm，樁頂標(biāo)高-1.450，樁長19.0m。水泥均采用42.5級普通硅酸鹽水泥，每延米水泥用量 250kg。樁體無側(cè)限抗壓強度要求不小于4MPa。

③在基坑西側(cè)，既有住宅樓的東側(cè)采用雙重管高壓旋噴樁預(yù)加固措施，在三軸攪拌樁施工前完成，樁頂標(biāo)高-1.450，樁長15.0m。

④型鋼插入和拔除。型鋼插入前對型鋼表面清灰除銹，檢查其直線度，焊接接長的質(zhì)量，在干燥狀況下刷涂熱融的減摩劑。為便于起拔回收型鋼，采用油氈等硬質(zhì)隔離材料將型鋼與冠梁砼隔。宜在攪拌樁施做完成30min內(nèi)進行插入型鋼，插入型鋼采用特制的牢固定位導(dǎo)向架。本項目型鋼插入主要依靠自重下沉到位，同時輔以帶有液壓鉗的振動錘壓入。型鋼下沉到位后用吊筋固定型鋼，待攪拌樁硬化達到一定強度后撤除吊筋與槽溝定位型鋼。當(dāng)主體地下結(jié)構(gòu)施工完成，且基坑回填密實后方可回收型鋼。型鋼拔除回收采取跳拔，規(guī)定每日拔除數(shù)量等措施，并及時注漿充填型鋼拔出后的空隙。endprint

⑤基坑鋼支撐構(gòu)件主材的拼接焊縫及翼緣、腹板與端（底）板對接焊縫按二級焊縫進行質(zhì)量控制，其余均按三級焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其焊縫長度一律滿焊。嚴(yán)禁雨雪天氣露天焊接構(gòu)件，施焊前清除干凈焊區(qū)表面潮濕或冰雪，風(fēng)力超四級焊接要采取防風(fēng)措施。多層焊接、構(gòu)件變形矯正等施工均要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及設(shè)計要求進行。

⑥施工前對鋼支撐構(gòu)件的完整程度和力學(xué)性能進行檢查和檢測;分組安裝支撐，預(yù)應(yīng)力分級按總預(yù)應(yīng)力的20%、50%和30%進行施加，施加時結(jié)合監(jiān)測和巡查結(jié)果進行信息化施工。土方開挖范圍內(nèi)的支撐受力路徑應(yīng)閉合。

⑦土方開挖前于基坑周邊設(shè)置排水溝，防止地表水流入基坑。同時硬化周邊地表，避免地面水的滲入。基坑周邊不得設(shè)置易漏水的廁所、沖涼房等設(shè)施。基坑土方開挖時于基坑內(nèi)設(shè)置排水溝和集水井。雨季基坑開挖時加強防水措施，避免浸泡基坑。基坑土方施工時圍護結(jié)構(gòu)上部2m范圍內(nèi)不得有堆載，圍護結(jié)構(gòu)上部放坡頂部2m～15m范圍內(nèi)地面堆載不得大于設(shè)計規(guī)定的20kN/m荷載限值。分層分段間隔開挖基坑土體，分段長度≯30m，分層厚度≯3m，支撐兩端對稱開挖。嚴(yán)禁超挖，基坑底預(yù)留30cm厚采用人工開挖修整，并防止坑底土擾動。砼墊層隨挖隨澆，即開挖至基坑標(biāo)高的24h內(nèi)澆筑完成墊層。盡量減少基底暴露時間，控制基底的回彈隆起。嚴(yán)禁施工機械碰撞基坑圍護結(jié)構(gòu)、鋼立柱和井點管。為了避免立柱承受不對稱土壓力，挖土前掏空立柱周邊。

⑧支撐拆除時加強監(jiān)控量測及巡查，一旦出現(xiàn)異常，立即停工，根據(jù)現(xiàn)場情況制定緊急措施并實施。拆撐采取有效措施保證主體結(jié)構(gòu)，避免拆撐對其產(chǎn)生不良影響。

4 沉降及位移變形監(jiān)測

基坑圍護系統(tǒng)在施工期間因受到工程地質(zhì)情況、荷載分布特點、材料性質(zhì)、現(xiàn)場施工條件及外部其它復(fù)雜因素的共同影響下，難以在理論分析上全部考慮各種因素的影響作用及預(yù)見可能的安全風(fēng)險。所以，很有必要在理論分析的基礎(chǔ)上對現(xiàn)場圍護結(jié)構(gòu)輔以位移及變形監(jiān)控量測。

4.1 沉降及位移變形監(jiān)測方案

①施工前認(rèn)真勘察周邊地下管線設(shè)置情況，在不受圍護結(jié)構(gòu)變形影響的位置，設(shè)置水準(zhǔn)基點、變形監(jiān)測基點，并在施工期間妥善保護。②在圍護結(jié)構(gòu)施工前完成各項監(jiān)測基點的布設(shè)，并測定監(jiān)測初始值，本項目沉降及水平位移監(jiān)測點布設(shè)如圖3所示。③按照規(guī)范規(guī)定的頻率，并結(jié)合本項目現(xiàn)場實際情況，制定監(jiān)測頻率及各項位移變形報警值，并嚴(yán)格實施監(jiān)測，本項目監(jiān)測頻率及報警值取值見表1。④基坑開挖期間安排專人對基坑進行巡查。重點巡查地表及人民北路路面是否發(fā)生裂縫、沉陷;周邊的宿舍樓等建筑、圍護結(jié)構(gòu)及冠梁是否產(chǎn)生裂縫及較大變形等。

4.2 圍護結(jié)構(gòu)及建筑監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及分析

需嚴(yán)格按要求的頻率進行圍護結(jié)構(gòu)、附近建筑、管線沉降及位移監(jiān)測，并及時對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行處理及分析和立即反饋，以評估當(dāng)即圍護結(jié)構(gòu)的安全性及預(yù)測變形趨勢，并以指導(dǎo)施工。所以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行快速有效的整理與分析非常重要。

表2為S8測點的圍護結(jié)構(gòu)基坑頂水平位移量測值（基坑土石方開挖完成后的監(jiān)測值）。

對S8測點的水平位移—時間曲線進行了研究分析，因其曲線與指數(shù)函數(shù)的曲線形狀類似，故本項目采用了指數(shù)函數(shù)作為S8測點水平位移實測值的回歸函數(shù)。

經(jīng)計算得到回歸函數(shù)為u=18.5367e（-2.3458/t），同時計算得相關(guān)系數(shù)為r2=0.9986，說明擬合程度較好，同時從圖4可看出實測值的曲線與回歸函數(shù)的曲線非常吻合，證明采用指數(shù)函數(shù)作為水平位移實測值的回歸函數(shù)是正確合理的。

使回歸函數(shù)u=18.5367e（-2.3458/t）中的變量t值取無窮大，得u=18.5367，即由回歸函數(shù)預(yù)測S8測點圍護結(jié)構(gòu)的最大水平位移值為18.5367mm，小于報警值（40mm）。且回歸函數(shù)的d2u/dt2均小于0，表明圍護結(jié)構(gòu)的水平位移變形速率為持續(xù)減少的，逐漸趨于穩(wěn)定。

從對S8測點水平位移變形的分析研究可知，該點在施工期間的水平位移變形是處于規(guī)范及設(shè)計所要求的安全范圍內(nèi)，所采取的圍護方案是安全可靠的。

5 結(jié)束語

與其它施工項目相比，深基坑圍護的技術(shù)還不完善，基本上采用傳統(tǒng)的土力學(xué)及當(dāng)?shù)貐^(qū)域經(jīng)驗進行設(shè)計與施工，其方案常常不是存在安全問題，就是過于保守而造成經(jīng)濟浪費。所以能夠制定出既要確保基坑絕對安全又要經(jīng)濟合理的圍護方案為工程技術(shù)人員所期望達到的目的，本文對深基坑圍護方案的設(shè)計及監(jiān)測工作進行了總結(jié)，以期在完善及豐富深基坑圍護方案方面提供一些經(jīng)驗。

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