內(nèi)支撐在基坑支護(hù)中的應(yīng)用

趙 倩

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

0 引言

近年來(lái)，隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展與城市地下空間的開(kāi)發(fā)利用，基坑工程逐步加深。對(duì)于深大基坑而言，其支護(hù)形式大體可分為圍護(hù)墻結(jié)合錨桿或內(nèi)支撐兩種。由于城市用地日趨緊張，基坑的周邊環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，當(dāng)周邊存在地下管線、地下建(構(gòu))筑物或建筑物深基礎(chǔ)時(shí)，錨桿的應(yīng)用就受到了限制，而內(nèi)支撐系統(tǒng)則具有較大的優(yōu)勢(shì)。內(nèi)支撐系統(tǒng)剛度大、控制基坑的變形能力強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，受力明確，且不必侵入周邊地下空間，是在特殊條件下進(jìn)行基坑支護(hù)的一種有效方法。本文以山西太原某基坑支護(hù)為案例，淺談內(nèi)支撐在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 擬建建筑物及基坑概況

本工程擬建建筑物為綜合體建筑，為地上3層，地下1層，高為18 m的框架建筑。擬建建筑物±787.30 m，擬建場(chǎng)地地表高程為787.68 m/787.20 m/789.0 m，基坑底標(biāo)高780.75 m/777.40 m/780.55 m/779.45 m,基坑深度6.93 m/10.28 m/8.45 m/7.13 m/9.55 m/8.55 m，周長(zhǎng)約511 m。原碎石樁處理范圍內(nèi)，基坑深度6.93 m/10.28 m/8.45 m，占現(xiàn)基坑西北側(cè)約180.0 m，見(jiàn)圖1。

1.2 周邊環(huán)境條件與設(shè)計(jì)條件

基坑西側(cè)已有建筑物基礎(chǔ)距離支護(hù)樁外邊線0.78 m～3.0 m，原建筑物地基處理方式為碎石樁。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)、水文條件及設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告提供資料，在基坑深度相關(guān)范圍，場(chǎng)地地基土自上而下依次為：

第①1層：雜填土。雜色，巖性成分主要為碎石、磚塊、雜土等生活垃圾及建筑垃圾組成，結(jié)構(gòu)松散，堆積年限為20年以上。

第①2層：素填土。褐黃色，巖性成分主要細(xì)砂、粉土及粉質(zhì)粘土等組成，結(jié)構(gòu)松散。標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N值介于4.0擊～8.0擊之間，平均5.2擊。

第②層：粉細(xì)砂。褐黃色，夾中砂、粉土、粉質(zhì)粘土透鏡體或薄層。標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N值介于5.0擊～12.0擊之間，平均6.9擊。此次勘察場(chǎng)地原體育館四周采用碎石樁進(jìn)行處理，樁長(zhǎng)7.0 m～10.0 m，樁徑800 mm，樁間距為1.7 m，此次勘察12～15，26,27,36～45鉆孔處于原碎石樁處理地基范圍內(nèi)。

第③層：粉土。褐黃色，夾粉質(zhì)粘土、砂土透鏡體或薄層。標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N值介于5.0擊～13.0擊之間，平均8.3擊。

第④層：細(xì)砂。褐黃色，局部夾粉質(zhì)粘土薄層。標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N值介于10.0擊～18.0擊之間，平均15.2擊。

第⑤層：粉質(zhì)粘土。褐黃色，夾有粉細(xì)砂。標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N值介于9.0擊～20.0擊之間，平均15.1擊。

第⑥層：細(xì)中砂。灰褐色，含少量粗礫砂。局部地段相變?yōu)榧?xì)砂層。標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N值介于16.0擊～32.0擊之間，平均23.4擊。

第⑦層：粉質(zhì)粘土。褐灰色，夾粉土薄層或透鏡體。標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N值介于18.0擊～39.0擊之間，平均20.3擊。

2.2 水文地質(zhì)條件

本次勘察深度范圍內(nèi)，揭露多層地下水。本工程混合水位埋深3.30 m～4.70 m，標(biāo)高為782.96 m～783.81 m。勘察期間為平水期，地下水位年變幅為0.8 m～1.4 m。建議抗浮設(shè)防水位高程為784.0 m。

2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)選用

根據(jù)勘察報(bào)告提供數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)取樣室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)踏勘，結(jié)合周邊項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，綜合分析本次設(shè)計(jì)主要參數(shù)取值如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)參考

3 支護(hù)設(shè)計(jì)體系

1)基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，設(shè)計(jì)使用期限為12個(gè)月。

2)基坑西側(cè)臨近已有建筑物距離較近，不考慮錨索，采用內(nèi)支撐支護(hù)；原建筑物地基處理方式采用碎石樁，常用的灌注樁工藝無(wú)法施工，故采用咬合樁，見(jiàn)圖2。

3)在有碎石樁范圍內(nèi)，采用咬合樁支護(hù)。A樁為咬合樁樁的素混凝土樁，B樁為咬合樁樁的鋼筋混凝土樁。A樁混凝土采用超緩凝混凝土，要求必須在A樁混凝土初凝前完成B樁。A樁、B樁定位誤差小于10 mm，樁的垂直度偏差小于0.3%。A樁樁徑1 000 mm，間距1 500 mm，B樁樁徑1 000 mm，間距1 500 mm，設(shè)計(jì)咬合厚度為250 mm。

A樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，混凝土緩凝時(shí)間不小于10 h，混凝土坍落度19 cm～21 cm，混凝土的3 d抗壓強(qiáng)度值R3d≤3 MPa；B樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，水下商品混凝土灌注成樁，初凝時(shí)間10 h。B樁鋼筋保護(hù)層厚度80 mm，鋼筋籠的制作偏差應(yīng)符合下列規(guī)定：鋼筋籠直徑偏差±10 mm，主筋間距偏差±10 mm，主筋長(zhǎng)度偏差±100 mm，箍筋間距偏差±20 mm，孔底沉渣厚度不大于100 mm。

樁頂設(shè)置1.4 m×0.9 m冠梁，冠梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，鋼筋保護(hù)層厚度35 mm。

在施工咬合樁前，需要做導(dǎo)墻，導(dǎo)墻采用C30混凝土，翼板寬2.0 m，厚0.3 m，導(dǎo)墻頂面高出地面100 mm，見(jiàn)圖3。

4)支撐采用φ630×16(Q235B)鋼管;一道支撐，支撐各支點(diǎn)設(shè)鋼格構(gòu)柱、水平面設(shè)聯(lián)系梁HW300×300。

基坑開(kāi)挖時(shí)開(kāi)槽施工冠梁、支撐，支撐施工應(yīng)采用開(kāi)槽架設(shè)。支撐與基坑土之間的空隙用粗砂土填實(shí)，在挖土機(jī)械的通道處鋪設(shè)道路。待冠梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%以上時(shí)，方可進(jìn)行下一步開(kāi)挖。基坑開(kāi)挖時(shí)，要注意保護(hù)支撐，當(dāng)支撐懸空時(shí)，機(jī)械設(shè)備不得接觸支撐。施工時(shí)，支撐不拆除，穿墻留洞，注意做好防水。土方回填至784.5 m，相關(guān)部門(mén)確認(rèn)后，可拆除支撐。支撐的施工偏差應(yīng)符合以下要求：支撐標(biāo)高的允許偏差應(yīng)為30 mm；支撐水平位置的允許偏差應(yīng)為30 mm。支撐預(yù)加軸向壓力800 kN。支撐上方不允許增加荷載。鋼管支撐必須遵循先支撐后開(kāi)挖的原則；相鄰支撐的水平間距應(yīng)滿足土方開(kāi)挖的施工要求；采用機(jī)械挖土機(jī)械作業(yè)的空間要求。

5)立柱樁及鋼立柱。

a.立柱樁采用A900混凝土灌注樁，立柱樁長(zhǎng)15.0 m。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，鋼筋保護(hù)層厚度50 mm。

b.鋼立柱外形尺寸呈方形460×460，肢桿用L140×16角鋼,鋼材為Q235B；綴板用440×300×12鋼板，間距0.7 m；嵌入基礎(chǔ)底面以下鋼筋混凝土灌注樁內(nèi)3.0 m。避開(kāi)梁、柱、樁、墻。

c.立柱盡量布設(shè)在支撐梁交點(diǎn)處；如不在交點(diǎn)處，節(jié)點(diǎn)區(qū)加腋，滿足主筋35d的錨固要求。

d.鋼立柱穿過(guò)主體結(jié)構(gòu)底板的部位，在底板內(nèi)設(shè)置一道或多道止水板，止水板道數(shù)應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)底板防水要求確定。止水板應(yīng)在開(kāi)挖后焊接上。主體結(jié)構(gòu)與鋼立柱相交部位做法由施工單位編制實(shí)施方案。

4 地下水控制設(shè)計(jì)

基坑四周布設(shè)三軸攪拌樁作為止水帷幕，采用管井降水。三軸攪拌樁止水帷幕，樁徑850 mm，套接一孔法。水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,每立方米水泥用量350 kg～450 kg,樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求不小于1 MPa。采用二噴二攪工藝施工，水灰比建議取1.5～2.0。

降水井設(shè)計(jì)井底標(biāo)高722.15 m(大部分進(jìn)入第⑤層)，水平間距9 m，豎向間距16.8 m正方形布置。降水井開(kāi)、終孔井徑為φ700 mm，濾水管采用φ400 mm無(wú)砂管，部分采用φ325 mm鋼管。井管外填濾層的濾料宜選用磨圓度較好、粒徑較均勻的硬質(zhì)礫砂和礫石，填礫粒徑為6倍～12倍含水層土體的平均粒徑。

回灌井回灌水量應(yīng)根據(jù)水位觀測(cè)孔中的水位變化進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，水位變化超過(guò)1.0 m開(kāi)始回灌，回灌后的地下水位不應(yīng)高于基坑底1.0 m，停止降水的時(shí)間應(yīng)滿足主體結(jié)構(gòu)施工期的抗浮要求，封井需經(jīng)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位及支護(hù)設(shè)計(jì)單位同意。回灌井兼做觀測(cè)井。

5 結(jié)語(yǔ)

上述工程案例的主要特點(diǎn)和難點(diǎn)在于周邊環(huán)境的復(fù)雜性，既有建筑物距基坑外邊線距離近0.78 m～3 m，且其地基采用碎石樁進(jìn)行了處理，給基坑支護(hù)造成了一定的難度。采用咬合樁結(jié)合內(nèi)支撐系統(tǒng)有效的解決了這一難題，基坑開(kāi)挖后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映該處最大水平位移僅8.6 mm，鄰近建筑沉降僅8.4 mm。鋼支撐具有架設(shè)和拆除施工速度快、架設(shè)完畢后不需等待強(qiáng)度即可直接開(kāi)挖下層土方，而且可以通過(guò)施加和復(fù)加預(yù)應(yīng)力控制基坑變形和支撐材料可重復(fù)循環(huán)利用經(jīng)濟(jì)性較好的特點(diǎn)，對(duì)節(jié)省基坑工程造價(jià)和加快工期具有顯著優(yōu)勢(shì)。

本文簡(jiǎn)述了內(nèi)支撐系統(tǒng)在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用，并提供了一個(gè)成功的工程案例，對(duì)類(lèi)似工程具有一定的借鑒意義。