樁撐支護(hù)體系在改擴(kuò)建工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

葉 培 權(quán)

(朔州市朔城區(qū)城建技術(shù)服務(wù)公司，山西 朔州 140602)

1 工程概況

本工程為朔州市朔城區(qū)人民醫(yī)院門診住院綜合樓改擴(kuò)建工程，主樓地上15層、裙樓5層，兩層地下車庫(kù)；主體結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為梁式筏板基礎(chǔ)，地基處理采用CFG樁；地下車庫(kù)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為柱墩加筏板。

基坑長(zhǎng)約為99 m，寬約為60 m。場(chǎng)地自然地面標(biāo)高1 099.000 m，基坑開挖底標(biāo)高分別為1 088.330 m，1 087.730 m；基坑深度H分別為10.67 m,11.27 m。基坑底部有電梯井、集水井，該部分待基底墊層施工完畢后單獨(dú)開挖。

2 周邊環(huán)境

基坑?xùn)|側(cè)距原有住院樓(10F/1F)14.5 m，南側(cè)距鄯陽(yáng)街11.5 m，西側(cè)距原有急診科樓(2F)1.55 m，北側(cè)距職工餐廳(1F)18.5 m。且距基坑北側(cè)7 m處有一條東西向的管溝，內(nèi)置電纜、氧氣管道、供水管等管線，埋深2.5 m；距基坑北側(cè)2.5 m處有一眼深水井，井深150 m左右。

原有急診科樓和深水井仍在正常使用和運(yùn)行。基坑周邊環(huán)境如圖1所示。

3 工程地質(zhì)條件

1)場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g。建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.4 m。

2)依據(jù)《朔州市朔城區(qū)人民醫(yī)院門診住院綜合樓改擴(kuò)建項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告》，支護(hù)范圍內(nèi)主要是雜填土、粉土、粉質(zhì)黏土等，實(shí)測(cè)地下靜止水位標(biāo)高介于-15.44 m～-16.27 m(1 083.08 m～1 083.91 m)之間。地基土的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ的確定如表1所示。

表1 土層各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)表

4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的確定

4.1 工程難點(diǎn)

1)基坑西側(cè)緊鄰急診樓，在基坑開挖過(guò)程中急診科室仍正常運(yùn)營(yíng)，保證其安全穩(wěn)定是本項(xiàng)目重中之重。

2)工程支護(hù)樁和土方作業(yè)量大，對(duì)周邊環(huán)境要求較高。

3)項(xiàng)目位于正在運(yùn)行的人民醫(yī)院院內(nèi)，場(chǎng)地狹窄，生產(chǎn)設(shè)施安置較為困難。

4.2 技術(shù)難點(diǎn)

1)鋼支撐安裝節(jié)點(diǎn)較多，當(dāng)構(gòu)造不合理或施工不當(dāng)時(shí)，很容易造成節(jié)點(diǎn)變形而導(dǎo)致基坑過(guò)大的水平位移，安裝質(zhì)量較難保證；鋼支撐安裝時(shí)離未開挖的土方距離狹小，焊接的作業(yè)空間不夠，焊接質(zhì)量較難保證。2)由于鋼構(gòu)件在重復(fù)使用的過(guò)程中多次焊接和割斷，不可避免的存在溫度殘余應(yīng)力，容易造成鋼構(gòu)件局部壓曲失穩(wěn)。

4.3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

結(jié)合本工程實(shí)際、施工工期及周邊施工場(chǎng)地的情況，基坑采用鋼筋混凝土灌注樁加鋼管支撐的支護(hù)形式，以達(dá)到既能節(jié)約施工場(chǎng)地，又能很好地控制基坑變形的目的。基坑支護(hù)平面布置圖如圖2所示。

4.4 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)

1)經(jīng)濟(jì)合理。與鋼筋混凝土支撐的不可逆性相比，鋼管支撐則可以重復(fù)使用，在施工過(guò)程中僅需承擔(dān)鋼管支撐的租賃費(fèi)用，從而在很大程度上節(jié)約了工程成本、減少工程造價(jià)。

2)縮短工期。鋼筋混凝土灌注樁的適用性強(qiáng)，施工簡(jiǎn)便；鋼管支撐屬于預(yù)制構(gòu)件，可在施工前根據(jù)所需量租賃，施工時(shí)不用考慮齡期影響，且安裝和拆卸方便。二者結(jié)合使用能大力加快施工進(jìn)度，節(jié)約施工工期。

3)節(jié)約施工場(chǎng)地。鋼筋混凝土灌注樁屬于垂直支護(hù)，可用于基坑開挖深度較深、周邊環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)地，施工時(shí)所需占用場(chǎng)地空間較小，因而能節(jié)約施工場(chǎng)地。

4)增大作業(yè)面。方案中角撐居多，布置在基坑角部，基坑中部?jī)商帉?duì)撐，所以坑內(nèi)預(yù)留場(chǎng)地寬闊，便于坑內(nèi)土方作業(yè)。

5 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 鋼筋混凝土灌注樁

1)支護(hù)樁采用φ800鋼筋混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)17.5 m/16 m，樁間距1 400 mm，鉆孔成孔。

2)混凝土等級(jí)：C30;鋼筋采用：HPB300(φ)，HRB400()。

3)縱向受力筋的混凝土保護(hù)層厚度為50 mm。

本文選取設(shè)計(jì)方案中典型剖面作示例，見圖3。

5.2 冠梁

冠梁沿支護(hù)樁頂通圈澆筑，冠梁1寬900 mm(冠梁寬一般不大于樁徑),高800 mm，冠梁2寬900 mm，高600 mm。冠梁可保證排樁的剛度和承載能力，有效改善每根樁的受力性能和變形狀態(tài)，對(duì)減小樁身位移起到一定的控制作用，因此與樁的連接必須可靠。

混凝土等級(jí)為C30，鋼筋采用：HPB300(φ)，HRB400()。保護(hù)層厚度為35 mm。

5.3 鋼管支撐

鋼管支撐采用單管鋼支撐(GZC)φ609×16，聯(lián)系桿(LXG)采用φ273×8，鋼材均為Q235。鋼管(GZC)采用法蘭盤螺栓連接，端部對(duì)鋼管支撐施加預(yù)應(yīng)力，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力為600 kN。支撐布置航拍圖見圖4。

端頭斜撐嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸和角度加工焊接、安裝，保證支撐為軸心受力且焊接牢固，能采取雙面焊的必須雙面焊，不能采取雙面焊的要求采用坡口焊。

設(shè)計(jì)時(shí)考慮因溫度應(yīng)力所導(dǎo)致的15%的支撐軸力對(duì)穩(wěn)定性的影響；施工上遇到高溫時(shí)，考慮對(duì)鋼支撐進(jìn)行物理降溫，例如麻袋淋水等；加強(qiáng)鋼支撐節(jié)點(diǎn)的控制，支撐的平面約束做成三角形的高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)。

5.4 鋼立柱

方形鋼立柱外形尺寸420 mm×420 mm，支桿用L125×12角鋼，鋼材為Q235；綴板用-400×300×8鋼板，間距0.7 m；鋼立柱嵌入基礎(chǔ)底面以下支撐樁內(nèi)3.0 m。

5.5 拆除設(shè)計(jì)工況

1)完成基礎(chǔ)底板及防水做法后，將基礎(chǔ)與樁間用C15素混凝土填實(shí)。

2)完成標(biāo)高1 093.600 m樓板及外墻做法后，將外側(cè)墻土回填(回填土要滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求)，在樓板位置通長(zhǎng)澆筑C30素混凝土300 mm厚的圈梁。

3)待結(jié)構(gòu)梁板及圈梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，拆除支撐。

4)拆除期間，監(jiān)測(cè)單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)圍護(hù)體和周圍建筑物的監(jiān)測(cè)。

5.6 土方開挖

1)基坑周邊地面必須做排水溝，避免地面水流入基坑內(nèi)，地面必須硬化，防止地表水滲入基坑。

2)土方開挖應(yīng)分層、分段、適時(shí)、均衡進(jìn)行，支撐部分應(yīng)對(duì)稱開挖。

3)基坑開挖至支撐標(biāo)高時(shí)，作業(yè)面低于本層支撐底標(biāo)高500 mm，禁止超挖。

4)土方開挖順序：a.第一層的開挖深度，挖至冠梁頂標(biāo)高處，開挖深度約2.5 m，設(shè)計(jì)標(biāo)高-2.85 m。基坑周邊根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行刷坡，并掛網(wǎng)噴射混凝土。b.第二層土方開挖。第二層土方開挖至鋼支撐底部以下500 mm，開挖深度1.2 m，設(shè)計(jì)標(biāo)高-4.05 m，開始冠梁及CFG樁的施工。c.第三層土方開挖，采用中間拉槽施工，開挖深度約3 m，設(shè)計(jì)標(biāo)高-7 m。采用反鏟挖掘機(jī)拉槽，自卸汽車運(yùn)輸。d.第四層土方開挖，采用小型挖掘機(jī)拉槽和送土，反鏟挖掘機(jī)裝土，自卸汽車運(yùn)輸，開挖深度約3 m，設(shè)計(jì)深度-10 m。e.第五層土方開挖主要是CFG樁樁間土的開挖及裙樓、地庫(kù)基底整平處理。使用小型挖掘機(jī)配合人工進(jìn)行開挖，挖土至基底標(biāo)高200 mm～300 mm時(shí)，應(yīng)停止機(jī)械開挖，而采用人工開挖以免超挖，擾動(dòng)基底。

鋼支撐與冠(腰)梁通過(guò)活絡(luò)頭連接,見圖5。

6 基坑開挖及監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

6.1 基坑開挖主要施工節(jié)點(diǎn)

深基坑開挖主要進(jìn)度計(jì)劃安排如表2所示。

表2 主要施工進(jìn)度計(jì)劃表

6.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

基坑在開挖過(guò)程中由具有監(jiān)測(cè)資質(zhì)的第三方監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，整個(gè)開挖過(guò)程基坑頂部水平位移及豎向位移變形量均在規(guī)范要求的安全范圍內(nèi)，基坑變形控制良好。

其中，基坑頂部最大水平位移量為13.6 mm，此變形量對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移變形圖見圖6。

由圖6可知，基坑頂部水平位移值隨開挖進(jìn)度的進(jìn)行而增大。在第五層土方開挖完成前變化率呈增大趨勢(shì)，說(shuō)明基坑開挖過(guò)程中坑內(nèi)土體減少導(dǎo)致基坑內(nèi)外土壓力差變大，此時(shí)基坑更易受基坑內(nèi)側(cè)土體裸露時(shí)間及基坑本身長(zhǎng)、寬比的影響；之后變化率則逐漸變小并趨于穩(wěn)定，表明基坑回填對(duì)坑外土體進(jìn)行反推力，減小土壓力差，同時(shí)樁撐體系有效連接成整體，從而控制基坑變形。

7 結(jié)論

本文以朔城區(qū)人民醫(yī)院門診住院綜合樓改擴(kuò)建工程為依托，通過(guò)成功使用鋼筋混凝土灌注樁加鋼管支撐的支護(hù)形式，分析得到如下主要結(jié)論：

1)鋼筋混凝土灌注樁適用性強(qiáng)，可用于基坑開挖深度較深、周邊環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)地，施工簡(jiǎn)便。

2)鋼管支撐自重輕、安裝和拆卸方便、可重復(fù)利用，因此能節(jié)約工期，降低造價(jià)。

3)二者可以根據(jù)不同工程需求進(jìn)行多種多樣的組合支護(hù)，更有效地控制基坑變形，應(yīng)用靈活。

本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的成功應(yīng)用既印證了樁撐組合支護(hù)的合理性，又能為以后同類工程提供參考價(jià)值，具有一定的指導(dǎo)意義。