基坑工程中快速換撐剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工

鄭 憧

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司,上海 200433)

0 引言

城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),用地也愈加緊張,基坑工程在建筑領(lǐng)域應(yīng)用也越來越廣泛。在一些房建領(lǐng)域,對于工期的要求比較緊張,但往往地下室結(jié)構(gòu)需待基坑支護(hù)水平支撐拆除后方能向上施工,對施工進(jìn)度有一定制約,為了滿足主要結(jié)構(gòu)的工期節(jié)點目標(biāo),需要采用一種用于深基坑的支撐轉(zhuǎn)換的剪力墻結(jié)構(gòu),使其基坑大部分區(qū)域可以先進(jìn)行地下室及上部結(jié)構(gòu)施工。

本文主要依托某工程,針對本工程地下室回筑階段支撐轉(zhuǎn)換施工展開了討論,提出了一種用于深基坑的支撐轉(zhuǎn)換的剪力墻結(jié)構(gòu)及其施工方法,解決大面積基坑工程中地下室結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度慢的難題。這是本文所需要探討的方向,其或許對其他地下工程項目起到一定參考與啟發(fā)的作用。

1 工程概況

1.1 建筑概況

背景工程位于上海市普陀區(qū),主要建設(shè)內(nèi)容為:新建8棟小高層建筑、1層地下車庫,本工程基坑總面積約31 000 m2,基坑總延長約900 m,開挖深度5.55 m,局部落深區(qū)深度約為1.2 m～2.9 m。

1.2 環(huán)境概況

場地總體環(huán)境如圖1所示。

1)基坑?xùn)|側(cè):場地東側(cè)為旬陽路,道路下方有市政管線穿越,距離基坑邊線最近為5.6 m,另外給水管和煤氣管基本在2倍開挖深度影響范圍內(nèi),為本工程環(huán)境保護(hù)對象,基坑施工過程中應(yīng)對其加強(qiáng)監(jiān)測。

2)基地南側(cè):場地西南側(cè)為石泉路130弄小區(qū)和石泉小區(qū)居民樓房,為4層—6層磚混結(jié)構(gòu)的老式工房,距離基坑邊線最近距離約為6.5 m,在基坑2倍開挖深度影響范圍內(nèi),是本工程重點環(huán)境保護(hù)對象。

3)基地西側(cè):場地西側(cè)為旬陽新村,為6層磚混結(jié)構(gòu)的老式公房,居民樓房距離基坑邊線最近距離約為6.5 m;場地西側(cè)下方為運營中的地鐵7號線嵐皋路—鎮(zhèn)坪路區(qū)間隧道,最近距離基坑邊約6.5 m;均為在基坑兩倍開挖深度影響范圍內(nèi)。

4)基地北側(cè):場地北側(cè)嵐皋路300弄小區(qū)居民樓房,為6層磚混結(jié)構(gòu)的老式公房,居民樓房距離基坑邊線最近距離約為9 m,是本工程重點環(huán)境保護(hù)對象。

1.3 深基坑支護(hù)設(shè)計

本工程基坑總面積約31 000 m2,基坑總延長約900 m,為確保基坑施工期間對臨近地鐵區(qū)間隧道及周邊居民樓房的安全,本工程基坑劃分為A區(qū)和B區(qū)兩個分區(qū),基坑開挖深度均為5.55 m。

1-1剖面,鄰近地鐵7號線隧道區(qū)域:B區(qū)基坑外圍全部采用φ750@950 mm鉆孔灌注樁結(jié)合φ850@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕作為圍護(hù)體,圍護(hù)樁插入基底以下8.5 m,止水帷幕插入基底以下6 m。

2-2剖面和3-3剖面,鄰近居民樓房區(qū)域:A區(qū)基坑西側(cè)及北側(cè)緊鄰居民樓房區(qū)域采用φ750@950 mm鉆孔灌注樁結(jié)合φ850@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕作為圍護(hù)體,圍護(hù)樁插入基底以下8.5 m(局部距離居民樓房較近區(qū)域插入基底以下10 m);坑內(nèi)豎向設(shè)置一道鋼筋混凝土水平支撐;A區(qū)基坑?xùn)|側(cè)及南側(cè)采用φ850@600 mm三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H700×300型鋼作為圍護(hù)體,型鋼插入基底以下8 m。

4-4剖面,基坑普遍區(qū)域:A區(qū)基坑?xùn)|側(cè)及南側(cè)采用φ850@600 mm三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H700×300型鋼作為圍護(hù)體,型鋼插入基底以下7.5 m。

1.4 基坑支撐體系設(shè)計

本工程基坑由于鄰近地鐵7號線嵐皋路—鎮(zhèn)坪路區(qū)間隧道和居民樓房,考慮到基坑整體位移變形控制以及對周邊環(huán)境的影響,基坑采用坑內(nèi)豎向設(shè)置一道鋼筋混凝土水平支撐體系[1]。

2 基坑支撐拆換設(shè)計方案

2.1 基坑支撐拆換設(shè)計思路

本工程A區(qū)基坑面積約為22 400 m2,原基坑圍護(hù)設(shè)計工況要求:待A區(qū)底板及換撐結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后,拆除第一道混凝土支撐,向上施工地下室結(jié)構(gòu)。為了確保北側(cè)居民樓的安全穩(wěn)定,加快基坑施工進(jìn)度,提出如下設(shè)計修改建議:

1)基坑北側(cè)臨近三棟居民樓房,基坑邊線距離居民基礎(chǔ)約為9 m,考慮到基坑大面積開挖對周邊環(huán)境的影響,建議先預(yù)留北側(cè)坑邊20 m范圍內(nèi)土體,基坑大底板形成并達(dá)到強(qiáng)度后,再對北側(cè)留土區(qū)域土體進(jìn)行分小塊開挖,形成一塊澆筑一塊底板結(jié)構(gòu)。

2)四棟主樓,需要拆除第一道支撐后,方可施工±0.000 m及以上主體結(jié)構(gòu),由于拆除施工速度慢,影響建設(shè)進(jìn)度,建議對基坑拆換撐工況進(jìn)行局部調(diào)整,加強(qiáng)換撐結(jié)構(gòu),對影響各棟主樓范圍內(nèi)的第一道支撐可進(jìn)行拆除。

2.2 基坑底板及換撐結(jié)構(gòu)施工范圍

在需要提前拆撐的南北向?qū)挝恢檬┕Q撐剪力墻,圖2為需要施工完成的基坑底板及換撐結(jié)構(gòu)施工范圍,上述區(qū)域底板貼圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)需設(shè)置上翻牛腿換撐結(jié)構(gòu),底板后澆帶內(nèi)設(shè)置換撐型鋼結(jié)構(gòu)。

基坑南側(cè)按1—2—3各區(qū)分塊土方開挖,務(wù)必加快土方開挖、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序的銜接,各分區(qū)自土方開挖完成至分區(qū)墊層澆筑(隨挖隨澆混凝土墊層)應(yīng)限時12 h內(nèi);基礎(chǔ)底板需在基底暴露后的24 h內(nèi)施工完成。開挖時基坑周邊10 m(從圍護(hù)內(nèi)邊線起向外計算)范圍內(nèi)堆載不得大于5 kN/m2。

2.3 基坑支撐拆除范圍

基坑提前拆撐平面范圍見圖3。

待基坑南側(cè)基礎(chǔ)底板、上翻牛腿、后澆帶換撐以及換撐剪力墻全部形成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后方可拆除基坑南側(cè)區(qū)域指定的第一道支撐。

2.4 基坑北側(cè)土方分塊開挖

基坑北側(cè)區(qū)域土方開挖具體開挖施工工況應(yīng)嚴(yán)格按分塊開挖平面示意圖(如圖4所示)及開挖步序示意圖進(jìn)行,開挖、支撐及墊層施工時應(yīng)遵循“分層、分區(qū)、分塊、退挖,對稱、限時開挖及支撐施工”的總原則,利用時空效應(yīng)原理,減少基坑無支撐的暴露時間,嚴(yán)格控制基坑變形。

按①—②—③—④—⑤—⑥各區(qū)分塊土方開挖,務(wù)必加快土方開挖、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序的銜接;開挖至基底時,分區(qū)墊層澆筑需限時12 h內(nèi);基礎(chǔ)底板需在基底暴露后的24 h內(nèi)施工完成。開挖時基坑周邊10 m(從圍護(hù)內(nèi)邊線起向外計算)范圍內(nèi)堆載不得大于5 kN/m2。

2.5 基坑支撐拆換設(shè)計工況

工況一:基坑北側(cè)留土寬度大于25 m,基坑南側(cè)區(qū)域進(jìn)行土方開挖,留土邊坡不大于1∶1.5,設(shè)置100 mm厚C20掛網(wǎng)(φ6@200 mm×200 mm)噴混凝土護(hù)坡層(見圖5)。

工況二:基坑南側(cè)區(qū)域開挖至基底后及時澆筑墊層,并施工基礎(chǔ)底板及上翻牛腿換撐結(jié)構(gòu);后澆帶內(nèi)設(shè)置換撐型鋼;在需要提前拆撐的南北向?qū)挝恢檬┕Q撐剪力墻(見圖6)。

工況三:基坑南側(cè)基礎(chǔ)底板、上翻牛腿、后澆帶換撐以及換撐剪力墻全部形成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后方可拆除基坑南側(cè)區(qū)域指定的第一道支撐,分塊、分段開挖基坑北側(cè)留土至基底標(biāo)高(見圖7)。

工況四:基坑北側(cè)開挖至基底后及時澆筑墊層,施工剩余的基礎(chǔ)底板及上翻牛腿換撐結(jié)構(gòu)(見圖8)。

工況五:基坑北側(cè)剩余底板及換撐結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度,拆除剩余第一道支撐,完成本項目剩余地下結(jié)構(gòu)的施工,并采用中粗砂對地下室外墻與圍護(hù)樁間的空隙進(jìn)行密實回填(見圖9)。

2.6 基坑支撐拆換節(jié)點

換撐剪力墻墻厚500 mm,截面為梯形,上底寬5 m,下底寬6 m,墻高4 m。原支撐鋼格構(gòu)柱外包鋼筋混凝土,尺寸擴(kuò)大為1 000 mm×1 000 mm,與換撐剪力墻一起澆筑施工(見圖10);原支撐結(jié)構(gòu)表面鑿毛,外包鋼筋混凝土,尺寸擴(kuò)大為1 300 mm×1 300 mm,與換撐剪力墻一起澆筑。圖中混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級均為C30,鋼筋保護(hù)層厚度均為30 mm,均采用HRB400級鋼筋(見圖11)。

3 基坑支撐拆換撐施工情況

現(xiàn)場基坑實際回筑施工過程中,在需要提前拆除部位整體澆筑剪力墻結(jié)構(gòu)底部與地下室結(jié)構(gòu)底板,并在該地下室結(jié)構(gòu)底板處設(shè)置一下翻剪力槽。支撐豎向鋼立柱外包混凝土與剪力墻結(jié)構(gòu)整體澆筑進(jìn)行加強(qiáng)。對需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的支撐結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)頂部連接區(qū)域,鑿毛支撐結(jié)構(gòu)外包混凝土,并設(shè)置環(huán)形剪力槽,通過新增箍筋和插筋的方式與剪力墻結(jié)構(gòu)頂部進(jìn)行連接,澆筑混凝土形成整體,待剪力墻結(jié)構(gòu)形成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后,對影響地下室及上部結(jié)構(gòu)施工影響的水平支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除轉(zhuǎn)換,以便于主體結(jié)構(gòu)施工。此措施實際節(jié)約了約25 d施工工期,實現(xiàn)了業(yè)主預(yù)定開售節(jié)點目標(biāo)。現(xiàn)場換撐剪力墻施工圖見圖12。

4 實測數(shù)據(jù)分析

選取基坑北側(cè)圍護(hù)樁測斜(CX1,CX4)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比(見圖13—圖15)。

本工程換撐剪力墻施工完成并拆除第一道支撐后,基坑北側(cè)累計最大位移約為12 mm,圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形位移滿足上海市DG/T J08-61—2018基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中環(huán)境保護(hù)等級二級3‰H(開挖深度)=17 mm的位移控制要求,與基坑圍護(hù)設(shè)計計算結(jié)果相符,證明了此基坑換撐剪力墻設(shè)計方案及現(xiàn)場采取的一系列施工措施是有效的。

5 結(jié)語

本換撐措施是在周邊環(huán)境條件復(fù)雜的情況下進(jìn)行的施工,是一項復(fù)雜而帶風(fēng)險的綜合性地下工程。通過采取有效措施,大幅縮短了施工工期,取得了較好的施工效果。

1)本工程換撐剪力墻施工完成并拆除第一道支撐后,基坑北側(cè)累計最大位移約為12 mm,圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形位移滿足上海市DG/T J08-61—2018基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中環(huán)境保護(hù)等級二級3‰H(開挖深度)=17 mm的位移控制要求,與基坑圍護(hù)設(shè)計計算結(jié)果相符,基坑北側(cè)居民樓房基礎(chǔ)最大位移13.5 mm,均滿足規(guī)范要求。證明了設(shè)計方案及現(xiàn)場討論采取的一系列措施是有效的。

2)施工時應(yīng)嚴(yán)格地面荷載,禁止坑邊堆土。

3)注意分層分塊開挖,挖土分區(qū)長度應(yīng)不大于30 m,開挖到底后,盡快施工底板,減少基坑暴露時間,墊層可采取加厚配筋等措施;在施工過程中,嚴(yán)禁超挖。

4)對鄰近環(huán)境保護(hù)對象處加強(qiáng)監(jiān)測;應(yīng)編制專項監(jiān)測方案,在拆除對撐以及剪力墻中應(yīng)設(shè)置應(yīng)力監(jiān)測。

5)應(yīng)了解周邊建筑物以及管線等的沉降、變形情況,在準(zhǔn)備提前拆撐前應(yīng)根據(jù)建筑物的變形以及沉降情況,綜合判定是否要實施提前拆撐方案,如住宅沉降變形不穩(wěn)定,應(yīng)慎重考慮采用此措施。