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某职工住宅楼深基坑防护及监测技术

  摘要: 结合工程实例,阐述了深基坑围护结构的设计方案、施工关键技术、监控量测及数据分析处理的方法。
  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.
  关键词: 深基坑;围护结构;施工技术;监控量测;回归曲线
  Key words: deep foundation pit;enclosure structure;construction technology;monitoring measurement;regression curve
  中图分类号:TV551.4 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2018)07-0099-03
  0 引言
  近年来,随着城市建设的发展,建筑物的规模日趋庞大,高大建筑往往伴随着深大基坑,且城市建筑的深大基坑通常地处城市的繁华中心地带,所以基坑防护的安全可靠性显得尤其重要。故深基坑围护结构的设计和施工成为地下工程领域的研究重点及难点,采取什么样的围护方案确保基坑施工的绝对安全,且经济合理,已成为广大工程技术人员急于解决的问题。本文通过工程实例对深基坑围护方案及监测分析技术进行了总结,为往后的深基坑围护方案设计、施工及监测积累借鉴经验。
  1 工程简介
  中铁十七局第一工程有限公司职工住宅综合楼基坑围护工程位于太原市小店区人民北路以西,中铁十七局中心医院以北。本基坑南北长约80m,东西宽约50m。基坑开挖底标高为-11.450(765.0),基坑围护设计深度H为10.0m。安全等级为一级,使用年限为两年。
  
  该基坑东侧为人民北路,西侧为中铁十七局一处六层住宅楼,北侧红线外为钢结构2层菜市场,南侧为中铁十七局中心医院,如图1所示。
  基坑范围内自上至下主要由杂填土、粉土、粉质粘土、粉细砂、粉质粘土等组成。实测地下静止水位埋深介于3.6~4.4m之间,静止水位标高介于-5.77m~-4.92m之间。
  2 支护方案的确定
  
  ①本着技术先进、经济合理、保护环境和安全适用的原则,考虑到工程地质情况、施工工期及周边施工现场条件等,结合当地施工经验,并进行了多种方案的研究与比选,最终决定基坑周圈采用SMW工法加两道预应力型钢组合式支撑。止水帷幕采用三轴水泥搅拌桩,降水采用坑内管井降水,基坑围护结构如图2所示。
  ②单排三轴水泥搅拌桩桩径850mm,咬合250mm,桩长19.0m,桩顶标高为-2.950m;采用套接一孔法,二喷二搅工艺。水泥均采用42.5级普硅水泥,每立方米水泥用量不小于360kg(基坑西侧不小于400kg)。桩体无侧限抗压强度要求不小于0.8MPa。
  ③三轴水泥搅拌桩内插入H型钢700×300×13×24(Q235),H型钢长度为18.0m。H型钢插一跳一,间距1200mm。
  ④冠梁高度600mm,宽度为1200mm。梁顶标高均为-2.950m。混凝土等级:C30。
  ⑤预应力型钢组合支撑的所有钢构件均在工厂定制,并且均以10.9级M24×8.0高强螺栓连接,螺栓材料为20MnTiB;支撑为H350×350×12×19型钢,Q345b;型钢围檩为H400×400×13×21型钢,Q345b,型钢围檩内焊接加劲板,在三角件部位和支撑连接部位按每道围檩1块/1000,其余部位按1块/3000布置;立柱、横梁均为H300×300×10×15型钢,Q235。
  3 围护结构施工关键技术及措施
  
  ①水泥搅拌桩施工前对施工机械及设备进行检查维修,核实钻头直径,以确保施工连续顺利进行;做好水泥浆的配比、制备及过滤,控制提钻杆速度,确保均匀喷浆��拌;严格进行桩位定位,施钻时使钻杆保持垂直,以最大能力确保帷幕桩的搭接咬合尺寸;相邻桩体的施作时间间隔要控制在12h内;搅拌桩施作按二喷二搅工艺,水灰比为1.5~1.8。在基坑西侧施工时,严格控制施工速度,每天施作搅拌桩控制在5幅以内,同时速凝剂的掺入适量增加。
  ②当施作三轴水泥搅拌桩存在难度,或帷幕桩施作时出现中断而致使出现薄弱搭接处时,采用双重管高压旋喷桩对帷幕桩实施补桩。双重管高压旋喷桩桩径600mm,桩相互搭接咬合200mm,桩顶标高-1.450,桩长19.0m。水泥均采用42.5级普通硅酸盐水泥,每延米水泥用量 250kg。桩体无侧限抗压强度要求不小于4MPa。
  ③在基坑西侧,既有住宅楼的东侧采用双重管高压旋喷桩预加固措施,在三轴搅拌桩施工前完成,桩顶标高-1.450,桩长15.0m。
  
  ④型钢插入和拔除。型钢插入前对型钢表面清灰除锈,检查其直线度,焊接接长的质量,在干燥状况下刷涂热融的减摩剂。为便于起拔回收型钢,采用油毡等硬质隔离材料将型钢与冠梁砼隔。宜在搅拌桩施做完成30min内进行插入型钢,插入型钢采用特制的牢固定位导向架。本项目型钢插入主要依靠自重下沉到位,同时辅以带有液压钳的振动锤压入。型钢下沉到位后用吊筋固定型钢,待搅拌桩硬化达到一定强度后撤除吊筋与槽沟定位型钢。当主体地下结构施工完成,且基坑回填密实后方可回收型钢。型钢拔除回收采取跳拔,规定每日拔除数量等措施,并及时注浆充填型钢拔出后的空隙。   ⑤基坑钢支撑构件主材的拼接焊缝及翼缘、腹板与端(底)板对接焊缝按二级焊缝进行质量控制,其余均按三级焊缝质量标准,其焊缝长度一律满焊。严禁雨雪天气露天焊接构件,施焊前清除干净焊区表面潮湿或冰雪,风力超四级焊接要采取防风措施。多层焊接、构件变形矫正等施工均要严格按照相关规范及设计要求进行。
  ⑥施工前对钢支撑构件的完整程度和力学性能进行检查和检测;分组安装支撑,预应力分级按总预应力的20%、50%和30%进行施加,施加时结合监测和巡查结果进行信息化施工。土方开挖范围内的支撑受力路径应闭合。
  ⑦土方开挖前于基坑周边设置排水沟,防止地表水流入基坑。同时硬化周边地表,避免地面水的渗入。基坑周边不得设置易漏水的厕所、冲凉房等设施。基坑土方开挖时于基坑内设置排水沟和集水井。雨季基坑开挖时加强防水措施,避免浸泡基坑。基坑土方施工时围护结构上部2m范围内不得有堆载,围护结构上部放坡顶部2m~15m范围内地面堆载不得大于设计规定的20kN/m荷载限值。分层分段间隔开挖基坑土体,分段长度≯30m,分层厚度≯3m,支撑两端对称开挖。严禁超挖,基坑底预留30cm厚采用人工开挖修整,并防止坑底土扰动。砼垫层随挖随浇,即开挖至基坑标高的24h内浇筑完成垫层。尽量减少基底暴露时间,控制基底的回弹隆起。严禁施工机械碰撞基坑围护结构、钢立柱和井点管。为了避免立柱承受不对称土压力,挖土前掏空立柱周边。
  ⑧支撑拆除时加强监控量测及巡查,一旦出现异常,立即停工,根据现场情况制定紧急措施并实施。拆撑采取有效措施保证主体结构,避免拆撑对其产生不良影响。
  4 沉降及位移变形监测
  基坑围护系统在施工期间因受到工程地质情况、荷载分布特点、材料性质、现场施工条件及外部其它复杂因素的共同影响下,难以在理论分析上全部考虑各种因素的影响作用及预见可能的安全风险。所以,很有必要在理论分析的基础上对现场围护结构辅以位移及变形监控量测。
  4.1 沉降及位移变形监测方案
  ①施工前认真勘察周边地下管线设置情况,在不受围护结构变形影响的位置,设置水准基点、变形监测基点,并在施工期间妥善保护。②在围护结构施工前完成各项监测基点的布设,并测定监测初始值,本项目沉降及水平位移监测点布设如图3所示。③按照规范规定的频率,并结合本项目现场实际情况,制定监测频率及各项位移变形报警值,并严格实施监测,本项目监测频率及报警值取值见表1。④基坑开挖期间安排专人对基坑进行巡查。重点巡查地表及人民北路路面是否发生裂缝、沉陷;周边的宿舍楼等建筑、围护结构及冠梁是否产生裂缝及较大变形等。
  4.2 围护结构及建筑监测数据处理及分析
  需�栏癜匆�求的频率进行围护结构、附近建筑、管线沉降及位移监测,并及时对监测的数据进行处理及分析和立即反馈,以评估当即围护结构的安全性及预测变形趋势,并以指导施工。所以对监测数据进行快速有效的整理与分析非常重要。
  表2为S8测点的围护结构基坑顶水平位移量测值(基坑土石方开挖完成后的监测值)。
  对S8测点的水平位移―时间曲线进行了研究分析,因其曲线与指数函数的曲线形状类似,故本项目采用了指数函数作为S8测点水平位移实测值的回归函数。
  经计算得到回归函数为u=18.5367e(-2.3458/t),同时计算得相关系数为r2=0.9986,说明拟合程度较好,同时从图4可看出实测值的曲线与回归函数的曲线非常吻合,证明采用指数函数作为水平位移实测值的回归函数是正确合理的。
  使回归函数u=18.5367e(-2.3458/t)中的变量t值取无穷大,得u=18.5367,即由回归函数预测S8测点围护结构的最大水平位移值为18.5367mm,小于报警值(40mm)。且回归函数的d2u/dt2均小于0,表明围护结构的水平位移变形速率为持续减少的,逐渐趋于稳定。
  从对S8测点水平位移变形的分析研究可知,该点在施工期间的水平位移变形是处于规范及设计所要求的安全范围内,所采取的围护方案是安全可靠的。
  5 结束语
  与其它施工项目相比,深基坑围护的技术还不完善,基本上采用传统的土力学及当地区域经验进行设计与施工,其方案常常不是存在安全问题,就是过于保守而造成经济浪费。所以能够制定出既要确保基坑绝对安全又要经济合理的围护方案为工程技术人员所期望达到的目的,本文对深基坑围护方案的设计及监测工作进行了总结,以期在完善及丰富深基坑围护方案方面提供一些经验。
  参考文献:
  [1]中国土木工程学会土力学及岩土工程分会.深基坑支护技术指南[M].北京:中国建筑出版社,2012,03.
  [2]许清根,龚浩,周庆荣,赵抚民.深基坑支护结构方案设计要点[J].江西科学,2013(12).
  [3]苏德利,刘文顺.深基坑支护方法的比较与选择[J].焦作大学学报,2010(02).

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