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1、硕士论文-理工科类-紧邻地铁的深基坑支护施工技术 紧邻地铁的深基坑支护施工技术紧邻地铁的深基坑支护施工技术【摘要】深圳星河酒店基坑两侧紧邻地铁,周边环境复杂,开挖深度达 18.6m。该基坑支护主要为钻孔及人工挖孔咬合桩,为适应基坑周围环境的多样 性,还采用了锚杆、植筋墙,利用结构本体换撑,静爆加切割拆除内支撑等工艺。 分析了该基坑不同部位水平位移的原因,及基坑变形特征。经监测,基坑变形各 项指标均在设计的控制标准之内,取得了令人满意的基坑支护效果。可供类似工 程借鉴。【关键词】深基坑;内支撑;换撑;位移引言在深基坑开挖的施工过程中,基坑内外的土体应力状态将发生改变,即由原 来的静止土压力状态向
2、被动或主动土压力状态转变,其改变将引起围护结构承受 荷载并导致围护结构和土体的变形,围护结构的内力与变形中的任一量值超过容 许范围,都将造成基坑的失稳破坏和使周围邻近建筑物及设施失效或破坏。因此 基坑稳定及变形对周围已有建筑物的安全有着至关重要的作用,控制基坑变形尤 其是复杂环境中的基坑变形成为工程界急需解决的一个难题。1 工程概况星河发展中心位于深圳市福田中心区,中心五路与福华三路交汇处。总建筑 面积 122357.94m2地下四层建筑面积 3387906m2,裙楼为四层,两座塔楼为酒店及办公楼,酒 店 24 层,办公楼 21 层,最大高度为 99.85m。基坑东西长 55.75m、南北长
3、176.0m,深 18.6m,面积达 8551.2m2。该工程为桩筏基础,地下室底板标高-17.7m,电 梯井部分局部开挖深度为 22m。基坑周围环境极为复杂(见图 1),北边紧邻深圳地铁一号线和会展中心 5 号 出口,西边紧邻深圳地铁四号线和会展中心地铁 4 号出口,且 4 号出口已在建筑 红线范围内,东侧为金中环商务大厦,其基础埋深 15.3m,为桩筏基础。2 工程地质条件场地土层从上至下为素填土:由粉质粘土堆填而成,层厚 6m;粉土:层厚 1.5m;淤泥质粉细砂:灰黑色,局部夹薄层淤泥和泥炭,层厚 4m;中粗砂:饱和,稍 密、含粘土,层厚 3.5m;含砾粉质粘土:层厚 2m;砾质粉质粘土
4、:层厚 6m; 全风化中粒花岗岩:层厚 7m;强风化中粒花岗岩:层厚 5m;中风化中粒花岗岩:层 顶埋深约 26.5m。土层的物理力等性质指标见表 1。3 基坑支护方案1)基坑东西侧支护方案基坑西侧支护采用钻孔咬合桩加内支撑结构支护,桩径 1.2m,桩间距 1.0m, 素砼桩与钢筋砼桩交错咬合搭接。针对基坑东侧金中环基坑,若采用钻孔灌注桩 支护,施工机械的行走对土的扰动可能对邻近的基坑支护结构产生影响,为避免 本基坑的施工对金中环基坑支护结构造成损害,选用桩径 1.2m,桩间距 1.15m 的 人工挖孔咬合桩支护,搭接 20cm。此段单独另设置止水帷幕。东侧其余部分,采 用桩径 1.2m,桩间
5、距 1.5m 的钻孔桩支护,桩间旋喷止水。基坑东西两侧采用三 道混凝土支撑结构,预防地铁支护墙位移。支撑截面为 1.0m1.2m,砼 C30 浇筑 而成。基坑西侧紧邻深圳市 4 号地铁,西北角处,基坑与地铁距离仅为 3.5m,经 分析可在地铁支护墙上植筋,形成基坑植筋墙,将内支撑撑到现浇的植筋墙上,以 免支撑体系直接与地铁一层支护结构接触。2)基坑南北侧支护方案基坑南侧为高层建筑和道路,采用钻孔咬合桩加四道锚索支撑,角点处增加 角撑。基坑北侧距深圳地铁 1 号线约 18m,距会展中心 5 号出口 7m,地铁 1 号线 开挖深度约 15.8m,并且存在一条埋深达 9m 的电缆沟,结合本侧距地铁有
6、一段距 离的实际情况,设计考虑做钻孔咬合桩加五道锚索的支撑体系(见图 2)。4 基坑支护施工技术为确保基坑变形不超过容许范围,须控制每道工序质量,即支护桩成桩阶段、 土方开挖和内支撑施工阶段、内支撑拆除阶段。4.1 支护桩成桩阶段本阶段控制的重点是:西、北侧紧邻地铁处钻孔咬合桩的施工。咬合桩起到挡土止水作用要严格控制其施工质量,具体要求如下:1)A 类桩混凝土采用超缓凝混凝土,混凝土缓凝时间60h,混凝土强度 C15, 混凝土坍落度为 14cm,混凝土的 R3d 不大于 3MPa。要求必须在 A 类桩混凝土初 凝前完成 B 类桩。施工顺序为 A1A2B1A3B2A4B3(见图 3)2)桩定位误
7、差10mm,桩的垂直度偏差0.3%;3)设计咬合厚度为 200mm;4)B 类桩为钢筋混凝土桩,混凝土强度 C30,初凝时间 10h。4.2 基坑开挖及内支撑施工阶段基坑开挖和内支撑梁施工交替进行,内支撑主梁的截面为 1.0m1.2m,连系 梁为 0.6m0.8m,内支撑柱直径为 1m,共 68 根。1)内支撑柱采用钢筋混凝土柱和部分钢柱,用人工挖孔的方法在土方开挖前 做好。2)内支撑梁采用钢筋混凝土结构,施工分三道四榀进行,与土方开挖配合施 工,挖一层施工一层。3)锚索施工:基坑北侧五排锚索,基坑南侧四排锚索,配合土方开挖分层施工。本阶段控制的重点是:土方分层开挖、对称支撑和锚索施工以及工序
8、间的配 合与协调。4.3 内支撑拆除阶段对于该基坑的内支撑拆除,若单纯用切割,此法对地铁无影响,但基坑内垂直 吊运的廻转半径有限制,且机械设备使用频繁施工造价较高。采用固体膨胀挤压 静态爆破的方法进行支撑梁的拆除,此法基本无振动,对地铁影响较小,但混凝土 清渣量大。综合以上考虑,本工程考虑采用以静爆为主,切割为辅的方法进行支 撑梁的拆除作业。沿基坑西侧、基坑东北侧汽车吊站位点廻转半径范围内,尽可 能采用切割方法。支撑梁柱结点处采用切割方法,切割点距离支撑柱 150mm,防 止静爆钻孔振动影响。支撑梁及腰梁采用静爆拆除。拆除作业在下层结构本体(含该层延伸到支护体的梁板)混凝土强度达到设 计强度的
9、 90%以上后进行,用下层结构本体替换上层水平支撑,即为换撑。换撑 是否成功将直接影响基坑的水平位移和基坑支护安全。卸荷顺序:1)每层每片支撑梁的卸荷顺序为跨中系杆卸荷-跨边系杆(对称进行)卸荷- 角撑卸荷-主撑卸荷。2)卸荷严格按照对称、平衡约束控制,保持换撑平稳过度,防止支撑柱变形。本阶段控制的重点是:支撑拆除对称、均匀,下层结构本体替换上层水平支 撑的换撑。5 基坑监测为确保基坑支护结构的安全运行,在基坑支护施工过程中,对基坑、周围建 筑物、周围道路管线的位移进行了监测,以及深层土体位移监测,桩身,锚杆和支 撑的应力监测和地下水位监测。5.1 位移监测该基坑共布置了 16 个水平位移监测
10、点及 10 个垂直位移监测点(见图 4)。基坑深层位移见图 5。4 个基坑深层水平位移测点其曲线变化均呈两端头小,中 间大的特点。由于基坑围护灌注桩顶部受压顶梁的约束作用较大,故在基坑开挖 过程中桩顶部的位移始终保持较小值。基坑的深层水平位移由桩顶逐渐沿深度 开始增加。10m 左右处达到最大值,而后逐渐减小,在距地面约 26m 处趋于 0,说 明本工程基坑开挖时位移影响最大深度为基坑开挖深度的约 1.4 倍,而支护桩长 为 36m,稍大于位移影响深度,比较合理。图 5 中 CX1 桩顶位移出现负值,是因为 施加的内支撑轴力大于基坑侧壁土压力。同时 CX3 中也存在类似的情况,因为预 应力锚索的
11、所施加的应力大于基坑的土压力。比较 CX1,CX2,CX3,CX4 的位移发 现,CX1 以及 CX3 测得的最大水平位移大于 CX2 和 CX4 测得的最大水平位移,原 因是临近地铁出入口位置的监测点位移较小,因为地铁出入口处原基坑开挖的面 积大,开挖后的出入口基坑离本工程的基坑支护距离很近,且地铁基坑处的支护 为三桩咬合因此整体刚度大,同时,随着开挖的进行,两个支护桩之间的土压力越 来越小,因此相对位移较小。桩顶水平位移在开挖期间增长较快,随着开挖和支护的完成,位移增长逐渐 变缓,60d 以后基本稳定,其中 CX3 测点的位移最大,约为开挖深度的 0.1%。以 CX3 监测点说明不同工况下
12、的桩顶水平位移的动态变化(见图 6)。由图 6 上各工况下的水平位移曲线可以反映出:1)基坑开始开挖的一段时间到第一道内支撑及预应力锚杆施工完毕并达 到强度前位移曲线最陡, 位移增长最快。2)每道内支撑及预应力锚杆施工完毕后基坑的位移都有所回弹,表明预应 力的施加是成功的。3)第三道内支撑及预应力锚杆施工完成后,基坑的位移基本趋于稳定。2007 年 2 月 26 日,星河发展中心工程地下室结构全部施工完毕。监测结 果汇总(见表 2)显示地铁四号线向基坑内最大总位移为 0.76cm,地铁一号线向基 坑内最大总位移为 0.73cm,基坑位移控制在 1cm 以内,基坑安全稳定,达到了很 好的控制目的
13、。6 结论1)本基坑支护充分考虑基坑特点、土质条件、周围环境及工程要求等因素, 选择了与其相适应的支护形式,取得了良好的支护效果和经济效益。在内支撑拆 除过程中,应用基坑内支撑换撑体系,用结构本体来代替拆除后的基坑内支撑体 系,采用切割卸荷加静爆拆除内支撑体系等工艺,成功保证了复杂环境中基坑支 护桩的水平位移在容许范围之内。2)该基坑水平位移曲线呈现两端头小,中间大的特点,土层水平位移在基坑 开挖底面处左右达到最大值。基坑最大水平位移值均小于报警值,基坑开挖时水 平位移的最大影响深度约为 1.4 倍的开挖深度,支护桩长取稍大于 1.4 倍的开挖 深度比较合理,保证了围护结构的稳定性,土体深层位移在开挖 60 天后趋于稳定。3)在基坑的施工管理中,应尽量减少支护结构的暴露时间,对于控制基坑水 平位移是相当有意义的。在本工程的施工管理中实现了开挖土方和支撑系统的 协调,严格按照“平衡、对称、分块分层、限时”的原则进行,并根据监测结果 调整开挖速率,说明整个基坑工程支护是成功的。为以后类似工程提供了范例。参考文献1JGJ12099 建筑基坑支护技术规程S.2DBJ/152097 建筑基坑支护工程技术规程S.3DBJ/15312003 建筑地基基础设计规范S.4余志成,施文华.深基坑支护设计与施工M.北京:中国建筑工业出版社, 2000.
