復(fù)雜條件下基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)管理案例探究

1、建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜條件下基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)管理案例探究0引言摘要：本文根據(jù)筆者在甲方的管理經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)常州紅星愛琴?；▓@三期項(xiàng)目基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)存在的降水要求高，圍護(hù)形式復(fù)雜這兩大難點(diǎn)，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工管理進(jìn)行了具體探討。在現(xiàn)場管理中對基坑降水，進(jìn)行了精確的計(jì)算與深入設(shè)計(jì)。對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，提出堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)合理性的原則下，針對該工程南側(cè)的復(fù)雜條件進(jìn)擇了自然放坡結(jié)合土釘墻圍護(hù)形式；探討了鉆孔灌注樁三軸攪拌樁止水十一道錨索、SMW~法樁一

2、道錨索、HCMW2L樁一道錨索等圍護(hù)形式的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的管理方法，提高了基坑施工的安全可靠性，也為甲方贏得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：基坑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；施工技術(shù)管理；鉆孔灌注樁；三軸攪拌樁止水；錨索；sMw工法樁；HCMWLE法樁基坑嗣護(hù)設(shè)計(jì)，不僅直接影響著土方開挖以及地下室結(jié)構(gòu)施工等施工成本，而且關(guān)系到基坑開挖及周邊建筑物的安全，本文將結(jié)合現(xiàn)實(shí)工程實(shí)例，從安全可靠性、經(jīng)濟(jì)合理陛、技術(shù)可行性幾個(gè)角度對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施

3、工管理展開具體的探討。1基坑工程背景分析11工程概況常州紅星愛琴海花園三期項(xiàng)目位于常州市武進(jìn)區(qū)延政路北側(cè)，淹城路西側(cè)。本次基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)范圍由1O幢24～34層住宅(地下二層)、8幢2～4層商業(yè)(地下二層)及純地下車庫(地下二層)組成。場地整平標(biāo)高取黃海高程4Om(以下高程均為黃海高程)、地下車庫外墻下墊層底標(biāo)高暫按一465m考慮，基坑開挖深度為865m。根據(jù)周邊環(huán)境、基坑挖深和地質(zhì)情況，基坑側(cè)壁安全等級(jí)定為二級(jí)。12水文地質(zhì)條件分析上層

4、滯水主要分布于①層素填土中，補(bǔ)給來源主要為大氣降水及周邊的明塘水，排泄于自然蒸發(fā)。其水位受大氣降水影響明顯，勘察期間測得穩(wěn)定水位為自然地面以下030～290m左右(相當(dāng)于黃海高程273355m)，該水位年變化幅度一般在050m左右。淺層承壓水根據(jù)含水層埋藏深度可分為上下兩段：淺層承壓水上段，主要賦存于③一1粉質(zhì)粘土夾粉土、③一2粉土夾粉質(zhì)粘土、④一1粉土夾粉砂、④一2粉砂、④一3粉土夾粉砂、⑤粉質(zhì)粘土夾粉土、⑥粉土夾粉質(zhì)粘土層中；淺層承

5、壓水下段主要賦存于⑧粉土夾粉砂中。補(bǔ)給來源主要為周邊明河水，排泄于人工開采及對其它含水層的越流補(bǔ)給?？辈炱陂g測得淺層承壓水上段穩(wěn)定水位為地面以下120～17Om(相當(dāng)于黃海高程187—240m)，該水位年變化幅度范圍一般在100～150m之間，如表1。表1基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)容重v直剪快剪試驗(yàn)(q)按峰值固結(jié)快剪試驗(yàn)(cq)按峰值層號(hào)土名(kN／m3)強(qiáng)度確定強(qiáng)度確定C(kPa)巾(。)c(kPa1()①索填土(is5)(100)(80)(

6、80)(85)②1粘土l93446l29390115②一2粉質(zhì)粘土l90403120380l21②一3粉質(zhì)粘土194504129460128③一l粉質(zhì)粘土夾粉土l88283l14170l25⑧2粉士夾粉質(zhì)粘土1861362551】0192④一1粉夾粉砂185141254④一2粉砂】84l56283④3粉土夾粉砂l(fā)85139255⑤粉質(zhì)粘土夾粉土1893581l_913基坑周邊環(huán)境分析東側(cè)及西側(cè)較為開闊；東側(cè)圍墻外側(cè)為淹城路綠化帶，地下車

7、庫輪廓線距離現(xiàn)場磚圍墻約20m，目前場地內(nèi)為施工臨設(shè)區(qū)域，緊貼圍墻內(nèi)側(cè)有一6m寬施工道路；北側(cè)為規(guī)劃市政道路；北側(cè)場地內(nèi)側(cè)為空地，局部土堆較高；沿用地紅線位置設(shè)置彩鋼板圍墻，圍墻外為空地，后建市政道路邊線緊貼圍墻，施工道路在圍墻外布置。南側(cè)環(huán)境較為復(fù)雜；南側(cè)西部為在建高層與純地下車庫，均為地下一層，其一層與本項(xiàng)目一層相通；南側(cè)中部為在建別墅(已封頂)與純地下車庫，均62為地下一層，兩地庫輪廓線的距離僅47m，且基底高差大，達(dá)45m左右，

8、局部已完成回填；南側(cè)東部有已建景觀河道及駁岸，現(xiàn)河水位約黃海高程20，駁岸為兩層擋土墻，施工時(shí)挖深55m左右，駁岸上口線最近距離地庫輪廓線13m左右。南側(cè)東部有已建景觀河道，目前河水位約為黃海高程2m；駁岸結(jié)構(gòu)已施工完成，為雙層擋土墻，埋深55m左右，放坡施工，上口最近處距離地庫輪廓線約為13m；南側(cè)中部有在建別墅4層及純地下車庫，均為地下一層，別墅基礎(chǔ)采用天然地基純抗拔樁，已封頂，純地庫基礎(chǔ)采用天然地基，地下室基坑局部已完成回填。南側(cè)

9、西部有在建高層區(qū)及純地下車庫，均為地下～層；高層區(qū)基礎(chǔ)采用樁基，地庫為天然地基純抗拔樁；西側(cè)圍墻外側(cè)為空地。緊貼圍墻內(nèi)側(cè)有6m寬的施工道路。路邊距離地庫輪廓線約12m。2基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)重難點(diǎn)——降水要求高，圍護(hù)形式復(fù)雜筆者根據(jù)現(xiàn)場的復(fù)雜性，根據(jù)設(shè)計(jì)院和施工單位座談商洽項(xiàng)目基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，需考慮圍護(hù)形式與主體結(jié)構(gòu)的匹配性及基坑開挖與降水對南側(cè)已建高層區(qū)、純地下車庫的連接及影響；需考慮圍護(hù)形式所需的施_T工作面及基坑開挖與降水對南側(cè)

10、已建別墅、純地下車庫的影響；需考慮南側(cè)已建駁岸區(qū)域圍護(hù)形式的適用性及基坑開挖與降水對駁岸穩(wěn)定性的影響，以此周密部署施工組織方案。3基坑工程設(shè)計(jì)、施工管理要點(diǎn)分析31降水計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)管理——提高安全可靠性基坑涌水量按均質(zhì)含水層承壓水非完整井模式計(jì)算，按等代大井法計(jì)算基坑涌水量。取巖土勘察報(bào)告1l8鼻土層參數(shù)計(jì)算：承壓水層厚度M為l15m；基坑水位降深s為7m；進(jìn)水部分長度1為14m。等效影響半徑借按下式進(jìn)行計(jì)算：。。。。引用影響半徑R采用

11、下列公式計(jì)算：R=10s、／=86m(取k=15mid)按地勘報(bào)告均質(zhì)含水層承壓水非完整井涌水量計(jì)算Q=2l73考慮到目前能放入如315波紋管井管中的潛水泵額定出水能力為4m3／h，降水效率系數(shù)取O6，管井使用效率系數(shù)取O6，單井出水量(q)的計(jì)算如下：q=4060624=34ra3／d井?dāng)?shù)按下列公式進(jìn)行計(jì)算n=11Q／q108(1：：11該基坑周圍共布置51口(b700管井，井深18米，坑內(nèi)布置71口，具體位置見管井平面布置圖，總共布

12、置122口。降深驗(yàn)算根據(jù)如下公式計(jì)算：Ro=Rro036601logRo—glogiF2rio31017m根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，降深滿足要求，降水能夠確保駁岸的穩(wěn)定性。32圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)管理——堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)合理性建筑結(jié)構(gòu)筆者從甲方的經(jīng)濟(jì)角度考慮，綜合圍護(hù)成本及土方開挖及后期回填等因素，對自然放坡及土釘墻兩種圍護(hù)形式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，綜合造價(jià)估算比對如表2所示。表2綜合造價(jià)估算比對圍護(hù)形式l①自然放坡I②土釘墻l③自然放坡土釘墻圍護(hù)士方估算I39

13、00元／延米4500元／延米l3600元／延米①自然放坡圍護(hù)形式：圍護(hù)造價(jià)最低，占用空間大。采用坡~LI：O8，兩級(jí)放坡，平臺(tái)1Om。②土釘墻圍護(hù)：圍護(hù)造價(jià)較高，占用空間較小。采用坡比1：04，兩級(jí)放坡，平臺(tái)1Om。③自然放坡與土釘墻組合：綜合造價(jià)最低，占用空問一般。上級(jí)坡1：O8放坡；下級(jí)坡1：04放坡增設(shè)3道土圖1自然放坡結(jié)合土釘墻圍護(hù)形式基坑南側(cè)采用第三種方案即自然放坡結(jié)合土釘墻圍護(hù)形式，綜合造價(jià)最低?；幽蟼?cè)中部已封頂別墅與純地

14、庫區(qū)域：兩地庫輪廓線距離約47m，別墅采用天然地基純抗拔樁基礎(chǔ)、地庫采用天然地基。為保護(hù)在建的住宅樓，該位置需采用垂直圍護(hù)，并有效的控制位置；同時(shí)住宅樓底板底標(biāo)高距離含水層較近，在三期工程開挖的過程中，需要大面積降水，如別墅住宅樓與本項(xiàng)目之間采用敞開式降水，水位降低會(huì)導(dǎo)致臨近的別墅住宅樓沉降，故需采取止水措施。該區(qū)域可采用的圍護(hù)形式有：A、鉆孔灌注樁三軸攪拌樁止水一道錨索；B、SMWI法樁一道錨索；C、HCMW~法樁(三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)應(yīng)

15、力板樁)一道錨索。A、鉆孔灌注樁三軸攪拌樁止水一道錨索圍護(hù)形式：剛度較好，錨索有效地控制樁頂位移、攪拌樁起到止水作用，圍護(hù)及止水結(jié)合有效控制了別墅及純地庫的變形及沉降，但該方案施工周期較長，鉆孔灌注樁施工速度慢，對環(huán)境污染較大，且造價(jià)成本較高，成樁質(zhì)量離散性較大，不利于控制。B、SMW31法樁一道錨索圍護(hù)形式：有效地控制了樁頂位移，保護(hù)了別墅及純地庫，且有止水效果，該方案較為經(jīng)濟(jì)，且施工速度較快，但別墅住宅樓與三期之間距離較小，待土方回

16、填后無法提供空間來拔出H型鋼，該方案無實(shí)施條件。C、HCMWT_法樁(三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)應(yīng)力板樁)十一道錨索圍護(hù)形式，與B方案相比較，預(yù)制板樁為一次性投入，無需拔出且預(yù)制板樁的剛度較型鋼高，控制變形能力強(qiáng)，間距可按需調(diào)節(jié)，綜合造價(jià)低。33圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工管理——確保技術(shù)可行性本設(shè)計(jì)方案中，土釘墻網(wǎng)筋8@250250；自然放坡網(wǎng)筋8@300300；噴射混凝土面層厚度為80ram，強(qiáng)度C20。噴射砼配比宜為：水泥1：砂15：石25：水05，施工

17、前須通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定；土釘采用擊人式和引孔式，土釘采用中18、20、25級(jí)鋼筋制作。因本工程施工場地所限，施工期間在基坑周邊會(huì)有少量材料量堆放，計(jì)算中坡頂堆載按20kpa考慮，房屋超載按15kP考慮，道路荷載按15kPa附加荷載。本方案采用巖土系列軟件進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)計(jì)算各項(xiàng)系數(shù)均滿足相關(guān)規(guī)范要求。經(jīng)過計(jì)算優(yōu)化，上部放坡下部土釘墻挖深865m，孔號(hào)88群剖面如圖2；HCMW~_法樁錨挖深495m，孔號(hào)118#剖面如圖3；三軸攪拌樁放坡挖深4

18、65m，孔號(hào)118#剖面如圖4所示。圖2上部放坡下部土釘墻剖面圖圖3HcMw工法樁錨剖面圖331放坡圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)管理基坑放坡開挖施工應(yīng)按設(shè)計(jì)要求自上而下分段分層進(jìn)行，每層高度不宜超過20m，每段長度不超過20m。在機(jī)械開挖后，應(yīng)輔以人工修整坡面，坡面平整度的允許偏差宜為20mm，在坡面噴射混凝土圍護(hù)前，應(yīng)清除坡面虛土圖4三軸攪拌樁放坡剖面圖放坡開挖的順序設(shè)定為：先按設(shè)計(jì)要求開挖工作面，修整邊坡，埋設(shè)噴射混凝土厚度控制標(biāo)志；然后打設(shè)

19、坡面掛網(wǎng)鋼筋，固定鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土面層；設(shè)置坡頂、坡面和坡腳的排水系統(tǒng)。332土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)管理上層土釘注漿體及噴射混凝土面層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70％后，方可開挖下層土方及進(jìn)行下層土釘施工。：￡釘采用引孔式。土釘成孔施工宜符合下列規(guī)定：孔深允許偏差50ram；孔徑允許偏差45mm；孔距允許偏差lOOmm；成孔傾角允許偏差5％；土釘長度偏差100mm；土釘?shù)膹澢?％。333三軸攪拌樁結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)管理通過成樁試驗(yàn)確定攪拌下沉和提

20、升速度、水泥漿液水灰比、粉砂中成樁外加劑配比等工藝參數(shù)及成樁工藝，確保成樁質(zhì)量，成樁試驗(yàn)不少于2根；漿液水灰比15；水泥摻量380kg／m3；28天的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于10MPa。攪拌樁樁位偏差不超過50mm，樁身垂直度誤差不超過1／200，樁徑偏差不大于lOmm，樁底標(biāo)高偏差不超過50mm；基坑開挖前應(yīng)檢驗(yàn)水泥土攪拌樁的樁身強(qiáng)度，強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；攪拌樁鉆芯數(shù)量不少于總樁數(shù)的2％，且不應(yīng)少于3根，鉆孔取芯完成后的空隙應(yīng)及時(shí)注漿

21、填充；預(yù)制梁插入允許偏差應(yīng)符合下列要求：預(yù)制梁頂標(biāo)高允許偏差為50ram；預(yù)制梁垂直度允許偏差為1／200；形心轉(zhuǎn)角允許偏差為43。。4結(jié)語綜上，筆者以本案例做設(shè)計(jì)與施工的管理得出以下心得，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循“安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行”的原則；首先需要確保安全，存在重大隱患的方案實(shí)際上是沒有意義的，而且可能會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失；其次應(yīng)當(dāng)節(jié)省造價(jià)，過于安全及保守的方案會(huì)增加建設(shè)成本，不符合市場要求；后期需要對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工進(jìn)

22、行科學(xué)的管理，確保施工的方便性，縮短工期、降低施工造價(jià)，為業(yè)主爭取經(jīng)濟(jì)效益的最大化。參考文獻(xiàn)【1]范益群；曲瑩；付怡；陳昌祺；上海越洋國際廣場Ⅱ區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；地下工程施工與風(fēng)險(xiǎn)防范技術(shù)2007—11—01(上接第6o頁)可而出現(xiàn)返工問題。不僅耗費(fèi)了大量的人力、物力、財(cái)力，更浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間，這對項(xiàng)目的成本及工期都是致命的。3)在鋼結(jié)構(gòu)的材料變更代換上，結(jié)合國內(nèi)外價(jià)格成本，只要有利潤，一定要努力爭取，只要能滿足技術(shù)性能要求的，外方一