中国石油工程公司商业综合楼深基坑支护及施工教学内容.doc

中国石油工程公司商业综合楼深基坑支护及施工

　　［摘要］　介绍中国石油工程公司商业综合楼深基坑支护——环梁内撑、锚杆及受力垫层的施工方法。
　　［关键词］　基坑支护　环梁内撑　锚杆　受力垫层　混凝土灌注桩　商业建筑

图1　基坑支护平面布置
1　工程概况
　　中国石油工程公司商业综合楼，位于北京北中轴路，占地面积1640m2，是集商贸、谈判、办公、客房和娱乐为一体综合性智能化商业大楼。本工程总建筑面积为18400m2，建筑平面呈矩形，地下3层，地上8层，局部10层。钢筋混凝土筏式基础，基底标高-16.89m、-18.42m及-19.29m，最低处为-19.97m。
　　本工程施工场地狭窄，基坑周边地上有建筑物、地下有各种管线(图1)，其中紧靠基坑边的管线为2根供亚运村和北郊的600主干给水管，埋深2.10m，是基坑支护重点保护的管线。
2　工程地质条件
　　在基坑支护结构埋深范围内，其土层自上而下依次为：①杂填土，厚度1.7～2.7m；②砂质粉土、粉砂层，厚度2.1～2.7m；③粉质粘土粘质粉土层，厚度14.2～15.0m；④细砂、粉砂层，厚度6.7～7.8m；⑤卵石层，埋深27m以下。
　　本工程地处青年湖、柳荫湖、人定湖三湖所构成的三角中心地带，地下水属上层滞水、潜水类型，水量丰沛，主要受大气降水和地表水补给。第一层地下水位埋深1.90～2.80m；第二层地下水位埋深23.80m。
3　基坑支护方案
3.1　支护方案确定
　　本工程基坑支护由中国建筑科学研究院地基所承担设计，并提出三种支护方案；①土锚钉支护方案；②护坡桩—锚杆支护方案；③护坡桩—内支撑支护方案。经过论证比较，从工期、造价、安全等方面综合考虑，认为保证基坑周边建筑物、地下管线及施工人员的安全是首要的，最后确定采用护坡桩—内支撑支护方案。
3.2　护坡桩—内支撑支护方案(图1)
　　支护基坑长82.50m，宽25.36m。护坡桩设计为直径80cm，间距1.30m的钻孔灌注桩(邻近市政给水管部位采用人工挖孔灌注桩)，共170根，桩身长17.80m，桩底标高-20.60m。桩主筋采用9～1625Ⅱ级钢筋，布置在临坑前后两侧，加强筋为16@200，箍筋为8@200。其内支撑为三个钢筋混凝土椭圆形环梁按长轴一字排列，椭圆长轴25.80m、短轴22.25m。环梁内支撑分别在基坑-2.80m及-10.10m各设一道，环梁短轴切点处截面尺寸为1.20m×1.00m，切点处设置两根2I56c工字钢支托柱，以对基坑中部的环梁起支托作用。
3.3　支护方案变更
　　支护方案变更在基坑施工过程中出现两次，均对原有支护方案的支撑类型进行较大变动和增加。
　　第一次发生在第二道内撑环梁施工前。由于第一道内撑环梁对基坑土方的挖掘及运输带来诸多不便，影响施工的总体进度，故将第二道环梁内支撑取消，改为预应力锚杆外拉。锚杆设置为一桩一锚，共152根，高度分别设在-11.2m和-11.26m处，锚杆长度有20m、21m、22m、23m四种。直径均为150mm，拉杆采用4束1860级钢绞线，倾角10°、18°间隔布置，腰梁采用两根Ⅰ25a工字钢。
　　第二次发生在建筑设计对第三层地下室增设消防蓄水池。蓄水池沿基坑中部纵向布置，长57.80m、宽7.14m、深1.53m及2.40m，池边距护坡桩为9.38m，池底主要标高设在-18.42m及-19.29m处，局部最低处为-19.97m。因池边距护坡桩较近，池底标高又接近桩底标高，为防止支护桩体底部走动，在标高-16.89m处设置厚20cm的钢筋混凝土受力垫层(图2)，并在池内设置与受力垫层同标高的型钢内撑传力杆件，共同组成桩体根部水平内支撑系统。

图2　受力垫层设置平面
本工程基坑护坡桩支撑系统，由原设计的两道环梁内撑，变更为环梁内撑+锚杆外拉+受力垫层内撑多种组合(见照片)，即上下撑、中间拉，简称“两撑一拉”。
4　基坑止水、降水方案
　　本工程采用隔水帷幕进行坑外止水，采用管井疏干法进行坑内降水。隔水帷幕设在护坡桩外侧，采用610根500水泥搅拌桩(搅拌止水桩)，水泥掺入量为土重的9%～12%，桩与桩之间搭接150mm，桩顶标高-2.45m，桩底标高-9.95m(桩身插入具有隔水作用的粉质粘土层中)。基坑西侧两给水管中间，则采用插管压力注浆进行隔水帷幕施工。坑内降水利用管井将上部滞水层与下部潜水层连通，使上部的滞水在水头差的作用下，渗漏到下层水中，从而达到疏干上层滞水的目的，在基坑内布置两排降水井点，排距7m、井间距8m，井深分别为21m与10m，间隔错开布置，管井采用外径400mm，内径300mm的无砂水泥滤管，管外充填2～7mm的砾料。
5　基坑挖掘方案
　　本工程基坑土方量34200m3。采用机械进行土方施工，并辅以人工配合。
5.1　基坑坡道设置
　　由于施工场地狭窄，仅基坑北侧有一定的空余场地，故确定北侧中部为坡道通过区。在灌注桩施工时将区内的三根灌注桩设计为短桩，桩顶标高控制在-6.8m，在护坡桩挡墙上开出宽4.4m、高4.0m的门洞，并按1∶6的坡度设计坑内坡道约40m长，坑外坡道约36m长，采取坑外坡道与坑内坡道相结合的方法，将坑内土方尽可能多的由运土车辆直接运出坑外，使坑内剩余土方减少为4000m3。由坑外两台汽车吊用料斗运出，坑内留挖掘机、铲车各一台予以配合。土方全部完后，将挖掘机、铲车用重型汽车吊从坑内吊出。
5.2　挖掘施工安排
　　基坑挖掘要与基坑支护、降水配合进行，并严格遵循先撑后挖的原则，采取分阶段分层开挖，使支护结构受力均匀，并与支护结构的设计工况相吻合。
　　基坑分五层开挖，均采取由南向北的顺序：
　　第一层，挖深2.1m，挖至内支撑环梁底标高-2.8m处，进行止水桩、灌注桩及内支撑环梁施工。
　　第二层，内支撑环梁施工完毕，下挖5.0m，由标高-2.8m挖至-7.8m。
　　第三层，继续下挖3.9m，挖至-11.7m处，进行锚杆施工。此层土方外运车辆，改由坡道进出基坑。
　　第四层，锚杆施工完毕，接着下挖5.0m，挖至-16.7m，预留约20cm土层，进行人工清槽；
　　第五层，受力垫层完成后，进行蓄水池土方挖掘，挖深1.5～2.2m，挖至-18.2～-19.1m，预留约20cm土层，人工清槽。
　　土方开挖时第一步至第二步在坑外设短坡道，第三步至第四步设置坑内外坡道。
6　基坑施工
　　基坑施工过程由基坑支护、止水、降水、土方等项目组成，其施工流程如下：基坑降水→第一层土方挖掘→隔水帷幕→护坡灌注桩→环梁内支撑→第二层土方挖掘→坡道设置→第三层土方挖掘→预应力锚杆→第四层土方挖掘→受力垫层→第五层土方挖掘。
6.1　混凝土环梁内支撑施工
6.1.1　环梁工字钢支柱在护坡桩施工时即可进行，先采用人工挖掘成孔，孔径800mm，然后再把56c工字钢放入孔中，并用C30混凝土将柱根基础浇灌密实。
6.1.2　护坡桩施工完后，根据环梁位置进行梁底土层平整，然后抹水泥砂浆找平，用作梁底模板。
6.1.3　环梁主筋与工字钢支托柱相交处，采取打眼穿过工字钢的方式进行处理，不得将主筋断开。
6.1.4　环梁侧模采用组合钢模加钢管支撑进行支模。
6.1.5　环梁分三段进行混凝土浇筑施工，其混凝土施工缝分别留设在中环、北环的椭圆短轴位置。
6.1.6　混凝土掺加早强剂，以提高混凝土早期强度，加快施工进度。混凝土强度达到设计强度的80%时，方可进行下层土方挖掘。
6.1.7　环梁混凝土浇筑中，在梁上预留孔眼。当地下结构施工到一层时，在孔眼内放入炸药进行爆破拆除。
6.2　锚杆施工
6.2.1　采用普通地质钻机进行干作业钻进成孔。钻进时，控制钻入角度10°、18°，且不得向两边倾斜。
6.2.2　终孔深度应略大于设计深度，遇钻进困难时须局部加强补打。埋钻时不准强拉硬顶，更不准反转。
6.2.3　锚杆按设计长度下料，非锚固段要用胶套套好、捆住，严格控制尺寸。钢绞线入孔须专人指挥，不准强拉以防坍孔。
6.2.4　采用纯水泥浆进行一次灌浆，水灰比严格控制在0.45～0.50。灌浆时压力不得小于1MPa，并随时控制泵压及排水量。灌浆要连续作业，中途不准随意停泵，以防堵塞。
6.2.5　张拉锚杆在锚固体达到设计要求时进行，张拉时采取逐级加荷，并注意变形记录，超出塑性变形限度，同时又未达到锁定应力时，应作局部补强。
6.2.6　结合张拉试验及设计锚固力来确定锁定拉力，张拉试验时，要认真填写张拉记录。
6.3　受力垫层施工
6.3.1　受力垫层根据土方挖掘情况，及时分段验槽分段施工，以确保支护桩的稳定安全。
6.3.2　基坑四周暗梁截面600mm×200mm，主筋425Ⅱ级钢筋，箍筋8@400mm。
6.3.3　蓄水池周边暗梁截面1000mm×300mm，主筋1625Ⅱ级钢，箍筋8@400mm。
6.3.4　受力垫层C20，厚度200mm，配双层8@200×200钢筋。
6.3.5　分布在蓄水池上的2I28c工字钢杆件，要与受力垫层进行可靠连接，以起到水平支撑杆的作用。
6.3.6　受力垫层混凝土浇筑时，要振捣密实，控制上皮标高并做好施工缝部位的处理。
7　基坑施工监测
　　为保证基坑支护结构在挖土和地下结构施工期间的稳定，确保周围建筑物和地下管线的安全，对此期间的施工过程实行监测管理。监测内容有：①基坑周围土体的水平位移及沉降观测。②基坑东侧相邻三幢六层住宅楼沉降观测。③基坑西侧市政给水管道的沉降及水平位移观测。④基坑支护系统水平位移及支托柱沉降观测。⑤基坑内支撑系统内力监测。
　　从监测反馈的信息来看，环梁东西侧连梁及市政给水管道最大水平位移为10.5mm，基坑东侧三幢六层住宅楼最大沉降为0.22mm，环梁支托柱最大向上位移10.8mm(基底反弹缘故)，混凝土环梁的内应力也小于设计值，监测结果表明，监测对象的沉降、位移、变形、应力均在设计允许范围内变动，未出现异常现象。