摘要:城市化进程的加快,对于基础设施建设提出了更加严格的要求,也因此推动了建筑行业的发展。为了能够有效的缓解城市人地冲突问题,城市建筑开始朝着高层化和深层化的方向发展,对于施工技术提出了越发严格的要求。深基坑在现代建筑施工中十分常见,做好支护工作,是确保深基坑工程施工质量和施工安全的关键所在,必须得到足够的重视。本文结合具体工程实例,对复杂环境下的深基坑支护设计和变形问题进行了分析,希望能够为类似工程提供参考和借鉴。
关键词:复杂环境;深基坑;支护;变形分析
伴随着社会经济的快速发展,城市建设用地越发紧张,建筑密度的增大不仅使得高层建筑成为了城市建筑的主流,也带动了地下空间的开发利用,深基坑工程因此得到了普及。深基坑支护是为了保证深基坑工程的施工安全而开展的支护工程,主要是指设置在基坑侧壁及周边环境的加固、保护和支挡措施。在地下结构以及高层建筑施工中,都存在深基坑工程,由于开挖深度大,影响因素众多,深基坑工程的施工风险较大,容易产生安全事故,分析原因,主要是因为在施工环节缺乏有效的安全防控措施,基于此,深基坑支护也就显得非常必要。一般情况下,对于深基坑土方工程而言,如果施工现场不具备放坡条件,或者通过放坡及临时性支撑无法满足安全施工要求,则需要设置相应的支护结构开保证基坑侧壁的稳定与安全。
1.工程概况
某综合性商业建筑位于城市中心区域的商业黄金地段,占地面积2800㎡,包括地面9层的综合性商业楼和地下3层结构,建筑采用了天然地基,基础埋深在17m左右,基底标高389.85m。基坑在东西方向的长度约为56m,南北方向的宽度约为48m,一方面,地质构造以及地下水文条件过于复杂,在进行深基坑开挖时,如果缺乏有效的支护,必然会影响建筑自身乃至周边建筑的稳定性,轻则缩短建筑的使用寿命,重则引发相应的安全事故;另一方面,基坑东侧和北侧既有建筑基础埋深浅,年代久远,整体稳定性差,而南侧和西侧道路人流量和车流量较大,加上周边有规划的地铁6号线,在进行基坑支护设计时,不能对未来地铁隧道的施工产生影响。
2.深基坑支护设计
从周边环境的复杂性分析,为了能够实现对于地下空间的最大限度利用,在对比多种不同设计方案的基础上,选择了单排支护桩配合预应力锚索的支护体系结构,从保证支护效果的角度,可以紧贴地界线来对支护桩进行布设,锚索可以超出地界线的范围,对于拟建地铁隧道一侧,设置为可回收锚索,支护桩采用了大口径钻孔灌注桩,桩径分为1.0m和1.5m两种,统一采用C35混凝土浇筑。
2.1设计荷载
对于基坑工程周边的既有建筑,需要做好相应的附加荷载计算,将其对基坑边坡的可能产生的影响考虑在内,这样才能保证荷载设计的合理性和准确性。为了方便计算分析,依照每层20kPa的值对建筑整体以及周边主干道的附加荷载进行计算,其余地段的附加荷载为15kPa,对于基坑控制水位线以上部分,需要就土体的自重应力进行计算,实际操作环节,技术人员需要将降水措施落实后水位下降产生的影响考虑在内,对存在于控制水位线以下的部分,需要进行水土合算。
2.2相关要求
结合工程的实际情况,在基坑边坡支护体系设计环节,应该确保边坡的整体稳定安全系数不小于1.35。支护结构和周边环境的变形监测控制值如表1所示。
表1 支护结构和周边环境的变形监测控制值
在施工现场,为了保证施工安全,基坑上口线位置2m以内不能堆载任何施工原料或者设备,2m之外的堆载也不能超过15kPa。
2.3结构设计
在不同方向,深基坑支护需要采用不同的结构,这样才能更好的应对复杂环境,提升支护的效果。首先,在北面,基坑实际开挖深度为16.83m,支护体系选择的是一根支护桩配合四根锚索的“一桩四锚”结构,利用相应的砖砌护坡挡墙,在冠梁顶面以上1m左右设置支护体系,施工环节,应该做好顶面硬化工作与施工现场道路硬化的有机结合,在不计算冠梁的情况下,桩体长度为26.20m,嵌固端长度11.05m,桩间距设置为1.60m,锚索长度自上到下依次为35m、35m、33m和28m,因为锚固段长度较大,需要采用压力分散性锚索;其次,在东面,基坑实际开挖深度为17.30m,考虑基坑紧挨建筑为5层砖混结构酒店,考虑其对于结构变形控制的严格要求,最终选择“一桩五锚”的支护结构,确保支护桩能够紧贴建筑基础边缘设置,在不计算冠梁的情况下,桩体长度为32.00m,嵌固端长度15.50m,桩间距设置为1.60m。在对支护桩进行施工的过程中,必须等到混凝土完成初凝后,才能继续下一个桩孔的施工,将已有建筑基础的侧向位移控制在最低限度;然后,在南面,基坑实际开挖深度16.95m,与规划中的地铁六号线距离较近,施工锚索不能停留在地铁隧道规划区域,因此选择了可回收型锚索,确保其能够随着基坑的回填逐渐收回在。在支护结构设计环节,还需要将主干道车辆荷载的影响考虑在内。最终选择一桩四锚支护结构体系,冠梁设置与北面支护段一致,在不计算冠梁的情况下,桩体长度为25.00m,嵌固端长度9.85m,桩间距设置为1.60m,锚索长度自上而下依次为28m、27m、26m、22m,采用压力性锚索,不过不进行压力分散。等到地下结构对桩体相应部位产生可靠支撑力后,才能进行锚索的回收工作,基坑肥槽的回填应该选择素混凝土;最后在西面,基坑实际开挖深度16.95m,因为紧邻主干道且上部存在有已经施工完成的地铁车站,锚索长度会受到一定限制,对于变形的控制同样有着异常严格的要求。最终在本支护段采用了一桩六锚的支护结构体系,支护桩直径由1.0m增加到了1.5m,桩长33.00m,桩间距2.10m。冠梁顶面标高需要与南北两侧保持一致,其高度为1.20m,实际施工中,因为上面四道锚索的长度受限,为了保证锚固力,选择高压旋喷锚索,锚固体直径400mm,锚索长度固定为10m,拉力标准值自上而下依次为120kN、150kN、180kN和220kN。位于最下方的两道锚索采用压力分散型锚索,锚孔直径200mm,其必须从地铁支护桩之间穿过,长度分别为30m和26m,锚固段需要分两段进行压力分散。
3.变形监测分析
在该工程中,深基坑从开挖到回填结束,历时1年左右,依照最终的变形监测数据,对基坑支护结构和周边建筑的变形情况进行分析。首先是北面,桩顶水平位移8.0-26.7mm,中部位移较大区域的位移在24.9-26.7mm之间,两侧位移较小,移动范围8.0-12.7mm。桩顶竖向沉降在3.0-5.3mm,没有发生不均匀沉降的问题,沉降平均值为4.4mm;其次是东面,桩顶水平位移7.9-17.0mm,中部位移较大区域的位移在14.5-17.9mm之间,两侧位移较小,移动范围7.9-10.8mm。桩顶竖向沉降在3.5-4.1mm,没有发生不均匀沉降的问题,沉降平均值为3.8mm;然后是南面,桩顶水平位移5.9-17.2mm,东部位移较大区域的位移在13.9-17.2mm之间,西部位移较小,移动范围5.9-10.5mm。桩顶竖向沉降在2.7-4.6mm,没有发生不均匀沉降的问题,沉降平均值为3.4mm;最后是西面,北端位移较小,为12.1mm,南端位移较大,在21.5-24.6mm,桩顶竖向沉降在2.6-4.6mm,没有发生不均匀沉降的问题,沉降平均值为3.7mm。
基坑各段典型观测点观测到的桩顶累计水平位移随时间变化情况如图1所示。
图1 基坑各段典型观测点位移随时间变化关系
从各段水平位移的数值分析,除去西面存在特殊情况,其余数值相较计算值偏小,最小值基本与借助弹性有限元法计算得到的结果一致,表明水平位移能够满足工程需求。在这里需要明确,虽然西面监测到的唯一数值超出了设计计算值,但是在经过现场分析合适后,相应的唯一并不会对地铁结构的变形产生明显影响,能够满足地铁结构变形的要求。基层东侧的酒店是距离基坑最近的建筑,相应沉降监测点的观察结果在13.5-29.8mm之间,西侧较东侧明显高出,所有监测点的平均沉降量为20.4mm,最大倾斜值0.0018,能够满足表1中的控制要求,对建筑进行现场勘测,也没有发现任何变形的痕迹,建筑结构的稳定性和安全性能够得到保证。
4.结语
总而言之,在现代建筑施工建设中,深基坑工程十分常见,其对于建筑整体的施工质量有着不容忽视的影响。基于此,施工人员在进行深基坑工程施工的过程中,应该结合工程的具体情况,切实做好深基坑支护设计工作,引入先进的深基坑支护技术,同时对支护体系的变形状况进行实时监测分析,将变形量控制在允许范围内,这样才能保证工程的施工质量和施工安全。
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论文作者:许堃
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
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