中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070
摘要：随着我国经济建设的飞速发展和人民的生活水平的提高，建筑物的重要性和安全等级越来越高。而深基坑支护在整个主体建筑中是非常重要的，它的作用是为了挡土，截水，控制边坡变形，从而起到保定坑底稳定性，保证地下结构的施工安全。因此，在施工过程中，严格控制质量，加强管理，重视安全教育及安全施工管理，是深基坑施工中必须严格控制的环节。
关键词：办公楼；改扩建工程；深基坑；支护技术；
1工程概况
1.1工程特征
北京市西城区政府机关大院改扩建工程位于北京西城区二龙路27号,总建筑面积为31167m2,地上七层,地下三层，总用地面积12081m2。建筑总高度为33.70米，为框架剪力墙结构。建筑平面为“L”型，基础开挖深度为12.6米,基础垫层底标高为-13.56米,首层0.000标高相当于黄海绝对标高47.100米。基础底板为反梁筏板式基础，底板厚度为500mm，反梁截面尺寸为500×1300mm、600×1400mm、800×1400mm。
1.2环境条件
东北角为现有区政府1号楼，地下二层（基础底标高为-9.4m），地上5-7层，距离本次新建建筑约1.6-2.7m，土方施工时老楼基础底板以上部分结构将直接外露新楼基坑，基础底板以下约4.5米部分地基外露并需进行支护处理。
北侧有东西向一人防通道，通道最近处距离拟建建筑仅有0.60m，通道高约4m，宽约4.2m，埋深绝对标高32.91-36.91m，为钢筋混凝土结构。因此锚杆设计将严格避开人防通道，局部锚杆可根据现场实际情况进行调整。
西侧为一消防通道，通道西侧为中海凯旋住宅小区，其中最近一栋楼基础埋深约12.2m，距离本次拟建结构约12m。因此支护时应避免碰撞临近结构外墙。
南侧建筑结构离红线尺寸为800mm, 而且红线外即为二龙路西街，道路下3m内分布有地下水、雨水、污水的等管线，施工空间狭小，支护时应确保南侧地下市政管线的安全。
1.3地质情况
根据岩土工程勘察报告，该工程地基持力层为第四纪沉积层③1中砂、粗砂层, 地基承载力标准值fka=250Kpa,自然地坪表层主要为约5米左右的人工堆积层(①1房渣土、①2粉质粘土填土), 人工堆积层以下为第四纪沉积层②、②1、②2约为5米左右的粘质粉土、粉质粘土层，第四纪沉积层③约为3米左右的细砂层。
本工程地下上层滞水埋深约为5.40-6.30米，地下层间潜水埋深约为15.30-15.80米，地下潜水埋深约为21.40-22.90米，地下承压水埋深约为24.30-26.80米，基坑施工时主要考虑上层滞水层，不用降水。
2基坑支护设计
2.1支护方案选择
根据施工现场的具体情况及有关的土层情况，本工程的支护设计是以平场后室外自然地面（高出场外道路标高200mm）为基准，基槽深度为设计给定的基底设计标高进行设计和计算的，地面荷载按20KN/m2考虑,其中与原楼相临部分荷载按250 KN/m2考虑。根据各种深基坑支护工程施工的经验，本着安全可靠合理的原则，经过认真计算和多方案比较，同时借鉴近一两年临近基坑实例结合本工程现场的实际情况，主要选用护坡桩-预应力锚杆+上部挡土墙进行支护的方案。
2.2支护结构计算方案参数确定
根据“理正”基坑支护计算软件计算,方案参数具体确定如下:
护坡桩采用长螺旋钻机施工工艺，护坡桩桩径800mm，嵌入地基4500,主筋为14φ20均匀布筋，桩中心距1600mm（部分桩中心距为1400mm）。预应力锚杆(-4.0米及-8.0米,部分一道)采用1860级7φ5钢绞线，孔内注P.032.5水泥浆，达到强度后锁定在25B工字钢上（部分锁定在20B工字钢上）。桩顶设置一道钢筋混凝土连梁，断面尺寸为800×600mm，护坡桩、连梁混凝土强度等级为C25。
桩顶(-2.0米以上)砌筑砖墙构造柱，间距3.20m设置一370×400构造柱，构造柱配筋为4Ф20，箍筋Ф6.5@200，砖墙顶部设置一道200×370压顶梁，压顶梁配筋为4Ф14，箍筋Ф6.5@200，构造柱及压顶梁砼强度为C20。具体详见下剖面示意图1。
图2: 基坑周边情况及基坑支护段布置图
依据上图可见，拟建基坑东北角部位（4—4剖面部位）与原结构相临较近，在此对此部分支护方案进行重点阐述。
基坑与原结构临近4-4剖段护坡桩方案设计
基坑4-4剖面部位主要是与原1#楼临近部分，考虑到老楼地基的稳定,做桩锚支护，桩顶位于-9.10m。桩顶以下做桩锚支护，-9.4m位置加一道预应力锚杆，锚杆为一桩一锚。支护4-4剖面部位示意详见下图:
①护坡桩技术参数见表1
表1 护坡桩技术参数表
由于此部分支护桩离原1#楼建筑物较近,考虑上部(含建筑内活荷载)超荷载值为250 kN/m,经过计算均满足安全要求。计算断面见图3:
图3:4-4剖面部位计算断面图
另此部分桩施工时，由于临近老楼结构基坑支护采取的是桩-锚支护，在施工新基坑时，桩成孔可能与原护坡桩相冲突或部分重合，而且老桩还不能利用（桩底标高约为-13.90米）,部分占用新楼基坑,因此在成孔过程中应将老桩破除重新回填，只能采用人工挖孔桩施工。
人工挖孔桩有效直径为800mm,成孔时考虑到支护实际每段成孔上部为1000,下部为1200mm。由于人工挖孔桩护壁最底端标高为-18.10米，根据北京市勘察设计研究院提供的《西城区政府机关大院改扩建岩土工程勘察报告》土层情况，设计计算时按最不利地层考虑，上部6m土层内摩擦角300，下部土层护壁所在土层为粉土，内摩擦角为200。
护壁土压力：P=P1+P2=γh1×tan2(45-Φ1/2)+γh2×tan2(45–Φ2/2)
=(20.0×7.0)×tan2(45-30/2)+(20.0×3.0)×tan2(45–20/2)
= 46.67+29.42 ≈ 76.09 N/m2
取安全系数：K = 2.0;
D = 0.8
护壁混凝土强度按照C20考虑，fc=10N/mm2
护壁厚度： t = K×p×D/(2.0×fc)
= 2.0×76.09×0.8/(2.0×10)
= 6.09cm
取护壁厚度 t 为100mm。
为安全考虑，护壁周圈横向增加三圈的ф6.5@200的钢筋，竖向增加6道ф6.5@200mm的钢筋。
连梁技术参数
连梁尺寸600×800（高×宽），配筋为6Ф20，配筋为7Ф20，箍筋为Φ6.5＠200，强度等级 C25。
桩间土处理
桩间挂网采用2×2cm规格的钢丝网，用Φ6.5 的“U”型钢筋固定在桩间土上，桩后别7Ф5钢绞线，外喷厚度为30-50mm的混凝土，强度等级C20。基坑支护平面布置图、基坑支护剖面图及部分护坡桩、锚杆计算书（在此略）。
3 临近建筑物4-4剖面基坑支护施工
本工程护坡桩均采用长螺旋钻机成孔工艺施工,其中临近建筑部分因原老楼护坡桩影响,采用人工挖孔桩施工，混凝土均为商品混凝土。
3.1 4-4剖面基坑支护施工顺序
土方先开挖至-9.1米→老楼护坡桩破除及土方回填碾压→人工挖孔桩施工→锚杆及帽梁施工→土方开挖至槽底上300mm。
3.2原结构基底-9.1米以上土方开挖
依据整个基坑土方开挖顺序进行分步土方开挖至-9.1米,因原楼护坡桩影响,开挖此部分土方时需对原楼护坡桩进行机械破除至-9.1米。
3.3 -9.1米以下原楼护坡破除
为了保证原桩破除过程中不对原楼基础土体进行扰动，对原楼护坡桩需进行穿插破除，即保证原楼基础土体稳定，又保证后续人工挖孔桩施工的安全，每一次破除4～5根护坡桩，破除后的护坡桩需要及时进行碾压回填，然后间隔4～5根护坡桩进行下一组护坡桩破除。同时，根据桩体破除情况，如果桩背土体坍塌，避免坍塌深入原1#楼地基，采用花管注浆固结，花管采用Φ48钢管，花管深度3m，花管间距0.5m，在花管上每隔0.8-1.0米呈梅花形用电焊机加工成?10mm的注浆孔，在注浆孔上部用?6.5mm的盘条焊接成“U”型保护扣见图4，防止钢管在打入时注浆孔被堵，影响水泥浆液的压入，注浆浆体水灰比为0.8，注浆压力不得小于1MPa，防止浆体强度过大影响后期人工挖孔桩与锚杆施工。
图4 花管加工图
原楼护坡桩破除过程中，为确保因护坡桩破除对原楼地基沉降不受影响，应对原护坡桩进行试破，并加强沉降观测，在没有明显变形情况下方可进行大面破除和回填碾压，再进行人工挖孔桩施工。
3.4人工挖桩施工
为了保证人工挖桩的安全，先进行人工试挖，对回填碾压土进行核查确保人工挖桩时桩四周不坍塌。经试挖未发现回填碾压土方坍塌现象，为了保证人工挖孔桩安全，人工挖孔桩采取了每间隔3个桩位进行施工，同时加强了对原结构进行沉降观测，确保结构及人身安全。
3.5锚杆及连梁施工
施工流程：钻机就位→钻孔→绑扎钢绞线→插入钢绞线→作堵头→压浆→混凝土连梁施工→张拉→锁定
由于本工程的特殊性，4-4剖面锚杆位于1#楼基础下方，而且直接以护坡桩连梁作为张拉点，故在施工混凝土连梁前应先施工锚杆。在进行4-4剖面的锚杆施工时，应采取跳打的施工方法，尽可能减小对原结构基础土层的扰动。
锚杆体制作与安装。锚杆成孔直径设计为Ф150，锚筋采用3束或4束7φ5高强低松弛钢绞线，夹角10度。杆体中间插入塑料管。钢绞线骨架设固定管架，间距2m。骨架长：自由段+锚固段+锚锁张拉长度。锚杆自由段施工前应刷黄油，并用塑料管包裹封闭，固定好位置。
注浆。胶泥封口后，注水灰比0.5的P.O 32.5水泥净浆，二次注浆间隔时间2～4小时，注浆压力不小于1MPa。第一次注浆后将塑料管拔出6～8m，二次注浆后将塑料管全部拔出，冲洗干净重复使用。
在锚杆注浆完成后即可施工混凝土连梁，连梁尺寸为600×800（高×宽），配筋为6Ф20，配筋为7Ф20，箍筋为Φ6.5＠200，强度等级 C25。为了保证混凝土质量和工期，施工时将混凝土强度等级提高为C40，并加强浇水养护，以保证张拉提前插入施工。
预应力张拉。帽梁混凝土强度、锚杆注浆，水泥浆强度达到75%后,进行张拉,锁定值一般为设计值的80%。
3．6原结构基底-9.1米以下土方开挖
锚杆张拉完后对原结构-9.1米以下土方进行开挖，开挖过程中对锚杆张拉端及原结构基础进行了沉降观测均未变化。
4.施工监测
4.1基坑观测目的
深基坑的安全与稳定直接关系到基坑本身及邻近建筑物、基坑周边道路和邻近地下管线的安全。由于岩土工程的复杂性，深基坑支护系统受到许多难以确定因素的影响，因此，在施工过程中加强水平位移监测和原1#办公楼的沉降观测，及时掌握支护系统及周围环境动态变化，应用监测所得的信息指导施工，是施工过程科学化、信息化，确保支护系统和周围环境安全的重要措施。
4.2监测结果数据分析
经过对支护结构上层挡土墙圈梁（含桩顶帽梁）水平位移和原1#办公楼首层布置的沉降点的沉降位移结果整理分析，水平位移为-20mm至10mm内，均在计算预警值和规范范围内。沉降位移为-3mm至0mm内，均在规范范围内。
5 结束语
北京市西城区政府机关大院改扩建工程深基坑支护经过地下室施工的考验，证明临近（1.6米）建筑物地基高低达5米采用桩锚支护的方案和施工都是成功的。此种支护不公形式简单，受力明确，支护可靠，费用较低等优点。
临近（1.6米）建筑物地基高低达5米采用桩锚支护，不仅需要合理的设计，计算假定与模型准确，更需要精心施工，合理组织支护结构与土方开挖施工顺序，以及施工过程控制是对支护结构的成败起重要作用。
论文作者:杨国富
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/18
标签：护坡论文; 基坑论文; 土方论文; 结构论文; 锚杆论文; 标高论文; 剖面论文; 《防护工程》2018年第31期论文;