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浅谈分期建设地下室基坑支护设计

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[摘要]分期建设基坑工程是解决城市地下空间改造的重要研究课题。开展了分期地下室建设的基坑支护方案研究,通过设计计算及施工表明“分块分隔”的围护方案,能够有效地保证各期基坑开挖的安全。对比分析了先、后期相邻基坑交界面区域支护结构设计的可行性方案。可供类似基坑围护设计时参考。基于分期建设的项目越来越多,建议继续深入研究多期地下室基坑支护优化技术。

[关键词]分期建设地下室;基坑支护;分界处方案设计

随着近年来我国建筑行业的迅猛发展,地下空间开发要求越来越高。但往往由于不同原因,如项目占地面积过大,周边变形要求高,或者由于场地拆迁受限,局部场地尚未交付等多种原因,为考虑项目的整体开发进度,经常需要分期来建设。分期建设的项目通常需要综合考虑项目的进度及工程造价等因素来平衡项目的开发节奏。基坑支护技术是为确保地下结构施工及周边环境的安全,对基坑侧壁及周边环境采用的挡土和止水结构。分期建设的地下室结构,不仅工程量增加,对施工技术的要求也更高。深基坑工程属于危险性较大的工程,复杂环境下的施工过程中出现问题也更多,因此对于分期建设的基坑支护方案的研究显得尤为重要[1-3]。为此,本文以下关软土区江边路一号地(08-06地块)为依托,对软土区分期建设的深大基坑支护方案及支护效果进行分析研究。

1工程概况

南京市江边路一号地(08-06地块)位于南京市下关区建宁路南侧(图1)。本项目共4栋住宅楼(07#~10#),因项目征地原因,本次拟建工程一期为07#~09#住宅楼及其地下室。二期为10#住宅楼及其地下室。本基坑为两层地下室结构,地下室底板垫层底标高为-9.55m,局部机械车库落深区底板垫层底标高为-11.70m。地下室建筑面积约7400m2,地下室周长约340m,基础形式为桩基础。基坑工程分为两期,如图1所示,其中一期约5200m2,开挖深度8.25m~10.90m;二期约2600m2,开挖深度9.75m~11.90m。基坑支护仅西南侧为待拆建筑,距离一期支护结构距离较远,其余侧为规划道路或空地,无地下管线,周边环境条件良好。

2工程地质条件

拟建场区隶属于长江漫滩地貌单元,勘察深度范围内岩土体划分为5个工程地质层,各层工程地质特征如下:①1为杂填土:杂色,松散,湿,主要为粉质黏土夹碎石、碎砖,局部为砖块,夹有少量的植物根茎,土质疏松多孔,非均质。局部夹有塘泥。填龄小于5年。①2为素填土:灰黄~青灰,松散,湿,以粉质黏土为主,夹碎石及腐植物,局部夹有塘泥。填龄小于8年。②1为淤泥质粉质黏土夹粉质黏土:灰~灰黄色,流塑,局部为软塑,见少量腐植物,具淤臭味,稍有光泽反应,无摇振反应,干强度、韧性中等。局部夹薄层粉土、粉砂。②2为粉质黏土夹淤泥质粉质黏土:灰~灰褐色,软~流塑,见少量腐植物,具淤臭味,稍有光泽反应,无摇振反应,干强度、韧性等。局部夹薄层粉土、粉砂。②3为粉质黏土:灰~灰黄色,软塑,稍有光泽反应,干强度、韧性中等。局部夹薄层粉土,见少量腐植物,具水平层理。②4为粉质黏土:浅灰~灰黄色,软塑,局部可塑,稍有光泽反应,干强度、韧性中等。局部夹薄层粉土、粉砂,具水平层理。③为粉细砂:青灰色,中密~密实,饱和,主要矿物成分为长石,其次为石英、云母,局部夹细砂、中粗砂及小砾石,呈次圆~圆状,颗粒级配一般。局部夹有软塑状粉质黏土薄层。④为含砾中粗砂:灰色,以中粗砂为主,密实状。卵砾石含量10%~20%左右,成分为石英质,粒径一般1cm~5cm,局部大于8cm,欠均匀,磨圆度差,呈次棱角状。局部夹有软塑状粉质黏土。⑤1为强风化砂岩:杂色,以灰黄、灰白、灰色为主,岩芯经强烈风化呈砂土状,手捏易碎,遇水易崩解。局部夹有中风化硬块。极软岩,岩体基本质量等级为ⅴ级。⑤2A为中风化砂岩(破碎状):杂色,以灰黄、灰白、灰色为主,岩芯经风化呈碎块、块状,局部短柱状。岩体破碎,软岩,岩体基本质量等级为ⅴ级。⑤2为中风化砂岩:灰白、紫红色,岩芯风化呈柱状和短柱状,局部碎块状。锤击易断。岩体较完整,属软岩,岩体基本质量等级为Ⅳ级。地下水类型主要为孔隙潜水及微承压水,孔隙潜水赋存于①层填土中,富水性不均;微承压水赋存于③层粉砂、④层含砾中粗砂中,对本工程基本无影响。各工程地质层基坑支护设计参数如表1所示。

3设计方案

3.1难点和特点

(1)由于征地因素,本项目无法一次性开挖建设,而考虑项目总体进度安排,一期地下室必须先期开工,待其完成并开始上部结构施工后,根据征地进度情况再进行二期地下室结构施工;分期施工带来分界处前后支护须统一考虑,前后传力体系设计要求高,土建施工难度大等难点;地下室分期建设详见图2。(2)本项目位于下关滨江带,临长江较近,软流塑状淤泥质软土分布厚度达到约40m,整个基坑位于深厚软土层中;(3)本项目B2层局部设置3层机械车库,基坑开挖深度10.4m,其余区域基坑深度8.25m,基坑开挖深度差异大,且分布不均匀,整体受力及变形协调要求高。

3.2设计思路及设计方案

根据该工程进度安排的特殊性,结合基坑深度、水文地质条件及周边环境等条件,整个基坑支护采用分期设计思路[4-5]。基坑支护设计方案如下:(1)挡土结构:一期浅坑采用道钢筋混凝土支撑、深坑采用钻孔灌注桩+2道钢筋混凝土支撑作为支护体系;二期采用钻孔灌注桩+两道钢筋混凝土支撑作为支护体系。设计方案平面图如图3所示,设计方案典型剖面图如图4所示。(2)止水与降排水措施:基坑周圈采用三轴深搅桩作为止水帷幕;基坑内采用真空井降低坑内水位,支护结构外侧设置截水沟及时排除雨水及地面流水。

4分界处方案选择

在现有大型深基坑工程中,常常由于征地原因或基坑面积过大需要“以大化小”或其他因素分割成两个或多个深基坑工程。为此在不同分期界面处均须要使用支护结构,且要满足前后基坑开挖期间全工况的受力及变形要求。常见的分界处做法详见图5。方案一中利用分界处支护桩作为前后期的挡土结构,承担对向土压力,对主体结构施工影响小,前期设置换撑型钢作用于支护桩上。但此方案须在分界桩所在位置留一跨主体结构作为施工缝,待其余区域地下室封顶拆除支撑后方能破除支护桩,由于施工缝留设距离过大宜引起坑边跨度过大,基坑易变形过大,距离过小支护桩破除工作难以展开,大型机械破除难度大,施工效率低,换撑工况复杂。方案二中在分界支护桩局部设置钢立柱作为后期开发支撑体系的竖向支承结构,水平向则充分利用前期已建地下室结构作为传力体系,刚度大,抗变形能力强,且分界桩破除随土方开挖同时进行,后期主体换撑不受影响,施工速度快,更节省工期。根据上述对比分析本项目在分界处选用第2种支护方案。

5计算结果与监测结果比较

通过设计计算分析,本基坑支护方案均能满足现行规范要求[6]。本项目基坑一期现已全部完工,二期待后期征地结束后再行建设。根据计算结果显示基坑位移最大约3.2cm,由于本基坑面积小,时空效应影响小,现场建设速度快,最终监测数据显示最大位移发生于阳角两侧处,基坑变形最大约3.5cm,监测结果与计算结果吻合较好。周边已有建筑及道路均无开裂现象,基坑分界处变形可控,基坑无渗水等现象,监测结果表明一切均比较正常。

6结论及建议

本文以江边路一号地(08-06地块)基坑支护工程为背景,开展了分期地下室建设的基坑支护设计研究,通过方案对比分析,方案设计,监测对比,得到如下结论。(1)多期地下室的基坑支护可采用“以大化小”的围护方案,能够有效地保证各期基坑开挖的安全和支撑结构内力的有效传递。(2)研究了分期开挖基坑分界处支护不同做法的对比分析,可为类似工程提供指导。(3)限于建设条件,本文所采用的周边围护+分隔围护方案在建设造价和工期上不具有竞争性,未来可继续研发新型高效的多期地下室的基坑支护技术。

参考文献

[1]陈建国,文发.深基坑支护技术的现状及其应用前景[J].城市道桥与防洪,2011(01):91-94+9.

[2]刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].2版.中国建筑工业出版社,2009(11):56-59.

[3]龚晓南.基坑工程发展中应重视的几个问题[J].岩土工程学报,2006(28):1321-1324.

[4]池国城.地下室基坑支护设计与施工探讨[J].中国建设信息,2011(15):79-80.

[5]刘兴旺,陈卫林,李志飙,施祖元.某大型工程施工阶段地下室加层的基坑支护技术[J].建筑结构,2012(08):104-106.

[6]建筑基坑支护技术规程:JGJ120—2012[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

作者:杨博 宋永生 苑举卫 卫海 单位:江苏鸿基节能新技术股份有限公司

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