深基坑结构的支护设计、施工与监测分析

1、工程概况　　1．1工程简介　　该高层建筑工程于主干道旁，周边分别为酒店和商住楼，建设施工空间狭小，地下3层地下室面积4511．65m2，地上28层，建筑面积32253．24mz，建筑总高度91．2m，基坑面积约2500m2，周长约200m，现场地面相对标高为一0．6m，地下室底板相对标高为一12．6m，承台底标高为一12．9m，筏板基础底板标高为-14．5m，基坑安全等级为一级。　　1．2工程地质及水文地质概况　　工程钻探地质揭露地层分布为：(1)杂填土1．1～1．92m，(2)粉质黏土O．38～1．28m，(3)淤泥12．9～17．24m，(4)含卵石砾砂1．099．37m，(5)粗砂(或砾粗砂)1．7～7．27m，(6)砂砾卵石1．5～5．92m，(7)细砂0．78～2．38m，(8)强风化花岗岩0．32～8．5m，(9)中风化花岗岩，(10)微风化花岗。地下水初见水位埋深1.06~2.30m，地质主要含水层为4．70m，稳定水位埋深2．5m左右，属承压水主要赋存于基岩裂隙水中，水位随季节和降雨量变化而变化。　　2、支坑方案的选择和理论计算结果　　该工程支护结构为临时性结构物，因此，在确保土方开挖围护结构安全的前提下，尽量节约投资。本工程地处市区繁华地带，相邻的道路下埋有给排水、煤气、通讯、电力等管线。根据工程地质资料，土质又是呈流塑状的深淤泥层，因此，在确定本工程支护结构的设计原则为：(1)首先要保证围护结构的安全稳定；(2)保证土体结构的稳定，避免土体挠动、隆起等对工程桩的影响；(3)保证该场地相邻道路下管线的安全；(4)施工场地地下水位高，防止降水对周围环境及地下管网的不良影响。　　2．1基坑支护结构的优选　　本工程地下水较丰富，土层软弱以及对环境和工程安全等要求，经过各种支护结构适应性对比分析论证，本工程决定先钻孔灌注桩作为基坑围护结构。　　2．2基坑支护结构的选型　　钻孔灌注桩由于抗侧刚度大，抗弯能力强，变形相对较小，有利于保护周围建筑物和市政设施安全，采用钻孔灌注桩及水平支撑梁系构成空间稳定的围护结构，承受水平力是较为合适的。根据《建筑基坑支护技术规程)(JGJ12o_’99)公式经计算，钻孔灌注桩桩径为800mm，设计桩长为31m，灌注桩砼强度等级C25，最大粗骨料粒径小于40mm，坍落度为80～100mm，水平内支撑采用钢筋混凝土网格梁形式，在网络相交处设置临时钢格立柱，共计32根，立桩在底板以下为~800mm灌注桩。　　3、围护结构施工与基坑开挖　　3．1围护桩施工　　围护桩采用跳打施工，隔2根打1根，后打桩应待先打桩桩身混凝土强度达到设计强度的70％后方可施打，桩身混凝土的充盈系数不小于1．1，混凝土超灌标高应不低于设计顶面标高500mm，凿去多余部分后确保桩顶混凝土强度达到设计强度等级要求。桩间间隙采用旋喷桩作防水帷幕，旋喷桩。其水泥浆液制备采用32．5普通硅酸盐水泥，浆液水灰比为1：0．8采用高速搅拌机搅拌，为提高浆液的稳定性加入水泥干料量5％的膨润土。　　3．2土方开挖　　该工程为支护桩围护结构，在开挖过程中先对基坑进行大面积清理场地杂回填土，坑边四周开挖至支护桩顶，冠梁标高不足部位采用人工配合开挖，达到第一道水平支撑施工作业面要求。　　第一层土方开挖，土质为杂填土，直接开挖，先四个边角再中间。首先从东南角和西南角退土，分别开挖至相对标高～2．3m标高，以提供东南角和西南角水平支撑施工作业面为准。出土大门为基坑北面津淮街大门，施工东南角和西南角水平支撑同时开挖东北角和西北角的土方，以提供东北角和西北角水平支撑施工作业面为准。在四个水平角支撑施工完成后，逐步开挖中间的剩余土方。具体开挖顺序见图1。

　

第二层土方开挖的退土方向同第第一层；当第一层四个边角的水平支撑混凝土强度达到设计要求强度后，开挖第二层土方，考虑到土方从第二层开始为淤泥土质，开挖过程中，为了保证施工正常运行，防止土方开挖中挖机陷入淤泥中，采用建筑垃圾铺设路线，根据现场情况，必要时，在挖机四周装上围护钢板。开挖时，根据挖机数量采用接力形式开挖。具体开挖顺序见图2。最后退土同样从基坑北侧津淮街大门退土。

　　第三层土方开挖顺序和方法同第二层。在第三层土方开挖至相对标高一11．05m之后，开挖基底大承台(坑中坑)。

　

4、基坑支护施工过程中的动态监测和控制　　4．1施工现场监测必须到位　　基坑支撑施工的成功，除对围护体系精心设计外，加强监测实行信息化施工和动态管理非常重要，通过监测数据分析预估基坑工程围护体系本身的安全度，保证施工过程中围护体系的安全，基坑开挖对相邻建筑物的影响，确保相邻建筑物和各种市政设施安全和正常工作，所以支护施工现场监测未到位，不得开挖。　　4．2监测工作主要内容与基坑观测点布置　　本次监测工作内容：(1)冠梁水平观测点28个；(2)地表沉降监测点共l3个；(3)深层位移监测点5个；(4)建(构)筑物沉降观测点4个；(5)支撑构件应力监测点8个；(6)桩身应力监测点共4根桩，每根桩4点；(7)地下水位监测点6个，其中1、3为坑外稳定水位观测井，2、4为坑外承压水位观察井，5、6为坑内承压水位观测井；(8)支承柱沉降监测点12个，土压力监测点共2个，每孔6点；(9)孔隙水压力监测点2个。基坑监测点位置如图2。　　4．3支护变形预警要求及应急措施　　1)当出现下列可能影响点建筑安全情况之一应立即报警或停止施工。　　(1)基坑支护结构的最大水平位移大于开挖深度的1／200　　(2)基坑底部或周围土体出现可能导致剪切破坏或其它可能影响安全的征兆。　　2)现场应准备足够的砂和砂袋，当出现紧急情况时实施反压。　　4．4监测结果分析　　基坑监测工作于2012年2月11日开始，根据设计图纸进行布点初测，至2013年6月17日停止观测，历时近16个月，共发出3份预警通知，都是正常累计值超过预警值，变化速率皆在控制范围内，当基坑土方开挖完毕，变形已趋于稳定，对照各项数据结果分析，基坑支护休系整体工作满足设计要求。　　综上所述，该基坑支护工程设计安全可靠，安全度控制适度，既满足地下室施工需求，又体现经济适用原则。　　5

鉴于复合土工膜部分现场观测成果合成材料在工程应用中具有一定的抗老化能力，故有些国家的某些文件中对其使用年限作了较为宽限的规定，如前苏联BCH07-74《土石坝应用聚乙烯防渗结构须知》中规定，聚乙烯土工膜可用于使用年限不超过50年的建筑物。奥地利林茨公司发表的“聚丙烯复合土工膜土工合成材料的长期性状”一文中的结论写道：“对聚丙烯的15年以上的现场应用经验表明，它们的化学和生物稳定性高；织物的最大损坏是在施工中；铺设以后没有大变化；……可预期超过100年的稳定性。

、结语　　1)内撑式灌注桩围护结构，具有结构受力合理安全可靠，节省费用施工简便等优点。　　2)在设计内撑式灌注桩围护结构时，要充分注意基坑外荷载的控制，同时在施工期间严禁在基坑四周过量堆放材料，确保围护结构的安全。　　3)土体位移随开挖深度的增大而增大，各阶段水平位移与深度变化有较大不同，土体位移沿基坑周边的分布并不均匀。　　4)建立完整的施工监测系统，对支护结构本身的变形，邻近建筑物，周边道路进行监测，掌握周边动态起重要作用，及时反馈信息，便于及时处理，协调施工，对支护结构安全判断起重要作用。