大型地下室深基坑支护技术探讨

【摘 要】深基坑工程的施工是一个循序渐进的过程，技术复杂 ,稍有不慎,不仅将危及基坑本身安全,还会殃及临近的构筑物和各种地下设施,造成巨大损失。本文根据工程实例，探讨大型地下室深基坑支护施工技术。

【关键词】超长超宽地下室；深基坑；支护技术

1.工程概况

某高层商住楼群工程建筑面积174321m2,27层,建筑高度87.3m,设地下室2层,由大型停车库和人防组成。基础采用预应力薄壁管桩,筏板结构。商住楼地下室底板面标高-8.60m,底板厚1200mm,考虑垫层后基底标高为-10.20m,车库基底标高为-9.95m,自然地坪标高为-2.90m,基坑实际开挖深度为7.30m和7.05m(局部电梯井、消防井处为9.30～10.50m)。综合考虑建筑物形状、工程地质条件、基坑周围环境等因素,基坑开挖总周长约850m,南北方向200m,东西方向190m,面积约35000m2。

2.场地工程地质条件及周围环境

(1)工程地质条件:根据工程地质勘察报告,在基坑开挖影响深度范围内的地基土层地质情况见表1:

(2)周边环境。基坑北侧紧靠规划道路,施工期间为农田,基坑距施工围墙最近约13m,该部位由于施工临设布置需要无动土放坡条件;基坑东面紧靠某明渠,渠深约2.0m,渠水与钱塘江连通,局部范围围护桩已无施工场地,需适当占用河道位置,明渠东面为一厂房;基坑南面为规划暗渠(现为明渠)相临,最近处仅约3.0m;基坑西面为规划河道,施工时河边作为主要运输通道,亦无大范围放坡动土条件。

3.基坑特点

从基坑周围环境条件、开挖深度和地质条件来看,本基坑具有以下几个特点:

(1)开挖深度比较深,中央大型地下车库与11幢商住楼的大面积开挖深度达7.05m和7.3m(电梯井和消防井等范围局部还需加深);

(2)基坑面积很大,施工时若将整个地下室范围整体开挖,基坑平面尺寸达200m×190m,由于规模大,基坑的空间效应相对较弱,对基坑的稳定和变形控制均不利;

(3)虽然现场四周场地开阔,但受用地红线和局部施工场地的制约,沿基坑周边大面积动土放坡条件不具备;

(4)整个基坑深度相差不多,而且11个建筑单体的基坑与车库的外墙距离很小,没有施工两道围护桩的条件;

(5)基坑开挖范围内是具高压缩性的深厚软土层,加上工程采用的是抗侧向变形能力差的薄壁空心管桩,这类桩在施工时将在一定程度上扰动原状土,而且在短期内强度难以完全恢复,围护结构本身和基坑内部的土方开挖还需考虑避免对工程桩产生不利影响;

(6)虽然地基土质以粘性土为主,土层渗透系数不大,但基坑西面和南面距明渠均很近,河水与钱塘江直接相连,需特别注意基坑的防渗措施。结合以上特点,基坑支护方案应重点考虑基坑自身的稳定,同时应避免对作为工程桩的预应力空心管桩产生不利影响。

4.基坑支护方案

结合本工程特点,经计算比较后有以下几种支护方案可供考虑:①排桩加撑锚式支护结构,包括排桩加内支撑或土层锚杆;②双排桩门架式支护结构;③单排桩悬臂式支护结构。

以上方案若单独采用,势必带来两个缺陷:①支撑平面布置难度很大,造价很高;②支撑杆件过长,混凝土收缩的影响很难估计,支撑的效果也不好。因此从基坑受力合理、施工可行、周围环境及围护造价等多方面综合考虑,决定采用钻孔或振动沉管灌注排桩(局部钢筋混凝土内支撑)结合坑底被动土加固的联合支护结构,靠近明渠附近采用水泥搅拌桩作基坑外侧的防渗止水帷幕,浅层局部采用土钉墙支护。具体如下:

4.1围护桩

1-1、3-3、4-4剖面围护桩采用Φ700@1000钻孔灌注桩L=14.55(16.45m),桩顶标高为-4.45m和-6.45m,桩身混凝土强度等级C30,钢筋笼钢筋采用焊接,主筋保护层厚度50mm,施工时要求桩位偏差不得大于50mm,竖向偏差不得大于0.5%,充盈系数>1.1,沉渣厚度

4.2锚撑系统

角部设置主支撑梁为700mm×800mm,次支撑梁为500mm×600mm的钢筋混凝土水平内支撑,设竖向支撑立柱四根,立柱上部采用井字形钢构架,井字钢构架顶部伸入支撑梁400mm,下部插入钻孔桩长度为2.5m。

基坑南面的2-2、3-3剖面场地异常狭小,经建设单位与有关部门协商后,基坑围护施工期间临时占用部分红线外荒地,在地下工程完工后予以恢复。2-2剖面在-6.20m标高设置一道土层锚杆,锚杆总长度为25m,水平间距1.5m,钻孔直径150,采用Φ32钢筋作为杆材。

距离明渠很近的3-3剖面,由于上层覆土压力减轻,使锚杆的抗拔力减小,因此在-6.20m和-8.20m标高各设一层锚杆,锚杆长分别为20.5m和16m,水平间距210m,钻孔直径150,采用Φ32和Φ25钢筋作为杆材,土层锚杆施工采取二次注浆工艺。在4-4剖面范围由于底板后浇带距离基坑侧壁较远,故此处采用“中心岛”方案,即在围护桩和先施工的中间底板之间设置斜向型钢支撑,支撑安装之前坑边保留三角土。

4.3土钉墙

为降低围护费用,2-2剖面在自然地面以下3m范围采用土钉墙,土钉竖向采用2排,长度7m,水平间距1.0m,倾角10°。土钉杆件采用Φ48×3.5锚管,管壁按梅花型布置Φ12@400注浆孔,浆液采用M15水泥砂浆,注浆压力0.8MPa。土钉墙面层采用100厚喷射混凝土,强度等级C20,内配直径为Φ6@200×200钢筋网,钉头通过Φ20钢筋与面网焊接。

4.4止水帷幕

对水源丰富的东面和南面局部范围止水帷幕采用双排Φ600@400水泥搅拌桩,搅拌桩插入坑底210m,采用32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比为0.45～0.55,水泥掺量为18%木质素掺量为水泥重量的0.2%。其余部位则利用自然土拱,不另设止水帷幕。