紧邻既有建筑物深基坑支护设计与评价_赵庆攀.pdf

广东建材2023年第2期0 引言随着我国大城市的发展，建设用地越来越紧张，越来越多的城市更新建设项目在市中心城区，周边紧邻既有老旧建（构）筑物及市政管线。紧邻既有建筑物深基坑支护设计既要满足基坑自身安全要求，还要以变形控制为主1-3，这成为一个岩土工程设计工程师近年来遇到的难点之一。紧邻既有建筑物的深基坑设计关键是控制基坑变形，保证邻近建筑物正常使用，不受基坑开挖影响。因此深基坑开挖对周边建筑物的变形影响分析、监测尤为重要。1 工程概况项目为改扩建工程，拆除原有校舍原址重建，拟规划新建教学楼、教师生活辅助用房和临时校舍各1栋，大部分区域设2层地下室，局部为一层。基坑开挖面积约 6785m2，周长约 404m，最大挖深约 9.75m。北侧既有教学楼距基坑边线约5.2m，始建于1986年（4F），基础型式为柱下钢筋砼独立基础，后于1997年加建1层；教师生活辅助用房距坑边约 4.0m，基坑基坑平面布置见图1。紧邻既有建筑物深基坑支护设计与评价赵庆攀 李 力 于 亮 李海斌(深圳市大升勘测技术有限公司)【摘要】基坑开挖伴有扰动性影响,对于周边临近既有建筑物的基坑工程,控制基坑变形及建筑物位移尤为重要。本文以深圳市南山文理学校项目深基坑开挖为例，针对深基坑异形且紧邻既有建筑物的特点，根据增大基坑阳角处侧向支撑的刚度和承载力及提高异形部位和紧邻既有建筑物部位设计安全冗余度的原则，优化了基坑支护体系，增设了多项施工变形控制措施，加密了基坑局部监测点布置。通过对基坑施工监测数据的分析证实该方案实施效果良好，并且总结了基坑设计与施工变形控制的技术措施，为紧邻紧邻既有建筑物深基坑支护设计及施工提供借鉴参考。【关键词】深基坑；紧邻建筑物；基坑监测；全套管咬合桩图1 基坑平面布置俯瞰图工程试验与研究-72广东建材2023年第2期2 地质和水文地质条件场地地形地势平坦，基坑开挖深度范围内岩土层主要为人工填土、粉质黏土、黏土、粗砂及砾砂层，其中粗砂及砾砂层主要分布于坑底附近，两层累计厚度 510m。场地混合稳定水位埋深 2.704.80m，水位年变化幅度1.02.0m。表1为基坑开挖影响深度范围内地层的主要岩土物理力学参数。3 基坑设计方案3.1 支护选型基坑支护设计选型条件如下：场地西侧及北侧紧邻既有老旧建筑，且教学楼建筑形状不规则，对差异沉降较为敏感；场地东侧及南侧紧邻市政路，市政管线分布密集；开挖范围内分布有杂填土层及强透水砂层，且砂层主要位于坑底附近，厚度较厚；场地施工用地紧张，既要考虑支护结构及周边环境安全，又要兼顾方便基坑及结构施工组织。综上所述，基坑既要保证紧邻建筑物安全，又要保证基坑开挖和出土顺利5。基于此，本基坑设计方案采用了排桩结合内支撑支护，并根据基坑各段周边环境保护要求，结合成本因素，分别采用了咬合桩结合内支撑方案。3.2 设计方案基坑支护支护设计方案采用咬合桩+内支撑形式，咬合桩兼做止水帷幕，咬合桩直径 1.2m、咬合宽度300mm的咬合桩，采用软咬合工艺施工。为更好地控制支护结构水平向的变形，减少支护桩桩身挠曲，特意将支撑由冠梁层适当下移，减小支撑至坑底的跨度，同时也减少了支撑到楼板的高度，方便后续支撑拆除。此外，因为基坑西侧教学楼在基坑开挖期间需正常使用，为确保建筑安全，针对基坑西侧离既有教学楼过近、砂层较厚的情况，为防止支护桩施工扰动及成孔时砂土流失导致基础沉降过大，在支护桩外侧采取袖阀管注浆加固隔离。袖阀管注浆钻孔直径 110mm、间距1000mm、排距 500mm，梅花形交错布置。袖阀管应在基坑支护桩施工前完成注浆加固。为防止袖阀管注浆对建筑基础造成抬升，基础附近临近地表 3.0m 不注浆。典型注浆剖面如图2所示。4 计算分析4.1 支护结构计算采用理正深基坑7.0版对基坑支护结构受力及变形进行计算分析，输入表1土层参数后计算得到桩身内力及水平位移包络图，见图3。从图3可以看出，桩身最大水平位移为7.05mm，远小于基坑规范1给出的一级基坑变形最大限值30mm。并且，支护桩桩身正弯矩和负弯矩分布比较均匀，说明基坑支护设计是合理的，有效利用桩身混凝土及钢筋强度，节约项目成本。4.2 坑边建筑沉降计算地层描述素填土粉质黏土黏土粗砂砾砂砂质黏性土全风化花岗岩层厚/m1.61.51.63.82.83.55.9天然密度/(kN/m3)18.018.018.519.019.518.519.5渗透系数/(m/d)0.50.0010.0125.025.00.30.5粘聚力/kPa101520002525内摩擦角/()8121825322230表1 土层物理力学参数图2 袖阀管注浆隔离典型剖面（单位：mm）工程试验与研究-73广东建材2023年第2期本项目基坑西侧紧邻天然地基老旧教学楼，除满足支护结构自身的构件安全及变形外，控制坑边建筑差异沉降更是基坑支护设计的重点4-5，即在支护设计时须考虑控制坑外地面沉降。本设计参照 基坑工程手册（第二版）推荐的地层损失法来估算坑顶地表沉降。所谓地层损失法，即根据地下墙体变形的包络面积来推算墙后的地表变形6。常用的地表沉降曲线类型主要有指数曲线型、抛物线型和三角形。其中三角形的沉降曲线一般发生在围护墙位移较大的情况，如柔性悬臂的钢板桩支护等。本项目采用排桩结合混凝土支撑方案，对变形控制要求严格，支护结构刚度大，且插入坑底较深，地表沉降采用指数法进行分析较为合理。图4给出了理正深基坑7.0版本软件计算的桩身位移及地表沉降位移结果，按照指数法进行合并分析，坑顶地表沉降最大值为9mm，小于常规建筑要求的绝对沉降30mm。本项目教学楼为框架结构，除需考虑绝对沉降外，图3 支护桩桩身内力及水平位移包络图(最大值7.05mm)图4 地表沉降及桩身位移计算结果工程试验与研究-74广东建材2023年第2期还须考虑柱基沉降差，根据 建筑地基基础设计规范7对建筑变形允许值的相关规定，民用框架结构相邻柱基的沉降差允许值为 0.002L（L 为相邻柱基的中心距）。将上述沉降计算结果和结构柱基叠加（如图4所示），可得到最大计算沉降差为7.2mm，满足规范要求的8.0mm。5 基坑变形监测5.1 监测方案基坑主要监测项目：坑顶水平位移、坑顶沉降、地下水位、桩身深层水平位移等。基坑监测点平面布置图见图5。5.2 监测数据分析为更直观评估支护结构对周边建筑物的影响，着重对基坑开挖过程中支护桩结构水平位移、沉降等监测数据曲线进行分析2。图6和图7分别为坑顶竖向沉降、水平位移监测结果随时间变化曲线图，图8和图9为建筑物及周边地表沉降值随时间变化关系曲线。从图中可知，建筑物及周边地表沉降极小，说明基坑围护结构起了有效的约束作用6-7，基坑开挖对周边环境影响极小，进一步说明围护结构设计和施工是合理有效的。6 结论紧邻既有建筑物的深基坑设计关键是控制基坑图5 基坑监测点平面布置图图6 坑顶竖向位移随时间变化关系曲线图7 坑顶水平位移随时间变化关系曲线图8 建筑物沉降值随时间变化关系曲线图9 基坑周边地表沉降值随时间变化关系曲线（下转第41页）工程试验与研究-75广东建材2023年第2期接过程中，千斤顶出现位置偏差，引起两者的中心线不重合（上述情况），通过定位环定位，都可以最终调整千斤顶张拉螺杆与夹具螺杆处在同心轴上。2.4.2 张拉头的连接张拉头是分公母的两个连接头，通过两者配合迅速把千斤顶螺杆与夹具螺杆连接与拆卸，用来传递千斤顶的张拉力。一般张拉头设计成2瓣连接，优点是装拆方便，但由于仅两点受力传给张拉夹具，传力不均匀，一旦有1瓣磨损，极易造成螺杆因受力不均而偏心。把张拉头改为3瓣连接，三点传力更均匀稳定，更能保证千斤顶张拉罗杆与张拉夹具罗杆同轴，如图7所示。2.4.3 张拉螺杆与千斤顶中心孔的间隙配合张拉螺杆与千斤顶中心孔的间隙配合，也会影响张拉的同轴度。外购的张拉千斤顶中间开孔与螺杆的配合，为了方便操作，一般把配合间隙控制在56mm，无形中增大了同轴度的偏差。因此在不影响螺杆在中心孔顺畅滑动的情况下，重新设计加工螺杆，把两者配合间隙缩小到1mm，进一步提高张拉过程中的同轴度。3 结语预应力高强混凝土管桩的施工，对管桩的端面倾斜有着十分严格的要求，若管桩出现端面倾斜超出标准要求，会直接影响施工质量，通过对相关工艺的质量控制，以及对钢筋定长切断机、滚焊机、张拉夹具、预应力张拉机等主要设备和器具进行改造，能从根本上解决长期困扰着管桩生产过程中因端面倾斜超标而出现管桩废次品的质量问题。【参考文献】1 李晨光，薛伟辰，邓思华.预应力混凝土结构设计及工程应用M.中国建筑工业出版社，2013.图7变形，保证邻近建筑物正常使用，不受基坑开挖影响。紧邻建筑物基坑采用排桩结合混凝土支撑方案，对变形控制要求严格，支护结构刚度大，且插入坑底较深，地表沉降采用指数法进行分析较为合理。该工程现在基坑已回填，整个基坑开挖过程中基坑变形、建筑物沉降均较小，说明咬合桩结合内支撑的基坑设计方案安全可靠。【参考文献】1 JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程S.2 陈尊伟.紧邻既有高层建筑深基坑支护设计与监测分析J.城市建筑,2016(20):116-117.3 房明,庄大昌,张慧霞,等.深基坑施工对紧邻建筑物的动态变形实测研究J.广州建筑,2015(01):27-30.4 谢军.紧邻建筑物的深基坑围护结构设计与施工J.住宅与房地产,2017,000(015):61.5罗学俊,张锋.紧邻已有建筑物的基坑支护设计J.科技创新导报,2013(10):56-57.6刘国彬,王卫东.基坑工程手册（第二版）M.中国建筑工业出版社,2009.7GB50007-2011 建筑地基基础设计规范S.（上接第75页）质量控制与检测-41