老城区狭窄场地深基坑设计和施工方案优化介绍.pdf

STONE建筑施石材老城区狭窄场地深基坑设计和施工方案优化介绍曾桂新，陈伟龙（深圳市湛艺建设集团有限公司，广东深圳52 8 0 0 0）摘要：本文通过实际案例介绍了某深基坑的支护设计选型过程，分析了旋挖咬合桩在城市老旧城区的应用优势。关键词：深基坑；咬合桩；超缓凝混凝土；止水惟幕；支撑体系1引言随着近十几年的房地产大开发，大城市老城区的土地资源紧缺，项目拆迁成本高难度大，导致很多房地产项目的停车位、人防空间必须往地下发展，深基坑越做越深且越来越靠近周边房子、道路，安全风险越来越大。新建基坑采用合理的支护措施，保证周围环境和既有结构的安全是十分必要的。深基坑施工引起的卸荷及降水不可避免导致土体位移，进而引起邻近的既有结构（房屋道路等）产生附加变形 2 ，本工程参考了廖少明 3 等人的“咬合桩支护结构的抗弯承载特性研究”和胡琦 4 等人的理论进行“深基坑工程中的咬合桩受力变形分析”,采纳了这两篇文章的力学及变形分析体系。并参考了戴嘉明 5等人在超缓凝混凝土在咬合桩中的应用一文理论结合工程实际最终选取4 8 h超缓凝指标。2工程概况广州市荔湾区某深基坑工程呈“”形，基坑支护开工前的现场地面高程7.6 5 7.8 5m，冠梁面高程为7.6 5m，冠梁面至地下室底板垫层底深度大部分为15.6 5m（东侧局部深度为14.2 8 m），冠梁面高程为7.65m，底板垫层底高程为-8.0 m(东侧局部位置高程为-6.6 3m)，冠梁面至边桩承台垫层底深度大部分为15.8516.05m（东侧局部深度为14.4 8 14.6 8 m），电梯底坑位于基坑中部，对基坑受力变形影响忽略不计。基坑北侧和西北侧距离天然基础的百年老房仅4.5m，距离工地围墙7 0 0 mm。无法做排桩外再加止水幕的方案。根据场地勘察揭示的地质资料，经综合整理，可将场地内岩土自上而下划分为人工填土层（Q ml，层厚1.30 4.8 0 m）、第四系冲积层（Qdl，淤泥质土层厚0.50 5.0 0 m；或黏土层厚0.7 0 6.8 0 m；或细中砂层厚0.50 6.30 m。）、第四系残积土层（Qe1，粉质黏土层厚1.2 0 17.8 0 m）及下第三系（N，全风化泥质砂岩层厚1.6 0 2 6.30 m；强风化泥质砂岩层厚1.2 0 34.7 0 m）基岩五大类。基坑底面位于粉质粘土层，非软弱土层，坑底土层在地下室底板浇筑前对于基坑的变形控制有利。相关土层参数见表1。3施工方案优选3.1计算参数选择及材料选用（1）根据基坑周边建筑物情况、基坑地层条件，基坑深度以及周边距离建筑物情况，基坑工程安全等级为一级，一级基坑侧壁的重要性系数取r0=1.1。（2）材料选用：灌注桩荤桩、冠梁、支撑梁均选用C30砼，灌注桩素桩选用C20砼，其余材料详见基坑支护设计总说明各施工工艺材料选用。（3）地面超载：基坑顶及坑中坑堆载具体详各剖面说明限载。如现场土方车、泵车等车辆或其他设备需频繁通过或堆载区域，施工单位须征求设计同意后，另作地基加固及围护体加固处理。（4）地下水位：基坑外侧按自然地面以下1.0 m考虑，基坑内侧基坑开挖面以下1.0 m。(（5）土层参数选取，见表1。3.2支支护体系选择分析3.2.1护桩排桩+水泥土搅拌/高压旋喷桩止水体系本工程仅南侧有一条约10 m宽的场内运输道路，东侧、北侧、西侧地下室外侧墙与用地红线/工地围作者简介：曾桂新（19 7 3一），男，汉，广东省四会市人，工程师。研究方向为工程设计与施工管理68STONE2023 No.11石材2023年11期69SHICAI建筑施二材墙的间距不足3m（最窄处仅1.8 7 m，如基坑支护与桩基阶段施工平面布置图所示），由于场地狭窄传统的支护桩排桩+水泥土搅拌桩基坑支护方式不被采用，理由：排桩+止水惟幕的总厚度超过3m，故围墙与地下室侧壁间距不足而且转角多对施工机械的无法排布；本工程的西侧、北侧是南岸村以老旧平房或三层天然基础小洋房居多，水泥土搅拌桩的高压注浆所产生的水压力可能让水或泥浆会涌出地面或者进入城市排水/排污管道；水泥土搅拌/高压旋喷桩一般用于淤泥土或沙土中效果更好，本工程淤泥和沙土层厚不大，也不太适合作为止水惟幕考虑。故此不能考虑采用水泥土搅拌/高压旋喷桩的支护+止水方案。3.2.2三轴搅拌桩内插H型钢的支护止水体系如3.2.1理由第、点所述，三轴搅拌桩不适用于本工程；而且本基坑开挖深度接近16 m水土压力大，基坑一旦渗漏水泥土搅拌桩的堵漏效果难以令人满意，对于一级深基坑不应采用三轴搅拌桩内插H型钢的支护+止水方案。3.2.3#地下连续墙支护止水体系地下连续墙作为支护止水方案的效果很好，但是造价高，本工程场地狭窄且转角多地下连续墙机械无法排布，周边老旧房子多基础差地下连续墙的抓斗抓土震动大容易造成旧房开裂。因此，本工程不适合采用地下连续墙作为基坑支护止水体系。3.2.4咬合桩的支护止水体系咬合桩的荤桩作为主要水土荷载承受和传递的支表1土层参数土体与锚固体土层重度粘聚力摩擦角粘结强度极限土层名称号(kN/m)(kPa)(度）摩阻力标准值(kPa)1素填土18.61010202-1淤泥质土16.863.5122-2粘土18.319.58.5352-3中砂19*025503粉质粘土19.23014504-1全风化岩19.73015754-2强风化岩20.0*32*20*100注：*为经验取值，参数均根据地勘报告提供进行计算。护体系 4 ，荤桩和素桩共同作用能达到相对理想的止水效果（秦东平槌等人 5），是兼具支护与止水效果的支护结构，其占对场地要求相对于排桩+止水桩要小得多，能完美解决场地狭窄、水土压力大的一级深基坑支护止水存在的诸多问题。3.3支撑体系的优化本工程基坑初步设计共有两套设计方案，分别是：“1400mm咬合桩+内支撑”和“1400mm咬合桩+锚索”组合的基坑支护方案；1400mm咬合桩+内支撑基坑设计方案。下面根据本工程的特点进行优化设计对比。本工程基坑深度大于15m，周边存在老旧天然基础的建筑及破坏后果严重性。因此，该基坑支护安全等级定为一级,有效使用期限为支护结构完工之日起一年。3.3.1初步方案咬合桩+两道内支撑钢筋混凝土内支撑（出土口4道锚索，冠梁面标高平第一道支撑梁）3.3.1.1冠梁面标高与第一道支撑梁相同的优缺点优点一：冠梁面标高与第一道支撑梁标高相同是基坑设计的常规做法，这种做法的优点是支撑体系能最早参与防护避免在开挖过程中支护桩的水平位移变形过大造成基坑外土体的下沉并引起邻近道路、房屋的开裂变形。优点二：梁面标高相同第一道支撑梁与冠梁的整体性更好，不光能承受压应力，设计有多道内支撑的基坑在软弱土层的基坑支护体系中还能在基坑往基坑外反向变形(或支护桩在基坑底部向内内位移过大时）为支撑梁提供拉应力减少不利变形以确保基坑的安全。缺点一：冠梁面标高与第一道支撑梁相同会影响土方的开挖速度,因为支撑梁完成后土方会被分成了平面上的若干块密集的支撑梁会降低挖土机工效,支撑梁底的土方开挖难度大于平面大土方开挖。缺点二：支撑梁也把工作面分隔成小块不利于排水导流。3.3.1.2出土口做预应力锚索的优缺点优点：出土口做预应力锚索就消除了内支撑对土方开挖的影响，使得土方车辆可以直接进入到基坑内进行土方装载，对于大型基坑的出土效果显著。缺点一：预应力锚索最大问题在于锚索边的流水会带走砂土，使得预应力慢慢降低甚至锚索失效；缺点二：预应力锚索是随着土方开挖从上往下逐层施工，锚索施STONE2023No.1170STONE建筑施石材工时需要钻穿止水惟幕尽管后期会注浆并且有小腰梁补救，但是仍无可避免会降低基坑的止水惟幕效果。缺点三：预应力锚索在深度较深处如果遇到砂层，可能在钻穿止水惟幕的瞬间引起大量水土流失从而造成周边道路、管线和建筑/构筑物的沉降开裂、破坏，严重时可能会发生安全事故。缺点四：预应力锚索通常都会超出用地红线范围，会引起后期的侵权争议，如果涉及后期锚索清障费用高，难度大，如果占用了市政道路，还要向有关部门申请道路封闭施工等。缺点五：锚索预应力张拉的混凝土强度等级要求大于75%，根据广州的夏天的天气情况，一般在七天龄期左右达到设计强度要求。影响整个基坑的施工进度。3.3.2优化方案及新旧方案的经济性对比采用方案2（即咬合桩+内支撑）：鉴于预应力锚索缺点明显本工程最后取消了出土口的预应力锚索，整个基坑均采用两道混凝土内支撑梁，取消了4 道预应力锚索，工期加快了大约1个月；优化后的基坑设计减少了预应力锚索费用约10 8 万元，支撑梁和腰梁费用增加约15.6 万元。降低第一道腰梁标高：采用冠梁和腰梁分离设计，土方开挖时从原土面标高至第一道支撑梁底没有内支撑梁的影响，大大加快施工进度；由于第一道支撑/腰梁标高以上支护挡土桩是悬表2 基坑支护修改成本分析板延伸全文综合序调整的分部分调整前的调整后的造价变化单价备注号项目工程量工程量（万元）（万元）1预应力锚索479.022264.0000.000-108.4502锚具110.9464.0000.000-0.710方案优化后工期加快1.53第一道腰梁砼753.260.000308.85723.265个月折算管4第一道腰梁钢筋7389.20.00041.07830.353理费为2 7 万5第二道腰梁砼753.26268.769308.8573.020元。如果本6第二道腰梁钢筋7389.278.65485.5495.095工程的地下7冠梁砼753.26406.833203.416-15.323室结构设计8冠梁钢筋7389.224.7606.462-13.521改为无梁楼9支撑梁砼增加753.260.000180.85513.623楼盖，三层10支撑梁钢筋增加7389.20.00017.42112.873地下室合计基坑深度将11板撑砼756.5477.71020.176-4.353会减少1.5m12板撑钢筋7389.219.4650.000-14.383左右，造价13支护桩钢筋6850.9561.300498.600-42.955还可以进一14管理费1800001.5000.000-27.000步降低。造价变化合计-138.467臂结构且减少了第一道支撑与第二道支撑之间的杆件计算长度，可以优化支护桩的配筋降低成本，成本节省3.2 万元。降低冠梁面标高：由于冠梁和腰梁分离设计，冠梁的主要起连系构造作用，所以可以按构造要求降低冠梁面标高，冠梁的配筋仅须按构造配筋即可，冠梁费用节省约6 万元。优化方案的直接成本降低138.4 6 7 万元，详见表2。4结论本文所述工程是荔湾区某实际项目，在施工过程提前预见可能存在的困难并结合现场情况，通过图纸会审、现场专题会议等方式施工与设计深人探讨沟通逐步优化出设计和施工都能接受的最优方案。修改后的方案不但安全系数提高而造价也相对节约，主要原因是调整了第一道支撑梁的梁面标高使得支护桩的受力更加合理也使得已经完成的原来锚索区段的1200mm支护桩在不修改桩径和配筋前提下取消预应力锚索，施工进度加快约1.5个月，造价也降低超过100万元。结论是：咬合桩特别适合场地狭窄对止水效果和变形要求都比较高的老旧城区深基坑项目，同时能过合理优化支护和支撑体系可以适当降低造价加快进度，由于进度加快，基坑施工也能尽可以避免雨季降水对基坑底土壤软化影响（众所周知，地下室底板延伸至支护桩边缘对支护桩形成支撑点更有利于基坑的安全稳定，其关键点是做好底板地下水的引流排放防止底板浮起）。参考文献1连保康，马凯伦.空间受限条件下多风险源的深基坑施工案例研究.现代隧道技术，2022,59(增1).2】贺晋阳.浅谈咬合桩施工适宜地质条件.价值工程，2 0 12 年8 期.3廖少明，等.咬合桩支护结构的抗弯承载特性研究.岩土工程学报2 0 0 8 年1月。4胡琦,陈或等.深基坑工程中的咬合桩受力变形分析，岩土力学2 0 0 8 年8 月。5戴嘉明.超缓凝混凝土在咬合桩中的应用。安徽建筑工业学院学报（自然科学版)2 0 0 9年4 月。6曾桂新.人防地下室顶板的结构选型分析.建筑工程技术与设计2 0 17.4.7】曾桂新.浅析地下室抗浮验算及抗浮措施.甘肃水利水电技术2 0 0 4 年6 月.