优化基坑围护方案控制围护体变形的研究

1、PAGE PAGE 9优化基坑围护方案，控制围护体变形的研究作者：董泽荣 张志华摘要某基坑工程，位于闹市区，通过不断优化设计方案，确定“先两边后当中”的开挖方案，并在基坑局部加设第三道砼支撑，确保临近老建筑（以下简称A楼）及周围道路地下管线的安全。关键词深基坑 围护体系 建筑物保护 挖土 支撑优化 1工程概况该工程总建筑面积52023 m2，地下二层，地上主楼分别为25、27、28、29层。基础形式为桩基，结合钢筋混凝土箱型基础，结构体系为框架剪力墙。基坑面积5800m2，基坑呈不规则三角形，场地标高为0.60m，主楼及地下车库坑底标高分别为12.11m和11.01m，基坑深度分别为11.51

2、 m和10.41m，局部挖深达到14.51m。基坑南面紧邻A楼，北面靠近交通干道，道路地下管线由近及远分别为信息30孔0.50，电力1/0.60，雨水300，燃气300/1.10，燃气500/1.10，电力15孔/1.20，给水150/0.90，给水500/0.80。2工程特点2.1施工总承包从挖土开始，由于种种原因基坑没有布置挖土用的施工栈桥。2.2本工程基坑平面形状见图一，东西向长120米，南北向长70m。整个基坑只有一个出土口。基坑四周沿红线退进35m，基坑四周无道路贯通，施工场地狭小，仅靠马路的一侧有1条宽6米的施工便道。 2.3基坑南面距离A楼9米，该建筑为砖混结构，历史久远，基础刚

3、度差，埋深浅。在基坑开挖前围护桩施工阶段沉降14mm，并有多处纵向贯通裂缝。图一：支撑平面布置图3优化支撑设计方案3.1围护方案3.1.1基坑围护墙采用950mm间距1150mm钻孔桩挡土，设计深度26m（局部28m），采用700mm间距500mm双排水泥土搅拌桩止水，设计深度17m。电梯井、集水井等深坑处采用水泥土搅拌桩坑内加固，压密注浆封底。3.1.2基坑共设置两道支撑，中心标高分别为2.80m和8.00m，第一道支撑为钢筋砼支撑，截面为8001000 mm。第二道支撑为钢支撑，双榀609 mm钢管。3.2支撑方案优化由于双排水泥土搅拌桩止水帷幕施工中已造成A楼局部损坏，经科技委的第二次评

4、审认为基坑围护刚度偏小，在挖土过程中对临近建筑还要造成较大影响，由于围护桩已经施工完毕且无施工空间，增大围护体的刚度已无可能，只有在支撑布置、挖土方案上不断优化，尽最大可能减少基坑对周边环境的影响。3.2.1第一次优化将原来第二道钢支撑改为钢筋砼支撑钢支撑的优势是安装速度快，能最大限度地减少围护结构无支撑的暴露时间，但是由于本工程受场地限制，无栈桥，钢支撑吊装不具备条件，如果采用土法安装，施工周期长，无法减少围护结构无支撑的暴露时间，同时钢支撑刚度相对较小，控制变形相对较弱，因此决定第二道支撑改为钢筋砼支撑，直撑断面为10001000mm。3.2.2第二次优化基坑中部区域增加第三道钢支撑 考虑

5、到第二道支撑中心距离坑底4.1米，为控制围护的变形，设计考虑在基础承台中部加一道H型钢支撑，见图二、图三。图二：第三道钢支撑平面布置图图三：第三道钢支撑剖面图 经过分析与计算，认为增加第三道钢支撑的方案虽能减少钻孔桩变形和A楼沉降，但存在以下几个问题：一是必须在北块基础承台砼浇筑完毕且达到一定强度以后才能安装支撑，施工工期较长，考虑时空效应的因素对控制变形不利。二是同样存在安装机械无法吊装钢支撑的问题。三是由于安装钢支撑的标高受到承台钢筋的限制，不是在控制围护变形的最佳位置。四是安装钢支撑之后承台钢筋施工困难，特别是电梯井等深坑部分的弯起钢筋很难安装。3.2.3第三次优化采用空间琵琶撑代替第三

6、道钢支撑（见图四）经与设计协商再次优化，将第二道支撑局部改为空间琵琶撑，待上一根琵琶撑形成后开挖下面土方至下一根琵琶撑底，再形成一组空间琵琶撑，这样在开挖基础底板这层土方之前，已形成第三道钢筋砼支撑与围檩，经过此优化，围护桩变形计算值较两道砼支撑和增加第三道钢支撑的方案分别减少位移11mm和8mm，而且施工方便，速度快，效果较好。图四：琵琶撑剖面图4土方与支撑施工4.1施工工艺流程开挖第一皮土方至支撑面（2.300）并开槽浇筑第一道钢筋砼圈梁和支撑开挖第二皮土方至支撑底（8.500）浇筑第二道钢筋砼圈梁和支撑开挖第三皮土方到坑底垫层、基础底板施工4.2施工技术措施4.2.1土方开挖时，遵循先撑

7、后挖的原则，每一次挖土不得超挖，待支撑砼强度达到设计强度的70%以上方可进行下层土体开挖。4.2.2严格按照“分层、分区、限时、对称”原则，相邻土层之间的高差不大于2米，以免局部应力释放过快，土层边坡不得大于12。4.2.3按照“先两边后当中”的开挖顺序，增加近A楼处被动土。4.2.4先开挖基坑东西两端，待两端支撑形成后再开挖基坑中部，同时留土区也可作为土方车行走道路，便于加快出土速度。（见图五）4.2.5整个支撑体系分段形成。4.3施工工况4.3.1工况一：开挖基坑东西两端区域的土体至2.30再抽槽，形成两端区域的第一道支撑。4.3.2工况二：开挖基坑中部区域的土体至2.30m再抽槽，形成中

8、部第一道支撑，再在基坑中部回填建筑垃圾筑路。4.3.3工况三：开挖基坑东西两端区域的土体至8.50m，形成两端第二道支撑。此工况中一台0.8m3挖机停在支撑上，一台0.4m3挖机挖机停在支撑下土体开挖面上。4.3.4工况四：开挖基坑中部土体至8.50 m，形成当中第二道支撑。其中近A楼处开挖至7.60m，形成上琵琶撑及围檩。4.3.5工况五：开挖基坑近A楼处土体至9.90m，形成下琵琶撑及围檩。4.3.6工况六：开挖至坑底，进入基础底板施工。图五：挖土分区示意图5结束语5.1A楼虽仍有沉降，墙体裂缝也有增加，但其沉降速率均在控制范围内，房屋结构也是安全的。 5.2基坑先挖两端后挖当中的开挖顺序，将长边一分为三，减少长边效应造成中部位移大的不利状况，同时又为土方施工提供作业面，解决了场内无栈桥无贯