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复杂周边环境下基坑工程开挖与支护施工技术研究

发表时间：2020/9/3 来源：《建筑实践》2020年第9期作者：吕仲品

[导读]

        摘要：由于西安市米家崖二期租赁型保障房建设项目临近铁路、周边环境复杂，需解决基坑围护桩成孔和基坑开挖引起的变形问题。结合场地工程地质条件和临近陇海铁路立面关系，确定基坑分区分块对称平衡开挖，最大程度地降低了因基坑开挖产生的围护结构水平位移，并提出了两种钻头相结合的围护桩成孔方法，合理安排支护桩施工流程，采用高压旋喷加固地质条件差区域，并制定了相应的施工工艺流程，同时，给出了格构柱的施工方法。实践表明，分区分块对称平衡开挖和与地质条件相适应的围护结构成孔方案，可以有效保证基坑开挖过程中的基坑稳定和变形要求，解决了临近陇海铁路的基坑施工关键技术。
        关键词复杂环境；基坑工程；开挖与支护；施工技术

0 引言
        基坑工程在土木工程领域中扮演着十分重要的角色，在日益发展的城市建设进程中，它提高了土地的利用率和缓解了人类的居住和活动空间人地矛盾，因而基坑工程得到了长足的发展[1-2]。在城市中开挖基坑，周边环境敏感，建筑物密集，地下管网复杂，交通疏解困难，环境风险大[3-85]。如何保证基坑工程开挖过程中确保施工安全成为岩土工程中的重要研究课题。本文依据西安市米家崖二期租赁型保障房建设项目基坑工程，阐述该基坑工程的关键施工技术，以期为类似的工程施工提供借鉴和参考。
1 工程概况
西安市米家崖二期租赁型保障房建设项目位于十里铺街办米家崖。北临陇海铁路，南邻东城大道，东邻浐河西路、西临高架路。项目总用地面积约8.44万m2，总建筑面积约418397.83 m2，规划总住户共4086户，15379人。地下总建筑面积127678.1 m2，包括地下车库建筑面积约102676.00 m2，规划停车位4048辆；地下人防建筑面积约12800 m2；主楼地下室面积9030.1 m2；地下设备用房建筑面积约3172 m2。
2 工程地质概况
        场区地貌单元为阶地，钻探时场地正在整平，原始地形地貌已不复存在，场地地形略有起伏，地面标高为23.97～29.87m，孔口最大高差为5.90m。依据钻探揭示成果，将场区地层分述如下：
①-1层杂填土：灰褐~灰色，主要由软塑状粘性土、砼块、碎砖、块石等建筑垃圾混填，粗颗粒含量约30～50%，最大粒径10~20cm，土质不均，松散，分布厚度不均。堆填年限约5年。
②-1层粉质粘土：灰黄色，可塑，含少量铁锰质结核，土质较均匀。稍具光泽，干强度及韧性中等，无摇震反应，中低等压缩性。
②-2层粉质粘土：灰色，软塑，土质较均一。稍具光泽，干强度及韧性中等，无摇震反应，中等压缩性。
③-1层粉质粘土：灰黄色，硬塑为主，局部可塑，含少量铁锰质结核，土质较均一。切面有光泽，韧性中等，干强度中等偏高，无摇震反应，中等偏低压缩性。
⑤-1层强风化含砾砂岩：灰黄色，密实状态，风化成粗砂夹砾石状或碎块状，砾石含量约5-20%不等，砾径一般为0.5-2.0cm，岩芯呈碎块状，裂隙发育，岩芯采取率一般为45-60%，手捏易碎，结构大部分破坏，岩体极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
3 基坑施工关键技术
3.1 分块分区对称平衡开挖
在平面分区上，基坑分为东区、中区、西区三个大区，首先完成临近的西区支护桩结构，随后施作中区和西区支护桩结构完成基坑的封闭，将土方开挖至第一道砼支撑底下0.5m，施作第一道混凝土支撑和栈桥板，继续开挖至第二道砼支撑底下0.5m，及时施作第二道支撑，土方开挖直至基坑设计标高。
在开挖工序上，首先施作支护桩和立柱桩；第二基坑北侧土方开挖至圈梁底并施工圈梁，待圈梁达到设计强度80%后，开挖土方值支撑底，施工北侧第一层围檩及第一道钢筋混凝土支撑；南侧放坡值圈梁底，分层施工GFRP土钉；第三，基坑北侧圈梁、第一道混凝土支撑达到设计强度80%后，开挖土方至第二道支撑底，施工围檩及第二道混凝土支撑；基坑南侧圈梁达到设计强度80%后，开挖土方至支撑底，施工南侧围檩及钢筋混凝土支撑；第四，基坑北侧围檩、第二道支撑混凝土达到设计强度80%后，基坑南侧围檩、支撑混凝土达到设计强度80%后，开挖至基坑底标高，及时浇筑垫层至支护桩边，待垫层达到设计强度80%后人工掏挖承台、电梯井等；第五，浇筑地下室底板至支护桩桩边；第六，基坑北侧待底板及换撑结构达到设计强度80%后，拆除第二道混凝土支撑及围檩，基坑南侧带底板达到设计昂度80%后，拆除钢筋砼支撑及围檩，并继续向上施工地下室主体结构；第七，继续向上施工地下室主体结构，完成负一层顶板及换撑结构施工；第八，基坑北侧待负一层顶板、换撑结构达到设计强度80%，拆除第一道混凝土支撑，并施作主体结构至±0.00；基坑南侧继续向上施工主体结构至±0.00；最后，回填压实地下室外墙与支护桩间土方，继续施工主体结构至封顶。
通过分区分块开挖技术，基坑开挖从第一道支撑至基坑底部，围护桩及结构的变形始终处于允许值范围，根据围护桩结构工程设计位移包络计算，其最大位移值为22.50mm，而经现场实际监测表明，围护桩的最大位移值为25.60mm，远小于基坑规范的沉降值要求。
3.2 格构柱施工技术
        格构柱制作技术要点：①钢材型号采用Q235b 钢，焊条采用E50。②焊缝厚度均大于8mm，所有焊接全部用满焊。③对接接头角钢与连结角钢同规格，焊缝高8mm。④角钢接头位置错开，同一截面接头数量不超过50%，接头位置错开长度不小于1m。⑤格构柱安装精度要求：立柱桩垂直度偏差不大于1/300，中心偏差不大于5mm。⑥对每根格构柱对应桩号进行编号，并用油漆划出埋深刻度线，确保格构柱按设计要求完成。
格构柱吊放安装：根据本工程钢立柱的相关参数，选用50T汽车吊。为避免单机吊装过程中可能产生的旁弯及结构的损伤，采用两点起吊法进行吊装作业。主吊钩和钢立柱顶部吊耳相连，辅助吊钩和距钢立柱底部约1/4 跨的吊耳相连，两钩同时起吊，将钢立柱子吊到离地面高约2m的位置，辅助吊钩减速起钩，主吊机加速起钩，待钢立柱底部将要和地面接触时，主吊机起钩速度放慢，始终保持钢立柱底部不和地面按触。
由于钢立柱距地面深度大，定位要求高，钢立柱定位采用定位架定位。具体步骤为：第一，定位架安装：护筒挖设后，测量人员测放出护筒中心，同时测放出立柱桩的轴线，验收合格后，立即安装定位架，使定位架的四边与引测的轴线点重合。第二，钢立柱安放前，先进行钢筋笼的安放，钢筋笼下放严格按照桩基方案进行。第三，合理选择吊点。第四，钢立柱插入深度满足要求后，立即进行钢立柱的垂直度及轴线定位校正。第五，钢立柱标高控制，预先用水准仪测定桩孔处校正架顶标高，在钢立柱上用红油漆标出柱顶标高位置。
4 结论
        （1）依据西安市米家崖二期租赁型保障房建设项目基坑围护结构和工程地质条件、周边环境，由于临近陇海铁路工程，需解决基坑开挖引起围护结构的变形问题。通过确定分区分块对称平衡开挖，合理安排安排支护桩施工流程，采用高压旋喷加固施工，最大程度地降低了因基坑开挖产生的围护结构水平位移，降低对周边陇海铁路结构的影响，
        （2）在临近陇海铁路段基坑支护桩施工，按照“做一跳三”的施工顺序，可避免一次性在一侧施工过多排桩，导致土体间应力挤压，对陇海铁路产生变形影响。
        （3）由于钢立柱距地面深度大，定位要求高，钢立柱定位采用定位架定位，可以保证格构柱安装精度和保证垂直度。

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参考文献：
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[2]郭永成,吴刚,周玉明,等.奈伦国贸大厦深基坑支护工程实例与分析[J].岩土工程学报,2011,34(11):711-727.
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[5]董建忠,黄飞.复杂环境条件下深基坑支护方案设计研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2015,42(12):34-38.