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广东省六建集团有限公司广东省佛山市528000
摘要:SMW工法是一种新深基坑围护形式。本文结合具体工程,介绍了SMW工法在佛山地区某深基坑工程中的应用,并探讨了其关键技术;现场监测数据表明,该工法是切实可行的,与传统支护体系相比有很强的优越性,值得进一步推广。
关键词:深基坑支护SMW工法关键技术
0引言
近年来,随着城市规模不断发展、升级,人们已逐步将目光转移到地下空间。沿海发达城市,地质条件复杂,而基坑工程规模越来越大、越挖越深,给基坑施工技术提出了新的挑战。
在佛山地区往往分布有淤泥、粉砂、中砂、粗砂等交互的复杂地层,且地下水丰富,深大基坑开挖时需考虑软土的土质特征。对于超过9m的软土深基坑,多采用灌注支护桩+内支撑、地下连续墙+内支撑的支护形式,此两种支护结构刚度大,能有效的控制基坑变形,保证安全。但是,诸多工程实例表明,上述两种支护体系造价高、噪音大、不利于土方大面积开挖,工期长,严重影响工程建设。笔者在设计昇平安置房深基坑工程时,综合考虑基坑本身特点、工期、造价等因素,在佛山禅城区首次将SMW工法应用到深基坑支护中,取得了良好的效益。
1工程概况
图1基坑总平面图
昇平安置房工程位于佛山市禅城区季华路北侧,朝安路西侧,场地北侧为一层厂房及三层建筑,南侧为河涌,西临忠义路,东侧紧挨主干道朝安路。根据岩土工程勘察报告,上覆第四系土层由人工填土、粉质粘土、淤泥、淤泥质土、粉细砂、中粗砂和残积土等组成。
根据项目总规划图(见图1),拟建24~30层住宅楼6座,39层办公楼1栋,设3层地下室,面积约19177㎡,周长约676m,开挖深度为11.9m。
综上所述,该工程特点如下:
1)地质条件复杂,基坑开挖影响范围内有填土、淤泥、砂层,各层厚度分布不均,属软土基坑;
2)开挖深度内砂层厚,层厚12~18m,地下水丰富,稳定水位埋深1.5m,具有微承压性,且南边紧邻河涌;
3)基坑开挖规模大且深,平面尺寸约78m×266m,整体深11.9m,属一级基坑;
4)周边环境复杂,北侧为陈旧厂房,距基坑开挖边线约6m,且均为浅基础,对变形极为敏感。
2SMW工法
2.1基坑支护方案比选
本基坑工程开挖深度大,属软土地区,极易产生边坡失稳,支护设计必须结合基坑本身特点,采取有效的围护及止水措施,严格控制基坑变形及周边地表沉降,确保基坑顺利开挖。综合上述因素,几种可选的支护方案见基坑方案选型表1:
表1基坑方案选型
注:西侧由于淤泥较厚,支护措施单独列出。
从表1可见,SMW工法具有明显优势,最终选定SMW工法+两道内支撑/三道锚索方案,该法技术满足要求,施工空间大,整体工期短,且造价低,与传统支护桩+两道内支撑方案相比节省15%~20%。方案投标时,甲方对整体工期要求很严,在方案竞标时此方案倍受业主青睐。
图2为基坑典型剖面图。昇平安置房基坑工程四个角采用桩撑支护,支护桩采用SMW工法成桩,三轴搅拌桩φ850@600,桩长24~27m,底端比型钢深0.5m,内插700×300H型钢,布置方式为密插、插二跳一和插一挑一。设两道钢筋混凝土内支撑,第一道700×900mm,第二道800×900mm,详见图2剖面a。
南侧及北侧中部采用桩锚支护,为减少支护体系承受的侧向土压力,顶部设1.5m放坡,支护桩同上,设三道预应力锚索,抗拔力设计值550~800KN。详见图2剖面b。
2.2关键技术
2.2.1嵌固深度确定
1)H钢嵌固深度
在我国,型钢与水泥土共同作用机理研究不充分,设计时,通常认为型钢承受全部侧向水土压力。而事实上水泥土对型钢的包裹作用,可有效提高整体抗弯刚度,抑制基坑变形,作为一个安全储备。
为节约成本及H钢能顺利回收,H钢嵌固深度一般小于水泥土桩嵌固深度,至少0.5m。H钢嵌固深度由基坑抗倾覆、抗滑移、抗隆起、整体稳定性及内力变形不超过容许值决定。基坑稳定性分析时,嵌固深度按型钢嵌固深度考虑,不应把型钢底面以下那部分水泥土桩考虑进来。
图2基坑典型剖面图
2)三轴搅拌桩嵌固深度
三轴搅拌桩入土深度要求:a满足基坑抗渗流稳定,防止管涌发生;b形成封闭止水帷幕,确保坑内降水不影响周边环境。
2.2.2型钢布置及型号
地质条件不同,侧向水土不同,对型钢产生的弯矩大小不一,为节约成本,设计时可选择合理的型钢布置形式,主要有:密插、插二跳一和插一跳一三种形式。
同样可根据各剖面弯矩大小,选择不同的型钢截面,通常截面尺寸700×300×13×24H型钢,Q235钢。对于局部弯矩较大处,可采用Q345钢,避免抗弯强度不够而布置双排型钢,可大量节省型钢,产生明显经济效益。
2.2.3支撑体系选定及优化
基坑支撑体系选定应综合考虑各方面因素,合理的选择支撑形式,不仅可以节约造价,还能缩短工期,达到良好效果。
本工程支撑选型时,初步设计时为两道钢筋混泥土内支撑。内支撑体系刚度大,可靠性高,但是影响土方开挖及阻碍后期土建施工。业主一再要求缩短工期,需优化支撑体系,最终选择钢筋混凝土内支撑+三道预应力锚索的混合支撑形式。考虑到东侧、西侧管线较多,其中东侧有军用电缆距基坑开挖边线仅1m,在基坑四个角设两道钢筋混泥土内支撑,南北侧长边部位采用3道预应力锚索。这类混合支撑形式,满足技术要求,施工空间大,缩短了工期。
不同支撑体系交界处,由于两种不同支撑体系刚度不同,往往是薄弱面,局部应采取加强措施。内支撑腰梁与锚索腰梁尽量控制在同一标高上,形成一个封闭体;另交界面处锚索可加长,增加一束,适当提高预应力锁定值。
2.2.4施工冷缝处理
施工过程中,由于机械故障、停水、停电等不可预计因素,难免出现冷缝。相邻桩施工间隔时间长,一般超过24小时。先施工桩水泥浆液与土体中水反应,生成水化生成物,再与土体矿物反应,水泥作为胶结体,形成强度较高的水泥土。在不同地层中,水泥土强度不均匀,下一套搅拌桩施工,套打时极易偏钻,在基坑底部位置形成:“倒V”形缺陷,造成止水帷幕不连续,基坑开挖时漏水,造成不可预估的损失。
故施工过程中一旦出现冷缝,则应采取相应的处理措施,可在冷缝处围护桩外侧补素桩方案。在水泥土桩达到一定强度后进行补桩,防止偏桩,确保补桩效果,如图4。
施工过程中一旦出现冷缝,则采取在冷缝处围护桩外侧补素桩方案。在围护桩达到一定强度后进行补桩,以防偏桩,保证补桩效果。如图5。
图5施工冷缝处理
2.2.5H型钢的回收
SMW工法最大的特点之一就是型钢能拔起回收利用,大大降低了围护工程的造价,因此型钢回收效率是决定工程成本的关键,也是评价工程成功与否的重要标准。型钢起拔阻力主要由静摩擦阻力、变形阻力、型钢自重等3部分组成,施工中应重点考虑如何减少静摩擦阻力和变形阻力。这就要求施工中严格控制,如型钢表面隔离剂涂刷时应严禁漏涂、少涂;型钢加工制作或焊接时要确保垂直度和平整度,不允许出现扭曲现象;型钢应尽可能靠自重插入;型钢起拔时选择合适的千斤顶及夹具,要垂直用力,不允许倾斜起拔;同时周边有4~6m的空间,适合吊车行走。
从现场回收情况来看,除基坑转角处约16根型钢由于插入中倾斜度过大无法拔出外,其余均能拔出,回收率达97%,对整体造价影响甚微。
3实测成果分析
昇平安置房属一级基坑,根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009及设计要求,本项目监测项目主要有坡顶水平位移、竖向位移、深层水平位移、锚索内力、内支撑内力、立柱沉降、周边建筑物沉降、地下水位等;通过监测数据,指导开挖,掌握周边环境的变化,为动态设计及信息化施工提供依据。目前基坑已基本开挖到底。
3.1深层水平位移
沿基坑周边,间距约50m,在支护桩后0.5m位置共埋设12个深层水平位移监测点,深24m,其中10根正常工作。选取有代表性一根(CX09)进行分析,此测斜管位移北侧内支撑与锚索交界面处,形成的基坑深层水平位移曲线如图5所示。
由图6可知,水平位移呈现坡顶小,中间大的鼓胀模式。坡顶位移约15mm,最大水平位移出现在-9m处,即基坑中下部,其值约37.5mm。从位移曲线形状看,曲线并不平滑,出现多个拐点,这主要是由于锚索在砂层中施工,局部塌孔,致使测斜管周边形成小空洞,基坑开挖卸荷后,变形不均造成。
图6深层水平位移(CX09)
从时空上分析,2013-12-3日之前最大位移约20mm,此时基坑已开挖至第三道锚索底(-8.85m),而自2013-12-3日到2013-12-13日,基坑开挖到底板底,位移急剧增长至35mm,原因主要有两点:(1)开挖阶段,由于受开挖卸荷影响,水平位移急剧增大,特别是基坑中下部土方的开挖阶段;(2)由于场地砂层较厚,地下水丰富,土方开挖至第三道锚索底(-8.85m),地层已进入砂层1~2m,锚索施工遇到困难,钻进中出现轻微涌水、涌砂现象,致使测斜管周边土体松动,位移增大。而至开挖完成三个月(至2014-3.15),位移基本无变化,其值基本稳定于37.5mm。这说明,基坑基本趋于稳定,同时,从现场实际情况可知,迄今为止基坑周边并未出现明显的变形。故基坑开挖过程中应加强监测,特别是中下部土方的开挖阶段,做到信息化施工;砂层较厚场地,慎用锚索。
对比其它9个测斜孔,水平位移均呈现坡顶小,中间大的鼓胀模式,最大位移出现在-8.0m~10.0m之间。其中CX10号测斜孔,最大位移达45mm,接近报警值,主要由于前期施工经验不足,三轴搅拌桩施工冷缝处理不当,在基坑底部位置形成“倒V”形缺陷,造成止水帷幕不连续,此部位基坑开挖时出现涌水、涌砂现象。
3.2其它
监测结果表明,坡顶水平位移基本在15mm~25mm之间;北侧房屋沉降20~25mm,沉降较均匀,唯有一个点达到35mm,主要是由于局部漏水、漏砂所致。北侧地表道路有裂纹出现,宽5~8mm;北侧房屋主体结构柱、墙、梁未见明显裂纹,而房屋屋角与地面之间有裂纹,宽3~5mm,基本在控制范围之内。其余锚索内力、内支撑内力、立柱沉降均未超警戒值,满足设计要求。
总之,基坑最大深层水平位移37.5mm,相比灌注桩及地下连续墙,变形值略偏大,且周边道路出现轻微的裂缝,但仍然在控制范围之内,故SMW工法+内支撑/锚索的方案是安全的、可行的。
4结论
综上所述,在昇平安置房基坑工程中采用SMW工法支护是成功的。目前基坑已基本开挖到底,各项监测值均在容许范围之内,对同类型工程有积极的借鉴作用。通过分析,主要结论如下:
1)相比灌注支护桩和地下连续墙,SMW工法具有止水性能好、施工噪音小、无泥浆污染、施工占地小等优点,且造价低,比灌注支护桩节省15%~20%,值得推广;
2)合理的选择支撑体系,不仅可以节约造价,还能缩短工期,本工程采用角部两道钢筋混凝土内支撑、南北侧长边部位3道预应力锚索的混合支撑体系,达到了良好效果。
3)SMW工法应视地质条件不同,灵活确定型钢及水泥土桩长度,选择型钢布置形式及型号,达到安全与经济双赢。
参考文献
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