高层建筑施工设计论文发表

分类：建筑设计论文发表 时间：2012-03-29 15:23 关注：(1)

 

摘 要：本文结合工程实例，根据某高层建筑的地质情况对基坑的围护设计与施工进行了分析，选择了最合适的施工方案。并对地下处理和施工也提出了措施。供同行参考。

　　关键词：高层建筑 基坑支护围护设计地下水施工监测

　　1、工程概况

　　 某高层建筑由1#、2#、3#三幢主楼组成，主楼31层，裙楼4层， 整体两层地下室， 框架剪力墙结构。该建筑总用地面积10404 m2 ，建筑面积111666.7m2，总高度103.5m。主楼基础约为52m×166 m，支护面积约7200 m2，基坑拟开挖深度为7.5 m～10 m。

　　2、场地地质及水文条件

　　 根据岩土勘察报告, 场区工程地质情况自上而下依次为:

　　 (1) 杂填土, 层底深度1.0 m～1.8 m, 层厚1.0 m～1.8 m。

　　 (2) 粘土, 层底深度2.8 m～4.2 m, 层厚0.9 m～3.0m。

　　 (3) 淤泥质土夹粉土, 层底深度7.7 m～10.6 m, 层厚4.3 m～6.9 m。

　　 (4) 粉质粘土粉土互层, 层底深度14.4 m～20.6 m,层厚4.4 m～13.1 m。粉土夹粉细砂层底深度19.0 m～20.6m, 层厚0 m～5.2 m。

　　 (5) 粉细砂, 层底深度27.0 m～33.2 m, 层厚8.0 m～16.2 m。

　　 (6) 细中砂夹中粗砂, 层底深度40.0 m～43.2 m, 层厚7.2 m～15.0 m。粘性土层底深度38.0 m～42.0 m, 层厚0 m～2.8 m。

　　 (7) 中细沙混夹卵砾石及粗砂, 层底深度46.1 m ～50.6 m, 层厚1.7 m～5.5 m。

　　 (8) 卵石混砾砂及粗砂, 层底深度46.1 m～50.6 m,层厚2.3 m～5.5 m。

　　 该场地地下水存在上层滞水和承压孔隙水两种类型。上层滞水赋存在于近地表的(1) 层杂填土中, 其主要补给来源为大气降水、生活用水等。承压孔隙水主要赋存于(4) 、(5) 、(6) 、(7) 、(8) 层组的砂、卵砾石层中, 为场地内主要承压含水层。该含水层与周边水体具有一定的水力联系, 并相互补给, 水位随季节变化幅度较大。根据区域水文地质资料, 该段承压水水头年变化幅度为3 m～5 m。

　　3、基坑支护施工条件分析

　　 根据相关资料及现场调查的结果可知, 基坑周边环境条件较为复杂严峻, 基坑平面及周边场地条件为:

　　 (1) 周边建筑物情况。基坑周边东、西、北三面临近建筑物, 南面紧靠道路。基坑东面为4幢8层砖混住宅楼,其中3幢距离基坑围墙约4 m, 一幢距离基坑围墙仅3 m, 基础形式为沉管灌注夯扩桩, 桩长约18 m。北面及西侧紧邻周边村几幢砖混民房, 其中3幢3层, 2幢2层。这几幢砖混民房对基坑变形较为敏感。

　　 (2) 周边自来水管道情况。基坑南侧大门处有一管径为50 mm的自来水管接头。基坑东侧邻近的八层住宅楼旁有一自南向北管径为50 mm的给水管道, 主要用于该住宅楼的供水。基坑南侧在道路中央设有雨水管道。

　　 (3) 周边煤气管道情况。基坑东面围墙外约2 m的地方有一根自南向北埋设的煤气管道。基坑西面住宅小区煤气管道均自某厂接入, 距离西面围墙约5 m。基坑南面有一根浅埋的煤气管道, 管径200 mm。

　　 (4) 周边电线电缆情况。基坑南侧道路的人行道上靠基坑围墙的东南角有一台高压变压器及相关的输入、输出电线。基坑西侧离基坑最近的是1幢1层砖混结构的配电房, 紧靠基坑围墙。

　　4、基坑支护施工方案的分析与选择

　　 4．1基坑支护结构方案

　　 根据本工程的岩土工程条件和基坑场地特点, 比较可行的支护结构方案为钻孔灌注桩排(或地下连续墙) 加预应力锚杆(或内支撑) 。其中钢筋混凝土地下连续墙具有挡土、止水, 兼作地下室外墙等特点, 但因其造价高, 施工工序繁杂。因此本工程不采用。

　　 钻孔灌注桩桩排加预应力锚杆是目前比较常规的方案,工程经验较多, 理论计算方法也比较成熟, 施工工艺相对简便易行、经济可靠。但本场地东西两侧最近7 m以外即为采用桩基础的多层建筑物, 锚杆施工无法进行; 另该场地上部土层主要为松散的杂填土、软塑至可塑状态的粘性土组成, 并分布有厚层软塑至流塑状态的淤泥质粘土, 最大厚度达7 m以上。该层在开挖过程中, 易产生蠕变、流动。当采用桩锚支护时, 若锚杆位淤泥质土夹粉土层中, 则锚杆易产生蠕变变形, 最终导致基坑边坡产生较大位移。本场地北侧民房结构性、整体性均较差, 对变形较为敏感, 该侧明显不宜单纯采用桩锚支护方案。因而本基坑无法采用单纯桩锚支护。

　　 内支撑设置比较复杂, 支撑设置不当对施工进度会造成一定影响, 但内支撑结构能够节省一定的工程费用, 能够较好地控制基坑变形, 且施工不受基坑外侧环境影响。对于喷锚网支护, 由于该场地严峻的周边环境, 其锚杆长度受限, 采用单纯喷锚网支护显然是不可取的。

　　 本基坑开挖基本呈矩形, 可通过调整支撑布置, 尽量减少内支撑结构在基坑开挖时对土方挖运的影响。因此,内支撑方案可作为首选方案。同时, 本场地上部土层为强度较好的土层, 可考虑充分利用上部土层的性质。为节约工程投资, 减少支撑体系的层数, 降低土方挖运的难度,并满足施工堆载要求, 场地上部3.0 m范围可采用削坡卸载放坡的支护措施。

　　 综上分析, 考虑到本工程场地周边环境的严峻性和复杂性, 本基坑支护结构采用上部放坡卸载支护与钻孔灌注桩排加内支撑、锚杆相结合的复合支护体系。本工程选择的支护方案见图1。

　　

　　图1基坑支护结构剖面示意图

　　 4．2地下水控制方案

　　 该深基坑排降法主要考虑深井降水法，深井降水由于土体中地下水疏干, 排水固结压密和由于承压水水位降低产生的附加有效应力而对下卧层的固结压密等原因, 总是会或多或少地引起周边地面一定的沉降。因此, 从技术经济角度考虑, 采用悬挂式竖向隔渗墙和坑内中深井降水相结合的地下水处理措施。

　　5、基坑围护设计与施工

　　 5．1基坑支护结构设计

　　 (1) 支护桩设计。支护桩采用钻孔灌注桩, 设计桩直径为Φ800 mm, 桩间距为Φ1000～1200 mm, 桩身混凝土强度为C25。主筋均匀对称通长布置, 加劲箍为Φ16@2 000, 螺旋筋为Φ8@250,在桩上部6 m范围内箍筋加密为Φ8@150。设计支护桩有效长度分别取11.0 m～20.0 m不等, 桩顶标高均为17.0 m～20.0 m。

　　 (2) 圈梁设计。为了增加支护桩的整体刚度, 支护桩顶设置钢筋混凝土圈梁。该圈梁兼做围檀, 圈梁设计为高度800mm, 宽度为1100 mm, 支护桩伸入到圈梁内100 mm, 主筋伸入梁内600 mm, 圈梁沿基坑周边形成封闭结构。梁顶低于自然地面3.0 m～3.5 m。其上部土体按1∶0.2～1∶0.5放坡, 并进行放坡喷面或喷锚网支护。圈梁主筋为2×8Φ25+ 4Φ18, 箍筋为Φ8@250, 混凝土强度为C25。

　　 (3) 锚杆设计。为改善支护桩的受力, 减少土方开挖工程量, 在基坑南侧北侧相应位置均设计锚杆一排, 锚杆间距同支护桩间距, 锚杆直径150mm, 长度20m, 锚筋为3Φ20。

(4) 支撑杆件设计。采用环梁支撑型式, 以减少支撑杆件数量, 方便土方的挖运。为了施工方便及成本考虑, 内部环梁支撑、对顶支撑均采用钢筋混凝土梁、角撑、连杆及桁架梁等则采用H型钢。其中围檀截面尺寸为1 100 mm×800 mm, 主筋为2×10Φ20 + 4Φ18, 箍筋为Φ8@250。护壁桩高度超过6.9m，为了在基坑方便施工，本工程不采用支撑杆件支撑，而是加设锚索及腰梁，锚索及腰梁采用下面方法：

　　 锚索：1、锚索施工按《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）进行。2、锚索采用2束7Φ5钢绞线，在标高(高程)16.2m及14.2m各设一道,钢绞线强度标准值为1800N/m㎡。成孔直径为130mm。3、注浆材料选用M20的水泥砂浆，并加入早强剂，注浆体强度不小于20MPa,一次注浆压力为0.5~1MPa。并采用二次注浆,注浆材料选用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆,注浆压力为2～3MPa要稳压2分钟,灌浆量至少为0.5包水泥/m.4、钢绞线锚固段架线环与紧箍环每隔2m间隔设置，紧箍环系16号铅丝绕制，不少于两圈，自由段每隔2m设置一道架线环，以保证钢绞线顺直。5、待砂浆体达到设计强度的70%后方可进行锚索张拉。6、锚索锁定前先张拉至设计预应力的1.1倍,保持15min,然后卸荷至零,再重新张拉至锁定荷载进行锁定作业.锚索张拉荷载分级及观测时间按规范进行。

　　 腰梁：在标高(高程)16.2m及14.2m各设一道腰梁,腰梁采用2[25a型槽钢,腰梁与护壁之间须紧密相连，不得在腰梁和护壁之间留空隙，确保锚索和桩体更好的共同作用。

　　 (5) 支撑立柱设计。在支撑中部设立23个立柱,立柱下段采用灌注桩,桩长为18m,立柱桩顶面标高为基础承台底标高,上部采用4根120mm等边角网焊接成支架,角钢插入灌注桩2.0 m。立柱桩主筋为10Φ18,箍筋为Φ8@250。钢支架在承台中段设计止水片一道。支撑立柱结构见图2。

　　 (6)边坡上段卸载放坡、喷锚网支护设计。基坑东、西两侧坡面采用喷锚网支护,开挖坡度为1∶0.2～1∶0.5。沿围墙墙脚打入杉木桩一排,同时沿坡面布置锚杆3排。基坑南、北侧采用二级分级放坡,坡度为1∶0.2～1∶0.5。一级坡面采用喷锚网喷射混凝土支护措施。沿围墙墙脚打入杉木桩一排,同时沿坡面布置锚杆3排。喷锚网支护部分喷面采用喷射混凝土,混凝土设计强度为C20,厚度8 cm～10 cm,配比水泥:砂∶石子= 1∶2∶1.5,采用标号32.5 MPa的普通硅酸盐水泥、粒径不大于2.5 mm的中细砂和粒径小于5mm的瓜子片。喷射混凝土铺设200 m ×200 m的Φ6.5钢筋网一层。均采用一次性锚管。锚杆纵横向间距为1.2 m,长度均为6 m。上下排锚应错位。注浆材料为水泥,采用水灰比为0.4～0.5,水泥强度等级标号32.5的普通硅酸盐水泥。

　　

　　图2支撑立柱结构截面图

　　 5．2地下水处理措施 桩间土采用旋喷桩固化，达到止水作用而不使桩间土蹋方,其旋喷桩施工工艺：1、采用二重管高压旋喷灌浆方法进行基坑帷幕隔水。帷幕防渗施工重点地层为基坑壁四周的松散—稍密粉土粉砂状细、粗砂。2、布孔孔距1m～1.20m,拐角点处适当加密,分两序进行,连续喷射作业。3、旋喷桩的深度以穿过松散密粉土粉砂状细、粗砂底层1.00m为准。4、灌浆材料为普硅32.5水泥,浆液水灰比0.8:1。

　　 (1)侧壁防渗止水。本基坑周边止水帷幕设计为单排深层搅拦防渗墙,采用复搅工艺。

　　 (2)基坑降水措施。由于降水井所抽取的地下水主要为砂层中的地下水,根据该层颗粒特征、含水层渗透性能,在基坑内布置10口80 t/h的降水井。 同时布置3个观测孔，通过观测孔能灵敏地反映场内地下水位的变化。

　　6、基坑支护施工监测

　　 在本工程基坑施工期间, 对周边环境及支护体系进行了监测, 以掌握基坑周边支护的定状态及周边土体的变化, 了解施工对周围地面房屋建筑、道路、地下管线等的影响程度, 并将监测值与设计值、变化速率与允许速率等进行比较, 及时对施工状况进行判定, 做到信息化施工,以确保基坑施工和环境安全。主要监测项目如下:

　　 (1) 基点观测。3个水准基点, 8个水准位移基点, 每1个月校核1次。

　　 (2) 水平位移观测。在圈梁和环梁上共设26个测点,开挖3m以内每周1次, 3m～7 m每天1次, 7 m以下每天2次。

　　 (3) 沉降观测。支护桩沉降观测点18个, 周边房屋及道路沉降观测点75个, 观测频率同(2) 。

　　 (4) 支护桩测斜。支护桩内测斜孔共布置7个, 观测频率同(2) 。

　　 (5) 支护桩、内支撑应力。由支护桩5组和环形梁四分圆受力点布设, 共18个测点。安装完成后观测1次, 开挖期间每周2次, 平时每周1次。

　　 在基坑施工过程中, 基坑北边的民房( 4 层) 沉降速度偏大, 但沉降比较均匀,主要原因是该民房为新建的房屋, 完工时间不到1年, 基础为砖石条基, 本身沉降也尚未稳定。根据反馈的信息，在施工中加强控制并采取了一些相应的技术措施, 其他监测结果良好, 因此整个基坑及地下室施工中未出现过险情。

　　7、结论和建议

　　 1) 在城市中心区高层建筑的深基坑工程中, 应因地制宜, 基坑围护方案应作方案比较, 加强优化设计, 根据基坑周边环境特点选择支护方案。实践证明, 本工程选取的基坑支护方案经济技术是可行的。

　　 2) 本工程采用悬挂式竖向隔渗墙和坑内中深井降水相结合的地下水处理措施对于该场地地质土层自地表而下土的颗粒由细变粗的岩土特点。此方案是可行的，是成功的一例。

　　 3) 施工中应建立健全监测制度, 做到信息化施工, 随时提供有关支护和土体变形等信息, 以便及时采取相应的技术措施, 确保工程安全施工。

　　 参考文献

　　[ 1 ] 《建筑基坑支护技术规程》( JGJ I120 - 99) ; [ S] ,北京,中国建筑工业出版社,

　　[ 2 ] 秦四海,深基坑工程优化设计; [M ] ,北京;中国地震出版社,

　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。