杭钢业务大楼基坑支护设计及施工实例分析

杭钢业务大楼基坑支护设计及施工实例

1工程概况

杭州钢铁集团公司业务大楼位于杭州市体育场路与金祝南路交叉口南侧，大楼地上13层，地下1层，局部2层，建筑总高度48.5m，总建筑面积18000m２，地下室占地面积1515m２。

工程桩采用钢筋混凝土钻孔桩，桩径φ800和φ600。②～⑤/A～D轴采用片筏基础，中心筒区局部板厚5m、板底标高－10.50m，其余部分为承台式片筏基础，底板厚500mm、板底标高－6.2m，其中⑤～⑦/A～C轴为－7.7m，而板底均做厚200mm块石垫层和厚100mmC10素混凝土垫层。本工程±0.00相当于黄海高程7.00m，自然地坪标高与±0.00相同，因此，挖土深度深基部分为10.80m，浅基部分为6.50m、8.0m。为确保地下室施工期间周围建筑物的安全及两侧马路的正常使用，必须对整个基坑及深浅不一的基坑进行支护设计。

2周边环境和地质条件

工程场地北侧为市中心交通要道--体育场路，地下室外边线距体育场路人行道约7.1m(人行道宽约3m)，东侧距金祝南路7.9m，西侧为省建材工业设计院大楼，净距8m，南侧为三层电力局办公楼，净距9.8m。

据浙江省工程勘测院提供的工程地质报告，该场地表层有厚3.4～6.0m杂填土，性质不均；2a粉质粘土，软塑状，中偏高压缩性，性质差，分布不均匀，总厚约2.2m；2b淤泥质粘土，流塑，高压缩性，土层性质极差，层厚3.7～5.3m；2c淤泥质粉质粘土，流塑，高压缩性，层厚9.6～12.4m。各土层主要物理力学指标如表1，据此分析土层中最大内聚力cmax＝34kPa，最大内摩擦角φ＝１５°，平均指标c＝20kPa，φ＝８°。

场地浅部地下水属潜水，水位埋深1～1.6m，随季节变化，接受大气降水补给。

表1各土层物理力学性质指标

土层名称层厚(m)w（％）γ

（kN/m３)固结快剪三轴快剪Kh(m/s)Ｉp(%)ＩＬ

c（kPa)φ（°）c(kPa)φ（°）

1-杂填土3.418.0015.0

2a-粉质粘土5.631.519.134.07.0410.21.43x10-614.40.90

2b-淤泥质粘土9.349.817.920.6.55220.252.68x10-820.411.244

2c-淤泥质粉质粘土39.218.114.59.313.31.248

3围护结构设计

经多方案分析比较，最后决定采用一排钻孔灌注桩加钢筋混凝土内支撑为主体的挡土体系，深基坑侧φ800钻孔桩，桩长21m，中心距1000mm，浅基坑侧φ600钻孔桩，桩长12.55m，中心距900mm，桩混凝土强度等级均为C25。止水帷幕采用两排2×700mm双头搅拌桩，桩间搭接100mm，水泥掺量为加固土重的15%。深浅基坑交接处挖土高差达4～5m，经重力式挡墙计算，采用两排φ700单头水泥搅拌桩，转角及中间局部加强至四排，桩间搭接100mm。

设置两道作井字型网格布置的混凝土内支撑：第一道支撑面标高－2.50m，网格间距6.6m×8.8m，支撑断面600mm×700mm，四周设置断面500mm×600mm的角撑。第二道支撑面标高－5.90m，在深坑以内采用网格布置，网格间距同第一道支撑，其断面南北向600mm×800mm，东西向600mm×600mm，支在西、北两侧，通过加强浅基垫层板的方法传递荷载，垫层板厚300mm，内配φ12@200纵横网片，垫层板直接与桩墙顶紧。支撑及垫层板混凝土强度等级均为C25。纵横支撑交界处，设500mm×500mm角钢桁架立柱，并插入φ800钻孔灌注桩2000mm。

表2围护结构具体设计

围护结构直径或断面(mm)配筋

主筋箍筋

钻孔灌注桩深坑部位φ800@100016φ25φ8@200

浅部位φ800@100016φ25φ8@200

压顶梁断面600×16502×6φ22φ8@200

支撑第一道断面600×6002×5φ25φ8@200

第二道断面600×8002×6φ25φ8@200

围护结构考虑按地面荷载q＝15kN/m和土层物理力学性能φ＝8.3°、γ＝18.3kN/m２、c＝20.6kN/m２进行计算，得第一道、第二道支撑力Ｆ１＝40.4kN/m和Ｆ２＝628kN/m以及围护桩最大弯矩Ｍ＝880kN·m，于是围护结构具体设计如表2。

4围护结构的施工

4.1钻孔桩施工

钻孔灌注桩采用跳打法施工，避免相邻桩相互挤压。施工中认真检查复核桩机位置，尽可能保证桩的垂直度在允许误差范围内，以免影响主体结构的施工，同时做好复核桩长、成孔深度、垂直度、孔底沉渣的原始记录。钢筋笼必须按设计要求验收合格后，才允许下笼入孔，并安排专职人员监督灌注桩的混凝土浇捣质量，严格控制操作过程，达到要求的充盈系数。实施交叉流水作业法，在围护桩施工到一半工程量时，开始止水桩搅拌施工，重点控制好水泥掺量、入土深度和搭接宽度。

4.2止水帷幕施工

施工程序为基坑及桩位放线→围护沟清障(取消表层障碍物)→安置搅拌系统→两搅两喷工艺→养护。施工中必须保证桩基施工的连续性，保证桩的垂直度，喷浆、搅拌应均匀，供浆必须连续。为确保桩顶质量，当提升喷浆至桩顶时，应坐浆数秒钟，相邻桩搭接时间不超过12h，超过时应在搭接处加桩或在此部位增加注浆量。

4.3压梁、内支撑施工

压梁施工前，必须认真控制凿桩工艺，特别是要严格控制桩顶标高，确保桩端嵌入压梁内50mm，且要整齐凿平。围护支撑的钢筋均采用电焊搭接10d的方法，以改善钢筋

格间距6.6m×8.8m，支撑断面600mm×700mm，四周设置断面500mm×600mm的角撑的受力状况，避免施工不当造成偏位。

为确保内力计算与实际工作状态接近，根据以往工程施工的经验，须对细部构造进行加固处理，凡在支撑交叉处及支撑与压梁连接处，均采用钝角135°加大断面，并配置附加转角筋，以保证围护桩墙在工作状态时能确保安全和牢固。同时又对围护桩墙和支撑的施工质量、土方开挖的工况和施工顺序作了详细的交底和严格的规定。

4.4土方开挖

1998年6月20日开始挖土，挖土前做好测量工作，观察省建材工业设计院大楼、电力局办公楼是否有陈旧裂缝，并做好＋1.5m标高等原始记录，邻近道路也相应做好变形、标高等记录。

工程选用0.8m3和0.3m３反铲挖土机各1台，配备自卸式载重运土车15辆。挖土分三阶段进行：第一阶段挖至－3.1m，施工第一道内支撑(压梁在围护桩打完时已同步跟上，并相应完成与各支撑留出的搭接头)；第二阶段挖至－6.2m，桩墙边均留三角土，不允许一次挖到位，所留土方采取人工修土，挖至西北角，留出土方，做运输通道，并为深坑挖土方作临时堆放场地，深坑部分第二道混凝土支撑同步跟上，并用围檩同桩墙连接起来，浅基面先浇平板，板底块石垫层要深深压进土内，与土紧紧摩擦；第三阶段，深坑部位挖土主要为人工挖土，土方量3500m３。此部位工程桩比较密，不利机械开挖，为保证进度，用0.3m３挖掘机开进深坑，转运土方。

在深、浅基坑内各设置3只集水井，各井通过排水明沟连通，集水井采用φ800钢筋笼，外包钢板网，周边用卵石填充，孔深1.20m。在集水井内安放潜水泵，将坑内水抽至场外下水道。

在整个挖土过程中，基本没有渗水，为快速施工创造了优良的条件，从6月20日～7月30日土方全部挖运完毕，高考期间，夜间停止施工。8月10日完成深跨底板第一次浇捣，8月17日拆除第二道支撑，8月31日拆除第一道支撑，至此围护工程施工基本结束。

5监测

由于工程基坑较深，场地狭小，并且南、西均有建筑物，东、北面又是城市交通要道，基础的开挖对道路和附近建筑物影响较大，为确保安全，施工中进行了全过程监测，以便及时获取基坑开挖对周边环境的影响，借以有效地指导施工，及时调整施工措施。工程由浙峰工程顾问公司进行全过程监测，具体方法如下：

(1)用测斜仪测量围护桩墙的水平位移、基坑开挖所引起的土体水平移动及随时间的变化情况。

(2)用钢筋应力计测量基坑水平支撑的轴向力及其随土方开挖的变化情况。基坑开挖中，定时进行观测，如发现异常，及时研究，以便采取相应应急措施。

(3)用水准仪测量电力局办公楼、省建材工业设计院大楼、体育场路、金祝南路的沉降裂缝产生和发展；测量地面、地层内各点及基坑围护结构施工前的标高与施工中沉降及其基坑内支撑的差异沉降。

(4)用经纬仪测量基坑的角点、边线的放样及施工中的位移，测量建筑物轴线和围护结构曲线的放样及施工中的位移，测量基坑围护结构顶面及支撑的水平位移。

6体会

本工程地下室结构复杂，底板标高变化多，且高差达4～5m，基坑又属淤泥质软土开挖。在围护设计和施工方面作了如下有益尝试：深、浅基坑交界处采用水泥搅拌桩挡土，深基中的第二道支撑通过加强浅基垫层板传递荷载，经监测证明该支护方案是切实有效的。

在施工条件允许的情况下，先施工钻孔灌注桩，再施工水泥搅拌桩，有利于减少止水帷幕扰动，得到较好的止水效果。

内支撑与压顶梁、支承桩顶交接处，支撑跟部处理要加强，作好此部位的技术处理，十分重要。

本工程基坑围护造价为每延长米1.21万元，从监测报告分析，本围护方案尚有一定余地。在今后施工条件宽余，外界影响小的场地，可进一步挖掘围护设计的潜力，从而降低造价。