先裙楼后主楼地下室基坑的施工方案设计
当建筑物由带地下室的主楼和不带地下室的裙楼组成时,通常的施工顺序是先施工主楼的地下室,然后再施工其它部分。但是,当遇到业主出于某种需要,要求必须先施工裙楼时,若能根据现场实际情况,充分利用各种有利条件,精心组织施工,既能满足业主要求,又可以保证施工顺利进行, 达到安全、经济之目的,这是不同于常规的施工顺序与方法, 现将曾在工程实践中处理过的此种问题介绍如下。
1 工程概述 某大厦由意大利某公司独自投资, 建筑物占地面积 3400m2,总建筑面积25800m2,由裙楼和主楼组成,其中主楼 地下一层,地上十七层,局部十九层,总高度7113m ,为框架剪 力墙体系；主楼西、北两面为三层框架结构裙楼。裙楼与主 楼间设100mm宽变形缝。主楼地下室底板,中部厚115m ,其余014m厚(在111m厚承台上) ,基桩为〈800mm、长46m 的钢筋混凝土钻孔灌注桩；裙楼基础为柱下十字梁钢筋混凝土条形基础,底下为〈600mm、长13m的深层搅拌桩复合地基。地面标高- 018m(底层室内地坪为±01000) ,主楼地下室底板底面为- 611m ,裙楼条形基础底面- 214m。该工程场地地貌系滨海泻湖相海积平原,地面下23m 范围内土层为第四纪全新统古泻湖相淤积形成的高压缩性软土,以下为一层海陆交互相沉积而成的粉质粘土,粉土和粉砂层。地下水面埋深1m。各层土分布比较均匀,层厚比较稳定,地下23m向上土壤物理力学性能指标如表1。由于裙楼面向繁华街道,商用价值较高,业主急于对外出售,因此, 在工程承包合同中明确要求,先施工裙楼,后施工主楼。
土层物理力学性质指标
物理指标
力学性质指标
土层
土类
层平均厚(m)
含水率(%)
天然重度(kNPm2)
重力密度
塑性指标
内聚力(KPa)
内摩擦角(度)
①
杂填土
1.9
②
粉质粘土
0.9
23.5
20
2.72
11.8
58
5
③- 1
粉土夹淤泥粉质粘土
3.5
35
15.23
2.67
10.5
11
12
③- 2
淤泥粉质粘土
16.7
43.54
17.8
2.7
13
11.66
16
2 主楼地下室基坑的施工方案设计根据业主先施工裙楼,后施工主楼的要求,本工程地下室施工方案设计是在裙楼已施工的条件下进行的,其关键问 题是在主楼地下室施工过程中,如何确保深层搅拌桩复合地基的裙楼的安全,并尽可能使方案经济、合理。为此,在进行该项施工方案设计时,主要采取以下措施。
2.1 裙楼基础土方开挖为便于主楼地下室施工,减少深基坑支护费用,应尽量减轻深基坑壁土压力,为此,在进行裙楼基础施工方案设计时,确定裙楼基础土方采用大开挖方案,一次挖至-214m ,裙楼基础施工完毕暂不回填,待主楼深基础土方回填至同样高度时,再同时回填,即相当于减少基坑深度1.6m ,经计算,可降低主楼深基坑壁土压力85kNPm。
2.2 深基坑支护设计
(1) 坑壁土体力学性质指标的确定,本工程主楼深基坑壁土体为裙楼基础的深层搅拌桩复合地基,其平面布置如图1 ,由图1 可知,这种布置形式类似于深层搅拌桩格栅式重力挡土墙,但桩的间距、数量、格栅尺寸等与格栅式重力挡土墙的要求相差甚远,所以,不能将此视为深层搅拌桩格栅式重力挡土墙。但是,事实上,由于有深层搅拌桩的存在,坑壁复合地基土体抗剪性能必定有明显提高,若在支护结构设计中,不考虑深层搅拌桩的作用,显然是不合理的,且是不经济的。所以,在进行主楼深基坑支护设计时,采用复合地基的方法,确定坑壁土体力学性质指标更接近实际情况。其计算公式如下
c = mc桩 (1 - m) c±(1)
φ= mφ± (1 - m)φ±(2)
上两式中, c、c桩、c ±分别为复合地基、深层搅拌桩、地基土的粘聚系数, φ、φ桩、φ±分别为复合地基、深层搅拌桩、地基土的摩擦角, m 为深层搅拌桩置换率。由工程概述可知,主楼深基坑壁主要是③- 1 层土,所以,可以该层土的力学性质指标代表深基坑全深范围土壁土的力学性质指标,即c±= 01011MPa ,φ±= 12°；现场试桩测得该层土深层搅拌桩的力学性质指标为c桩= 0 11 2MPa ,φ桩= 2315°；m 的计算图形如图1 中阴影部分,根据图1 计算得m = 01151。将土、桩力学性质指标和m 值代入上述(1)、(2) 式计算得c = 010275MPa ,φ= 1317°。
2.3 支护型式的选择及计算
考虑本工程主楼的承台外侧与深层搅拌桩外侧净距仅250mm ,裙楼基础土方开挖后,基坑实际深度只有3.7m 等实际情况,通过综合比较,采用拉森型钢板桩作为支护结构。
在裙楼重量产生的附加荷载54kNPm2条件下,用平衡法(自由端法) ,分别根据用复合地基法计算的c、φ值和不考虑深层搅拌桩作用的非复合地基法的c±值和φ±值计算支护结构内力,其结果如表2。由表2 可知,是否考虑深层搅拌桩的作用,对基坑维护结构内力计算结果影响很大。
注:两种方法计算的埋深值相差不大。本工程选用8m长的ⅢK- 1型钢板桩,Ⅰ1216a 工字钢斜撑(每米一根) ,[32a 型槽钢围檩。按复合地基法的计算结果,计算得钢板桩最大拉应力为98184NPmm2,斜撑压应力为 37132NPmm2均满足要求。根据现场在钢板桩最大弯矩和斜撑中部贴应变片所测得的应变值,计算得钢板桩最大拉应力为 8611NPmm2 ,斜撑压应力为43154NPmm2,与理论计算结果接近。
2.4 保持地下水位措施
为防止裙楼深层搅拌桩间土中的地下水位下降,土壤产生固结而导致裙楼产生的附加沉降,在钢板桩外侧用压密注 浆法设立防渗帷幕,注浆深度同打入的钢板桩长。并在防渗 帷幕外侧设置回灌井点,以防止防渗帷幕的施工缺陷或损坏 和另两面放坡开挖,采用井点降水而引起地下水位下降,派专人观测,一旦井点管中水位下降,立即进行回灌。
2.5 钢板桩桩身处理与拔桩
为减少在拔钢板桩时引起地层损失和扰动,导致地面沉 降而影响裙楼安全,在打设钢板桩时,整个桩身涂以废机油；在拔钢板桩时,采用间隔法,每拔一根,立即用砂浆桩孔灌满。
3 结语 该工程主楼地下室施工自1999年6月26日至11月12日结束,在此期间,经用经纬仪和水准仪观测,坑壁最大侧移2mm。裙楼平均沉降为15.1mm ,均属正常；裙楼基础及上部 结构未发现任何异常现象,说明该施工方案是可行的,其结论如下:
(1)对于先施工裙楼,后施工主楼地下室基坑的施工 方案设计,关键问题是如何保证在主楼地下室施工期间的裙 楼安全,只要施工方案设计合理,措施得当,完全可以保证施工顺利进行。
(2)在进行主楼深基坑支护设计中,采用裙楼复合地基的物理力学性质指标计算坑壁土压力的方法是可行的。
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