上海戏剧学院4#楼基坑重力坝施工关键技术

2021-07-03车少华

建材与装饰 2021年19期

关键词：双轴水泥浆型钢

车少华

（上海朝兴建设有限公司，上海 200232）

1 项目概况

1.1 工程概况

上海戏剧学院新建浦江校区项目4#楼学生教工公寓建筑性质为公共建筑；地上10层，地下1层，建筑高度39.95m，消防建筑高度38.86m。

本子项总建筑面积30039.77m2，其中计容积率面积25677.42m2，不计容积率面积4362.35m2，地上建筑面积25870m2，地下建筑面积4169.77m2。工程采用桩+筏基础，垫层厚度为100mm，基础底板厚度为1000mm，桩采用PHC-600（110）ABC80-14、15管桩，桩长29m，总数量为468根。

1.2 基坑简介

本工程4#楼相对标高±0.000=绝对标高+5.650，自然场地标高按绝对标高+4.70m，即相对标高-0.950m。具体基坑开挖面积约4860m2，主要开挖深度在5.25m，电梯井、集水井等深坑在底板的基础上落深1.4～2.9m。开挖以黏土-淤泥土为主，整个基坑东西向长约136m，南北向长约36.5m，基坑周长为345m，地下室基坑外包线基本呈规则四边形。

整体设计参数如表1所示。

表1 基坑支护设计参数

2 基坑施工重难点及对策

2.1 施工场地狭小

本工程基坑西侧围墙至基坑最近距离仅9.3m左右。围护施工前无法在基坑西侧设置施工道路，对本工程的基础施工带来困难。

针对本工程施工场地较紧凑的特点，根据地下车库的划分，将基坑施工分为1区、2区、3区、4区，四个区域分区施工。基坑工程自西向东从1区流水段连续施工至4区。并充分利用饱和软粘土地区的“时空效应”，合理安排施工流程，分块开挖，随挖随支护（浇筑垫层、底板）。

2.2 周边管线保护

本项目施工用电、用水埋地管线，离基坑边线较近，故在围护施工全过程对周边管线进行重点保护。

针对措施：根据现有的地下管线资料，在离基坑较近的管线处开设样沟，对实际的管线情况确认和标记，采用不同的颜色进行区分，并制定专项管线监测方案进行布点和监测。同样在围护桩施工建设时，连续桩的间隔要大于5d，增加泥浆的比例，同时还需要注意的是避免因塌孔引起孔外土体沉降而对周围地下管线造成影响，必须在泥浆中混入膨润土或直接使用人工泥浆，防止外部泥土的沉降。

2.3 周边建筑保护

场地北侧为规划学亭路与上师大附中闵行校区教学楼，为了确保做到万无一失，不影响周围居民和学生的生活，对基坑施工阶段进行重点监测。

根据监测方案，密切关注监测点的变化与趋势，以此作为施工进度的参考依据，合理安排搭接施工工艺流程，确保基坑及周边建筑安全；同时，在施工过程中，根据实际情况适当加快施工进度，减少基坑暴露时间。

3 围护方案选择

考虑本次基坑施工场地比较紧凑，而开挖面积大、深度深，是无法采用放坡和土钉墙等进行支护与防水的，同样若采用钻孔灌注桩挡土，双轴搅拌桩止水的围护结构，挤土效应大，成本也会比较高；若采用SMW工法在没有支撑情况下基坑将很容易失稳，且成本也非常大。

为保护周边建筑安全，降低施工影响，且方便施工，节省成本，确保万无一失，组织专家进行施工方案的论证时，最终决定本工程4#楼采用围护形式为“水泥土搅拌桩重力坝围护结构”，并针对不同土质、不同区域采用不同规格的围护结构布局。

3.1 一般区域

（1）在3-4轴为一般区域采用围护坝体宽度为4.7m，桩长12.0m，坝体采用双轴水泥土搅拌桩2φ700@1000mm，桩间搭接200mm，水泥掺量13%；坝体压顶采用200厚C20混凝土，标高为-1.450m，内配φ8.0@200×200钢筋网片；坝体上部内插φ12@1000钢筋、L=1500mm，坝体内外侧内插钢管φ48×3.0@1000、L=9000mm。

（2）在2轴暗浜处围护坝体采用宽度为5.2m，桩长12.0m，坝体采用双轴水泥土搅拌桩2φ700@1000mm，桩间搭接200mm，水泥掺量13%；坝体压顶采用200厚C20混凝土，标高为-1.450m，内配φ8.0@200×200钢筋网片；坝体上部内插φ12@1000钢筋、L=1500mm，坝体内外侧内插钢管φ48×3.0@1000、L=9000mm。

3.2 局部贴边深坑区域

对电梯井、集水井等深坑区域采用围护坝体宽度为5.7m，桩长16.0m，坝体采用双轴水泥土搅拌桩2φ700@1000mm，桩间搭接200mm，水泥掺量13%；坝体压顶采用300厚C20混凝土，标高为-1.450m，内配φ16@200×200钢筋网片；坝体上部内插φ12@1000钢筋、L=1500mm，坝体内外侧内插型钢、钢管间隔布置，钢管φ48×3.0@2000、L=9000mm；H型钢500×300@2000、L=15000mm。

3.3 加固体系

坑内局部深坑的加固：具体采用的是水泥含量为13%的2φ700@1000mm的双轴搅拌桩。长度为坑底以下4.0m、6.5m，同时深坑内采用双轴搅拌桩2φ700@1000进行封底，长度为大底板底以下6.5m，水泥掺量13%。

4 设计验算

基坑开挖深度在5.25m，电梯井、集水井等深坑在底板的基础上落深1.4～2.9m；桩长29m，内插aφ700@1000mm灌注桩，计算时地面荷载20kPa。

4.1 抗倾覆计算

一般而言，对于重力式基坑围护结构，其抗倾覆的安全系数一般要求大于1.0。

水土计算（分算/合算）方法：分算；

主动侧土压力分布模式：三角形；

水压力计算方法：静止，如图1所示。

图1 抗倾覆验算

综上所述，本基坑抗倾覆安全系数要求K=1.200，实际抗滑移安全系数K=1.23，满足要求。

4.2 整体稳定性验算

一般情况下不需要进行整体稳定验算，但是如果基底下受力范围为软土层时，则需要注意，具体可采用圆弧滑动法验算其整体稳定性，此时安全系数采用总应力计算。

如图2所示，本基坑实际计算整体稳定性安全系数为1.68，大于规范安全系数K值1.25，满足要求。

图2 整体稳定性验算

4.3 墙底抗隆起验算

根据上海市《基坑工程技术规范》，具体重力式围护基坑按墙底地基承载力采用Prandtl（普朗特）公式计算，考虑放坡影响宽深比：1.0；考虑隆起土层不均匀性厚深比：0.0。

如图3所示。该基坑墙底按黏土土层验算，具体采用公式计算，最终安全系数为2.18，大于要求安全系数1.5，满足要求。

图3 墙底抗隆起验算

综上所述，经过各参数的验证计算，本次工程设计的围护结构的安全系数都符合要求。

5 双轴搅拌桩重力坝施工

本工程开挖面积约4860m2，整个基坑东西向长约136m，南北向长约36.5m，基坑周长为345m。围护结构施工阶段将投入4台双轴搅拌桩机，具体工艺流程如图4所示。

图4 双轴搅拌桩施工工艺

（1）场面地平整和开挖槽沟：施工前，对施工区域进行彻底平整，保证机台行走时平稳，施工前在搅拌桩桩位区域开挖槽沟，清除障碍物，槽沟深度为1.0m左右，若开挖过深，需用软土填实。

（2）桩机就位：双轴搅拌桩机就位后，进行平台水平度测试。具体要安排机架垂直度测试、搅拌头中心与桩位置中心重叠检查，同时还需要注意只有现场监理验收合格后，才能进行施工。

（3）预拌下沉：启动搅拌电机，等待搅拌机正常运行后，将提升钢丝绳放松，此时搅拌机的动力头和钻杆会沿着导向架方向向内旋转，搅拌的同时并切土下沉。并由电机电流监测仪控制下沉速度，注意其工作电流不应超过10A。关注下沉效率，如果下沉速度太慢，可提供少量水泥浆，以方便钻井。

（4）水泥浆的配制：按要求，水泥浆水灰比严格控制在0.5～0.6。施工前在每只搅拌桶上做好标记，放入一定量的水泥和水，搅拌均匀后，浆液体达到相应的位置，在施工过程中随时测试水泥浆液的比重，以判断其水灰比是否达到设计要求。安装泥浆流量计，以控制泥浆流量。对于配制好的浆液要放入储浆桶中以防止浆液离析，对超过2h的泥浆应进行废浆处理。

（5）第一次喷浆提升搅拌：钻进到设计深度后开启压浆泵，其出口压力保持在0.4～0.6MPa，旋转搅拌提升钻头的同时通过高压管和中心杆向土中喷射灌浆，需要注意的是搅拌头提升速度控制在0.5m/min以内，可以使砂浆与搅拌后的原土充分混合，第一次喷浆水泥用量为总量70%。

（6）重复搅拌下沉：将搅拌机再次边旋转边沉入设计要求深度，可使已喷入土中的水泥浆与土搅拌均匀。

（7）重复搅拌提升：将搅拌机边旋转边提升，再次回至设计标高，将30%水泥浆用完。

（8）三次下沉：将搅拌机钻头直接沉到桩底位置。

（9）三次搅拌提升：将搅拌机边旋转边提升，回至设计标高，使水泥浆与土充分搅拌均匀。

（10）清洗：在空回收时，浇上适量的清水，打开砂浆泵，清除管道上残留的水泥浆，直到基本清洁，同时清除搅拌头上的泥。