深基坑工程的支护设计与施工探讨

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深基坑工程的支护设计与施工探讨
林宪章 夏建镐 ( 华升建设集团有限公司, 浙江 宁波 315016)
摘 要: 深基坑支护设计与施工是当前城市高层、超高层建筑突显的技术难题。本文结合工程 实例, 从设计方案的选择到
施工、监测, 提供了有益的经验。说明复合土钉在深基坑支护 , 能减少边坡开挖, 缩短施工工期, 减少基础工程投资, 并通过复 合土钉支护来说明该技术在该工程中的应用, 阐述其在该深基坑中应用的技术特点。
基坑支护方案比较表
根据基坑开挖深度和周围环境条件, 业主邀请了有关专家 多次研讨, 经可行性论证、方案比较、综合分析, 最后确定方案三 具有投资省、施工较容易、能加快施工进度等优点, 故决定采用 方案三, 即采用分级放坡+ 土钉墙+ 水泥搅拌桩+ 高压旋喷桩 复合土钉综合支护的支护方案, 其中现场西南侧、西北侧及西侧 地下一层部分采用土钉支护, 现场东侧和东南角及西南角地下 二层部分采用水泥搅拌桩复合土钉和高压旋喷桩复合土钉。在 基坑支护设计上, 通过稳定性等方面的计算证实设计方案是安 全、可行的, 在设计方案完成后, 再邀请省内著名专家对基坑支
关键词: 软土地基; 深基坑; 复合土钉; 支护设计; 监测; 工程应用
引言 近年来, 深基坑的施工日益增多, 如何在深基坑施工中提高 社 会 、经 济 效 益 , 是 建 设 者 常 思 考 的 问 题 , 复 合 土 钉 综 合 支 护 技 术以其独特的性能、简便的工艺、快速的施工、经济的造价, 已经 在全国深基坑支护工程中得到广泛的应用, 取得了巨大的社会 经济效益。本文结合工程实例, 对于利用复合土钉进行深基坑支 护的设计与施工作一探讨, 并对处理效果予以评述。 1 工程概况 某 工 程 总 建 筑 面 积 16.88 万 平 方 米 , 基 坑 占 地 面 积 42850 平方米, 基坑周长 800 余米, 开挖深度 7.43~10.23 米, 土方量达 27 万 立 方 米 , 整 个 基 础 坐 落 于 3 号 土 层 , 是 软 土 地 基 施 工 中 开 挖面积较大, 开挖深度较深的基础, 属于大型深基坑工程。该工 程的建设规模和基坑开挖面积在省内名列前茅, 其基坑侧壁安 全等级二级。建筑物±0.000 相当于黄海 6.40 米, 自然地面平均 高程为 5.05 米。 2 深基坑支护设计 基坑支护结构一般由垂直挡土结构和水平支撑结构组成, 设计方案必须满足两方面要求:( 一) 确保边坡的稳定, 满足变形 控制要求, 以确保基坑周围的建筑物 、地下管线设施、道 路 等 的 安全, 不得引起拟建物四周城市主干道开裂, 影响市区交通; ( 二) 确 保 基 坑 开 挖 顺 利 进 行 , 并 提 供 足 够 的 地 下 室 施 工 作 业 空 间。 根据地质勘察资料, 对中国轻纺城国际商务中心的深基坑 支 护 , 参 照 以 往 的 工 程 经 验 , 我 们 采 用 三 种 方 案 进 行 比 较 : 1、基 坑全部采用自然放坡, 不进行支护; 2、放坡+ 钻孔桩挡墙+ 支撑 支护; 3、放坡+ 复合土钉支护。现将三种方案比较列表如下:
参考文献: [1]基坑土钉支护技术规程.中国工程建设标准化协会标准, 北京, 1997. [2]建筑基坑支护技术规程.中华人民共和国行业标准, 北京, 1999. [3] 余志成、施文华.深基坑支护设计与施工.中国建筑工业出版社, 1997. [4]建筑基坑工程技术规范, YB9258- 97.冶金工业部建筑研究总院出版 社, 1998. [5]浙江省《建筑基坑技术规程》, DB33/ T1008- 2000.浙江省工程建设标 准, 2000. [6] 吴之乃.建筑业 10 项新技术及其应用.中国建筑工业出版社, 2001. [7]建筑地基基础设计规范, GB50007- 2002 [S].
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护设计方案进行论证完善, 以确保工程的质量和安全, 缩短施工 工期, 提高经济效益。
3 深基坑支护施工 3.1 土钉墙支护 土钉墙施工采取分层分段交替穿插进行, 土方开挖与喷锚 施工协调配合, 在沿基坑 6m 宽范围内自上而下分层、分段挖 土, 及时进行喷锚网支护施工, 开挖深度满足土钉施工要求, 不 得超过相应土钉层距 0.3 米, 沿基坑水平向不超过 15 米为一施 工段, 不宜太长, 以保证边坡安全和稳定。 3.1.1 工艺流程 测量放样→第一层边坡开挖→人工修整→初喷射砼→钻 孔→打设土钉→高压注浆→布钢筋网→复喷射砼→第二层边坡 开挖( 循环进行, 至坑底) 3.1.2 主要施工方法 ①土钉设置 采用 Φ48×2.5 钢管, 按设计长度下料后, 锚入端用切割机 做成锥形( 锐角) , 并将缝隙焊死, 防止锚进土层时泥土进入锚 管; 锚管注浆孔采用电焊设置, 锚管尾部距离注浆孔最近距离为 2.5m, 注浆孔直径为 8mm, 在注浆孔处用角钢(3cm×3cm×5cm) 焊上倒刺, 焊接时必须满焊, 防止钢管锚入时因振动而导致倒刺 脱落。 ②孔位定位 根据每层设计标高, 在已开挖出的工作面两头部分设置竹 签, 再用建筑线将两点连成一条直线, 该建筑线部分为该层土钉 标高位置; 根据围护设计要求, 制作好三角架, 施工过程中, 每施 工 3 米, 利用三角架校对一次土钉角度, 确保土钉按设计要求角 度打入。 ③钢筋网片铺设 Φ6.5 钢筋网片应与边壁保持 5cm 距离, 并且固定不出现 晃动, 用钢丝绑扎, 纵向筋插入土中 300mm, 与下一层钢筋搭 接, 铺设时每边绑扎的搭接长度为 20cm; Φ12 加强筋压在钢筋 网片上。 ④喷射砼 干喷法, 分片自下而上进行, 喷头与受喷面的距离宜控制在 0.8~1.0m, 射流应垂直指向喷射面, 在土钉部位应从边壁开始 喷射, 防止出现空隙。。 ⑤注浆 采用注浆泵按低压( 0.6Mpa) 方法进行注浆填孔, 注浆的浆体搅 拌均匀后立即使用。开始注浆前、中途停顿或作业完毕后, 应用 清水冲洗管路, 防止管路堵塞。 3.2 水泥搅拌桩施工 3.2.1 工艺流程 测量定位→第一次喷搅下沉→第一次喷搅上升→第二次喷 搅下沉→第二次喷搅上升→制作试块→清理移机 3.2.2 主要施工方法
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1) 水平位移累计 50mm; 2) 连续三天的位移速度超过 3mm/ 天; 3) 道路沉降累计 30mm; 4) 深层土体位移累计 60mm; ( 5) 观测成果分析 1) 监 测 数 据 填 入 规 定 表 格 , 及 时 向 项 目 经 理 等 相 关 责 任 人 报告, 每天向监理单位报告。 2) 每天进行观测成果汇总, 并绘制沉降( S) - - 时间( T) 关系 曲线图、沉降( S) - - 水平位移( L) - - 距离( H) 关系展开曲线图; 3) 每 三 天 对 绘 制 图 形 及 观 测 结 果 集 中 进 行 讨 论 , 分 析 变 形 是否过大及是否趋于稳定, 并确定是否需进行采取补救措施。 5 效果评价 从检验结果看, 在基坑开挖和地下室结构施工过程中, 临边 地 面 开 裂 , 土 钉 支 护 边 坡 的 沉 降 、位 移 量 均 控 制 在 预 定 的 范 围 , 边 坡 稳 定 , 基 坑 施 工 始 终 是 安 全 、顺 利 的 , 邻 近 建 筑 构 物 未 发 生 任何实质性的沉降问题, 证明了该基坑支护设计方案是非常成 功的。 6 应急措施 6.1 土钉墙施工属于隐蔽工程, 为确保能按设计安全有序施 工, 对每道工序进行严格自检, 及时准确把握周围环境的变化, 迅速对异常情况做出合理的处理。 6.2) 开挖到某一层面时, 若出现土体位移过 大 , 应 先 将 基 坑 回填掉, 并尽快查找分析原因, 采取补救措施。 6.3 坑内土体隆起造成的主要原因是围护体整体滑移, 对于 这种情况, 应先用砂袋或重物在坡脚部分进行回填来压制隆起 的土体, 在利用重物压制隆起土体的同时, 再根据现场实际情况 对围护体进行相应的加固处理。 6.4 基坑内保证有一台挖土机可以随时调用, 如发现开挖后 坡顶位移、沉降呈增大趋势且不收敛, 应立即用挖土机挖土向坡 脚回填土方, 直至位移稳定再采取加固措施。 7 结语 深基坑支护工程是近二十年来随着城市高层建筑发展而发 展的一门新的实践工程学, 它还有待于理论上的完善, 如何取一 种 在 经 济 、技 术 上 都 合 理 的 支 护 类 型 就 必 须 充 分 考 虑 工 程 环 境 、 地质条件以及工程要求。 该深基坑支护设计, 取得了预期效果。不仅证明了复合土钉 综合支护的设计是成功的, 也充分体现了复合土钉支护技术的 生 命 力 , 同 时 , 这 也 为 推 广 应 用 、发 展 复 合 土 钉 支 护 技 术 积 累 了 宝贵经验。与此同时, 复合土钉支护也为土方开挖创造了很好的 施工条件, 使土方开挖方案得以顺利实施完成。 在该工程中采用复合土钉的综合支护具有较大优势, 与一 般的支护结构比可节省费用 50% 以上, 施工技 术 简 单 易 行 , 且 与土方开挖同时进行, 大大缩短了施工工期, 综合效益显著。复 合土钉的综合支护的方案设计, 不仅要仔细研读工程地质勘察 报告, 还需认真现场探察, 了解周围实际环境情况, 然后选择合 理的技术参数, 进行方案设计。设计过程中, 尽可能采用多种设 计方法进行比较和验算, 与此同时, 应根据施工过程中的实际情 况, 及时调整相关的设计措施, 确保基坑施工的稳定、安全。该基 坑支护设计方案具有广阔的应用前景, 值得推广应用。
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①试打桩 试打桩是确保工程质量的重要环节。因此桩机试运转, 正 确就位, 水泥浆配制质量、成桩直径、钻杆提升速度以及单桩的 水泥用量必须得到预控。 ②搅喷 在确认浆液已从喷浆口喷出的前提下, 向下搅拌、喷浆、钻进。当 钻到设计深度时, 再按试打桩纪要的规定均匀搅喷提升, 重复直 至完成全部成桩工艺。 水泥搅拌桩施工完成后随即进行土钉施工, 中心岛土方开 挖须在水泥搅拌桩养护 7 天后进行。 3.3 高压旋喷桩施工 3.3.1 工艺流程 测量放样→桩基就位→钻导孔→校对桩位、孔深→喷射作 业→提卸钻杆→清洗器具→桩基移位 3.3.2 主要施工方法 ①钻机垂直度 钻机就位后, 采用水准管进行水平检测, 确保钻杆轴线对准 钻孔中心位置, 喷射注浆管的倾斜度不得大于 1%。 ②钻孔 钻孔采用 GD- 2 型钻机进行钻孔施工, 钻孔定位采用二次 复核法进行保证, 即由测量员在钻机进场之前, 根据围护设计图 纸确定大样位置; 在钻机走机到位之后, 再由测量员对桩位进行 二次复核, 确保钻孔位置满足设计要求。 ③高压喷射注浆 在达到设计深度前一个小时, 按设计配合比制备水泥浆液, 当钻杆达到预定深度后, 将高压泵送水改为送浆, 为保证桩底有 足 够 的 水 泥 浆 量 , 应 停 喷 30 秒 , 然 后 由 下 而 上 进 行 高 压 喷 射 注 浆。 ④冲洗 施工完毕, 将机具冲洗干净, 管内机内不得残留水泥浆。 4 基坑施工监测 为确保基坑设计方案切实安全可行, 在施工过程中, 使周围 已有建筑物、市政设施、地下管线等不受损伤、少受干扰 , 必须在 基坑施工过程中进行 24 小时的系统监测, 及时掌握基坑围护及 土方开挖中围护结构、周围土体的受力与变形情况 , 尤其对道路 的影响程度, 以便在监测信息指导下, 及时采取有效措施, 随时 掌握基坑围护结构的位移、沉降、受力水平及周围建筑物的动 态, 使基坑处于安全监控中。 4.1 监测内容 沉降监测、位移监测、深层监测以及基坑周边等的变形观 测。 4.2 监测点设置 4.2.1 设置地表沉降、位移观测点总数为 50 个。 4.2.2 深沉土体位移监测孔总数为 12 个。 4.2.3 监测方法 ( 1) 沉降监测 采用精密水准测量方法进行, 沉降观测点直接设置在土体 坡面上, 并在远离基坑或稳定的位置设置基准点。 ( 2) 位移监测 采用 Et- 02 电子经纬仪进行量测, 深层土体位移使用测斜仪。采 用轴线投影法在两个稳定的基准点之间连线为基准线, 量测差 值和累计位移量。 ( 3) 肉眼巡检 在基坑施工期间, 派有经验的工程师对基坑内土体及周边 情况进行 24 小时巡查, 巡检工作列入观测计划, 按期进行, 并保 持记录。 ( 4) 观测预警值