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摘 要:针对某工程深基坑周边环境复杂,水文工程地质条件复杂等特点,采用了长螺旋灌注桩、旋喷桩止水帷幕、预应力锚索等联合支护技术,取得了较好的工程效果。实践证明,该施工方案安全有效,经济合理,对于复杂透水地质条件下的工程有较好的推广应用价值。
关键词:
深基坑工程 止水帷幕 桩锚 支护工程
1 工程概况
某工程建筑用地为18313.955m2,总建筑面积为:73429.51m2,其中地下部分面积:21933.71m2(含地下人防面积7350m2),地上建筑面积51495.8m2。建筑层数为地上15层,地下层数为2层。B座建筑总高为52.650m,A座建筑总高为49.650m,结构形式为框架—剪力墙,建筑性质为综合楼。该工程位于市区繁华地段,周边紧邻城市主干道及小区建筑,与东侧盘龙江较近,水文工程地质条件复杂,并且基坑周边存在电缆、排水管道等管线,施工环境较差。
根据工程勘探报告,工程地质结构除上部为回填土、粘性土、淤泥质土、粉土等细粒土外(层底深约4～9m),中下部存在较厚的圆砾强透水层,地下水位埋深1.8～2.9m,基坑开挖深度约11m,基坑平面见图1所示。
2 工程技术难点
(1)本工程处于市区繁华地段,基坑场地周围紧邻用地红线,无放坡空间,开挖深度较深,属安全等级为一级的深基坑。
(2)结合场地环境,基坑开挖深度,水文工程地质条件等进行了综合分析,由于存在较厚的圆砾强透水层,本基坑的重点是降水和排水,以及防止坑壁中上部土体沿○3层淤泥质土的滑动而导致的坍塌。
(3)土方开挖必须与基坑支护施工相互配合,先撑后挖,而且土方开挖需要给予支护施工提供锚索施工操作面。
3 方案设计
为确保基坑稳定和周边建筑的安全,避免周边建筑和道路发生不均匀沉降,经过计算和多种方案的比较,决定采用长螺旋灌注桩、预应力锚索与旋喷桩止水帷幕作为联合支护体系。
(1)支护方案体系:采用长螺旋灌注桩、预应力锚索作为主要的支护结构体系,每层预应力锚索设置封闭的钢筋混凝土冠梁和腰梁以形成整体受力构件,见图2所示。桩间土体采用钢筋网喷射混凝土面层防止土体落入基坑,见图3所示。
(2)止水排水体系:在灌注桩间采用三重管高压半圆旋喷桩共同组成止水帷幕,坡顶设置排水沟,基坑底部设置纵横交错的盲沟,周边设置明排水沟和降水井形成综合排水体系,避免基坑积水,见图4所示。
4 施工工艺及施工步骤
4.1施工工艺
(1)长螺旋灌注桩:桩径600mm,桩中心距离1200mm,混凝土强度等级C25,桩身纵向钢筋16Φ18,螺旋箍筋Φ6@250,桩底嵌入坑底以下4.5m。
(2)预应力锚索:设三层预应力锚索,总长l=12~19m,@2400~6000mm,承载力设计值450~600KN,锚索采用4束7Φ5钢绞线,采用套管跟进成孔施工,二次高压注浆工艺施工。
(3)旋喷桩:采用三重管高压半圆旋喷、摆喷工艺,有效直径不小于1200mm,桩底深度16.5m,水泥采用P.S32.5,掺入量不少于450kg/m,水灰比1:0.8~1:0.90。
(4)桩间土体:钢筋网采用Φ6@300,双向钢筋绑扎,喷射C20细石混凝土。
(5)冠梁和腰梁:冠梁和腰梁配置内外双侧6Φ20,混凝土强度等级C25。
4.2施工步骤
根据本工程的实际情况,首先进行长螺旋灌注桩施工,待灌注桩混凝土强度达到75%后进行钻探机引孔开
始高压摆喷、旋喷桩施工,桩体强度达50%后降水至第一层锚索设计标高下1.5m,开挖至第一层锚索设计标高下500mm,采用HD90型锚杆钻机(见图5所示)进行第一层锚索施工。在锚索施工中流出的水可引入临时挖掘的深坑中汇集后排至场外排水沟内。之后破除灌注桩桩头浮浆60mm进行冠梁施工,待冠梁施工完毕一周预应力锚索张拉后方可进行土方开挖,第二、三层锚索施工可依次进行,但为保证基坑的安全,土方开挖必须待上层锚索张拉完毕后方可进行。每层腰梁间土体采用双向钢筋网绑扎后喷射C20细石混凝土进行支护。每层土方开挖后要定期监测基坑水平位移量及周边建筑的沉降量,特别是雨季施工监测的频率要有所增加。
5 施工中需要控制的关键要点
5.1长螺旋构造柱
采用长螺旋成孔高压泵送混凝土后插钢筋笼施工工艺,应隔桩施工,避免串孔,并应在灌注混凝土24小时后进行邻桩成孔施工,在施工过程中严格按设计要求控制桩身长度及桩底锚固长度。
5.2旋喷、摆喷桩止水帷幕
本方案支护桩底标高-16.50m以上部分采用Φ1200半圆旋喷桩与支护桩共同形成截水帷幕,以下(-16.50m~-25.50m)采用摆喷桩截水帷幕。www.tmgc8.com
首先采用钻探机进行引孔,之后桩机喷管在成孔井内摆喷和旋喷,摆喷角度30度,旋喷角度90度,在提升过程中,如孔口不返浆,须喷射至返浆后方可继续提升。
5.3预应力锚索
挖土进度要与预应力锚索施工进度相协调,清土至预应力锚索标高下500mm,严禁超挖。锚索须采用二次高压注浆工艺施工,锚固段水泥用量不少于60kg/m。锚索锁定前,应组织设计、监理、建设方等有关单位对锚索进行质量验收,验收通过后方可对锚索整体张拉锁定。锚索抗拔力应按5%锚索总量检验验收,张拉至设计承载力设计值。
5.4喷射混凝土护壁
在每层冠梁和腰梁之间的土体间配置Φ6@300双向钢筋绑扎网,挂网喷射混凝土应在土方开挖后随即进行,以防止桩间土体或坡面土体坍塌。
5.5基坑排水降水系统
在基坑四周砌筑排水沟,沿排水沟每隔50m设一口集水井。设置三个三级沉淀池,地下水必须经过沉淀后方可排入城市地下管网。
在基坑底部每隔25m设置纵横向盲沟,基坑周边每隔25m设置一口降水井,利用污水泵将地下水抽至排水沟中。为防止地下水超排和不均匀沉降,在基坑周围设置了九口回灌井。
6 支护结构及周边环境监测
按基坑支护规范规定应对基坑、周边建筑物、道路管线的沉降位移进行监测。在基坑四周设置水平位移及沉降监测点,基坑监测必须由专人进行,对监测结果及时进行反馈,发现异常情况应及时通知设计人员,以便研究相应对策。
基坑坡顶及周边建筑物、道路管线水平位移及地面沉降监测见图6所示。
7 方案效果
7.1方案效果
1.支护结构施工完毕后,经监测数据显示,基坑边坡累计最大水平位移为12.94mm,周围建筑物累计沉降量为-2.13mm,地下水位基本未发生变化,基顶未出现裂缝及隆起现象,证明该设计方案效果较好,对于复杂的圆砾强透水层地质条件下具有推广应用价值。
2.该工程采用美国CATHD90型锚杆钻机钻孔,钻机采用套管跟进水冲法作业工艺施工,机内配置高压泵及可冲击钻头,土壤在高压水冲击钻头及推进力的作用下冲散成孔,泥浆及水沿套管周边涌出,反复冲击,形成扩大头锚杆,能有力地保证锚索的支撑作用,预应力锚索张拉施工效果达到设计要求,一次验收合格。此工艺特点是施工时受地质变化影响较小,成孔速度快,一般土层成孔时间为2h(钻孔30m),值得在深基坑预应力锚索施工中进行推广。
7.2方案需要改进之处
1.由于降水井设置于灌注桩内侧,但由于存在圆砾强透水层,在进行摆喷、旋喷桩施工时,喷射的水泥浆将降水井全部灌满,导致降水井作废而无法使用,在今后的设计中须要做进一步的改进和完善。
2.在止水帷幕设计中,帷幕进入到第○6层粘土不透水层-25.50m标高处,由于未考虑工程桩桩底设计标高,本工程基础桩仍采用长螺旋灌注桩,桩底标高为-26.8m,地下水从帷幕下穿透不透水层,导致在基础桩施工中有十多根桩产生冒水喷涌现象,之后采取封堵、补桩等措施进行补救,不但造成排水费用增加,而且还造成基础桩工程造价增大,所以今后在止水帷幕设计中应将基础桩影响因素加以考虑。
参考文献:
1.李娟,吴书义,刘玉利.旋喷桩止水帷幕与桩锚联合支护在深基坑施工中的应用[J].建筑施工,2009,31(4):258-260.
2.金振,安彩霞,钟将.预应力锚索在大型深基坑施工中的应用[J].建筑施工,2009,31(2):86-87.
