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Abstract: Based on the experience, this paper discusses the development of deep foundation pit engineering, characteristics of deep excavation engineering, the optimization of type of foundation pit excavation and the supporting structure and the development prospect of deep foundation pit supporting technology.
Key words: deep excavation;support technology;prospects; explore
中图分类号:TU74 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0068-01
1深基坑支护工程的发展概况
由于城市化的高速发展,已达到超饱和的城市人口,已极其有限的地上土地资源,城市绿地减少和建筑空间拥挤,导致我国的高层建筑如雨后春笋,拔地而起。从发展趋势看,我国正在建设越来越高的高层建筑,越来越深的向地下发展,同时周围复杂的地下设施、超深度的基坑、密集的建筑群都带来一定的难度给基坑施工,提出了严峻的挑战这对基坑工程。
2深基坑工程的特点
基坑工程规模、分布、数量急剧增加,主要特点如下:
2.1 综合技术与众多因素相关的是基坑工程,例如场地勘察,基坑监测、设计、施工,相邻场地施工,现场管理相互影响等。
2.2 趋向高层化的建筑,给支撑系统带来较大的难度,像正向大面积、大深度方向发展的基坑工程,有的宽度和长度多达百余米。
2.3 随着旧城改造的推进,基坑工程不但场地狭窄,而且邻近常有必须保护的市政公用设施和永久性建筑,不能放坡开挖,还对位移控制和基坑稳定的要求很严。
2.4 越来越差的工程地质条件。
2.5 施工周期长的基坑工程,地面以下的全部隐蔽工程从开挖到完成,常需经历周边堆载、振动、多次降雨等,以致对基坑稳定性不利。
2.6 具有多样性的基坑支护型式,同时也各有其优缺点和适用范围,可以采用几种不同的支护结构型式在相同的地质条件下,可以从中选取最合适的作为基坑支护从各方面相互比较得出。
2.7 基坑工程事故多,无论基坑的深浅、无论地质条件的优劣,都经常发生工程事故。
3基坑支护类型
基坑支护包括两个主要的功能:一是止水,二是挡土。传统的施工方法是板桩锚拉系统或板桩支撑系统,材料可以回收是其优点,但却存在着诸多致命的弱点。目前工程所采用的支护结构型式多样,通常可分为重力式支护体系和桩(墙)式支护体系两大类;根据具体情况和不同的工程类型这两类又可派生出各种支护结构型式,并且也有多种分类方法。
4基坑支护结构的方案优选
4.1 选择基坑支护结构类型的基本依据通过分析众多发生深基坑支护工程事故的原因,其中最主要的还是基坑工程考虑的因素不够全面,结构选型不合理。选择支护结构类型的基本依据如下:①基坑场地的深度、宽度和形状,基坑的尺寸等。②基坑支护结构所受的荷载:竖向荷载、地震荷载、风载、地面超载、侧向荷载等。③水文地质及工程地质条件:测试方法及勘探资料内容;地下水情况及地表水位、分布、承压气体、承压水层等。④环境条件:对基坑施工的特殊要求及基坑所处地区特殊状况;基坑周围道路状况及交通状况;基坑周围地下构筑物及管线状况、公用设施分布;基坑周围水域(河流) 状况; 基坑周围建筑物状况;基坑周围的地区性质等。⑤建筑物的上部结构及基础结构对支护结构的要求。⑥基坑排水及开挖等方法。⑦对基坑支护结构施工(振动、地面污染、噪音)的要求。⑧基坑场地周围类似基坑支护结构的形式或已有基坑支护结构形式,在施工中的教训、失败或成功原因。⑨现已应用的各种支护技术的适用范围与特点。⑩相应基坑支护设计规范规程指南等。
4.2 深基坑支护结构选型的步骤深基坑支护结构不同于上部结构的施工与设计。除地下水位的高低外,地基土类别的不同、周边环境及土的物理力学性质指标等,都直接与支护结构的选型有关。而且,为达到方案的优化,通过对国内外大量深基坑支护工程选型的实例总结,有时根据基坑周围环境以及地层土质的变化也可采用更为灵活的组合支护方案。
5深基坑支护技术发展的展望
随着建筑层数的增加,随之不断增加还有基础埋深。地下埋深超过20m,出现了众多超高层建筑,各种深基坑支护的施工工艺与结构型式不断产生。对大量工程实例的研究发现,深基坑支护工程的发展方向可以概括如下:①大量实施土钉墙方案,使得喷射混凝土技术得以充分发展和运用。②基坑向着周围环境复杂、深、大的方向发展,难度愈来愈大对深基坑支护与开挖来说。受地下空间的限制,新型锚杆或内支撑将逐渐得以运用推广。③为保护地下水资源的需要,或出于减少基坑工程带来的环境效应问题,有时基坑进行支护采用帷幕形式,除地下连续墙外,一般采用深层搅拌桩或旋喷桩等方法构筑止水帷幕。④基坑降水时,可采用井点回灌技术,以减少对临近建筑物造成的影响或因降水引起的地面附加沉降的问题。⑤在软土地区,为避免基坑底部隆起、造成临近建筑物下沉和支护结构水平位移加大,可采用注浆技术或深层搅拌对基坑底部土体进行加固,即提高支护结构被动区土体强度的方法。⑥为减少坑壁土体的侧向变形,可以调整支撑的施工程序以及挖土进度可以施加预应力,对拉结(或支撑);还可以加固土体通过基坑内外双液快速注浆;等措施来限制基坑的侧向变形。
【关键词】深基坑;支护方案设计;设计要求与思路;技术难点
1.深基坑支护的设计要求
基坑工程设计和施工总的要求就是要做到设计先进、经济合理、施工方便、安全可靠。基坑支护作为一个结构体系,应要满足稳定和变形的要求,即通常规范所说的两种极限状态的要求,即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态,对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏,出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数,不致使支护产生失稳,而在保证不出现失稳的条件下,还要控制位移量,不致影响周边建筑物的安全使用。因而,作为设计的计算理论,不但要能计算支护结构的稳定问题,还应计算其变形,并根据周边环境条件,控制变形在一定的范围内。一般的支护结构位移控制以水平位移为主,主要是水平位移较直观,易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关,这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分,对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的,则应控制小变形,此即为通常的一级基坑的位移要求;对于周边空旷,无构筑物需保护的,则位移量可大一些,理论上只要保证稳定即可,此即为通常所说的三级基坑的位移要求;介于一级和三级之间的,则为二级基坑的位移要求。对于一级基坑的最大水平位移,一般宜不大于30 mm,对于较深的基坑,应小于0.3%H,H为基坑开挖深度。对于一般的基坑,其最大水平位移也宜不大于50mm。一般最大水平位移在30mm内地面不致有明显的裂缝,当最大水平位移在40-50mm内会有可见的地面裂缝,因此,一般的基坑最大水平位移应控制不大于50mm为宜,否则会产生较明显的地面裂缝和沉降,感观上会产生不安全的感觉。一般较刚性的支护结构,如挡土桩、连续墙加内支撑体系,其位移较小,可控制在30mm之内,对于土钉支护,地质条件较好,且采用超前支护、预应力锚杆等加强措施后可控制较小位移外,一般会大于30mm。
2.深基坑支护的设计思路
对于一个深基坑支护结构的设计,要根据拟建工程水文地质条件、设计经验及技术条件,综合考虑国家的经济及法律规定、工期要去、造价要求等来选择最佳设计方案。设计首先应是概念设计,重点在于可行性方案的筛选与优化,对支护结构方案的选择和优化可按以下步骤进行:①对于深基坑不是特别大时,应首先考虑悬臂式支护结构,该结构主要利用基坑地面以下土体提供的土压力来维持支护体系平衡,主要结构形式为桩排支护结构和地下连续墙两类。但深基坑的设计时,一般不考虑悬臂式板桩支挡。如果考虑采用也应当对悬臂式支护结构增加内支撑的方法,使之形成混合式支护结构,支撑形式常采用锚杆拉接或内支撑形式。②其它形式的方案,如钢板桩、土钉、锚杆、拱圈、网状树根桩加固、逆作法等的选择,设计人员应根据工程的具体情况,通过综合分析比较的方法来确定支护结构的种类、平面布置形式及其支护材料。③设计时应充分考虑地下水的影响,它直接关系到设计方案的成败,如基坑土层为渗透系数较高的粉砂、圆砾等土层时,井点降水法是一种经济有效的方法。采用该法不仅可使基坑处于干燥状态而便于施工,还可显著改善土层的物理力学性质,有效减少支护结构的内力和变形,从而可达到节约和安全的目的。有时为了减小降水引起的地面附加沉降或对邻近建(构)筑物造成影响,还可采用井点回灌技术。当底层为渗透系数较小的粘性土、淤泥等土层时,可采用深层搅拌桩和高压旋喷注浆形成止水帷幕。总之,不同的支护结构适应于不同的水文地质条件,因此,应因地制宜选择经济适用的方案。
3.深基坑支护设计中若干技术难点分析
3.1支护结构侧向土压力的计算
支护结构的计算,首先是土压力的取值问题。土压力的分布和计算,目前国内普遍采用古典的朗肯土压力理论,且假定支护结构是竖直的,土压力的作用方向水平,墙背光滑,不计土体对支护体的摩阻力。朗肯土压力理论用到支护结构计算上时,由于该理论的主动土压力和被动力土压力是建立在极限平衡状态概念的基础上。据现有的研究结果表明,达到被动土压力的位移一般为达到主动土压力位移的10-50倍。在实际工程中,由于支护结构常常不允许产生达到被动极限平衡状态时所需要的位移,实际的被动土压力一般均低于被动极限值。因此,在进行支护结构计算时,用朗肯土压力理论计算所得到的被动土压力是偏大的,使用时需要折减。折减系数的取值与被动区上体的土质和支护结构的型式密切相关,应根据被动区土体的土质和支护结构型式,以及对支护结构位移限制的程度,采用不同的折减系数。譬如对水泥土重力式挡墙,当被动区的土层为淤泥质粘土时,折减系数宜取0.5-0.6;当被动区土层为砂性土或被动区土体已经过水泥搅拌桩改良时,折减系数可取0.75-0.85。对于被动土压力的计算,如考虑土体的弹性抗力作用,会更接近于实际。由于土的弹塑性性质,其抗力问题比较复杂,目前仍普遍按弹性地基的假定进行计算,通常采用文克勒假定的弹性地基上竖直梁的计算方法。
3.2用H.B1um理论计算悬臂式板桩墙支护结构
悬臂式板桩墙支护结构的内力计算,目前多用H.Blum理论来求解。此理论假定坑底出现的被动土压力近似地发生在弯点下面,并在这部分阻力的中心处(C点)用一个反力Rc来代替,支护桩插入深度t0用X来表示,它必须满足围绕C点使∑Hc=0的条件。由于土的阻力是向板桩方向逐渐增加,使用∑Hc=0的等式时会得到一个较小的插入深度,H.Blum建议计算所得的X增加20%,即插入深度t0=u+1.2X。为简化计算,H.Blum提供了理论计算曲线图,避免了多次方程求解,为计算提供了方便。
3.3土水压力的计算
传统深基坑侧上压力的计算理论主要以朗肯理论和库仑理论为基础,这两种理论无论在基本假设上,还是在计算原理上都存在一些缺陷。主要表现为:①实际深基坑工程围护墙通常不满足古典土压力理论的假设条件。②古典土压力理论没有考虑围护墙的变形过程,而仅以墙移达到使墙后土体出现极限状态的平衡条件为计算依据.实际上围护墙变形通常达不到使土体出现极限平衡状态的位移值,且其变形是随开挖的深入而变化的,上压力也随着变化。此外,传统深基坑侧土压力的计算方法没有顾及深基坑坑内外通常存在较大水位差的实际情况,忽视了渗流效应对土压力的影响等问题。在设计时,应当注意影响土水压力的若干因素。具体包括:土体的应力状态和应力路径、孔隙水压力、边界条件等。
4.结语
由于基坑设计与水文地质、工程地质条件密切相关,地基土参数的试验方法、取值、地下水的影响往往是确定支护结构设计的因素,设计人员首先应该当根据水工地质勘察的结果和自身的岩土工程设计经验,综合设计难点和要点以及对工期、造价等要求,来确定基坑支护设计方案。
【参考文献】
关键词:广州市;寺右公馆项目;基坑支护;简介
寺右公馆坐落于广州市天河区珠江新城,基地南部和西部是20m城市规划道路,北部为10m城市规划道路,东部毗邻广州市房地产交易中心办公楼。本期建设规模:总建筑面积39857平方米,地下11850平方米,建筑基底面积1876平方米。建筑物地下为3层、地上为29层的商住楼(1~2层为裙楼商业部分,3层为架空层,4~29层为住宅,地下1~3层为地下停车库及设备房。本基坑安全等级为一级。
1对于基坑支护的简介
施工单位在进行基坑支护施工的过程中,要根据施工设计的实际需求,而在对寺右公馆进行基坑开挖之后,它形成了一个五到二十米的直立边坡,而且边坡之内的土质较软,大多由松散的粉砂或粉土构成,这一土质结构的抗剪强度比较低,造成边坡不稳定。因此在对这一工程进行基坑支护施工的过程中,应当依照当前的实际情况,而后再确定最终的基坑开挖深度,借此保证后期的施工质量。
2水泥搅拌桩的施工
搅拌桩施工工艺:(1)定位对中环节。在对基坑支护环节进行施工的过程中,首先应当通过水泥搅拌机将水泥定位到桩位中,而后在开钻环节,良好的把控钻管的垂直度以及桩基钻台的水平度,对桩基支腿的高低进行精准的测量,通过水准尺保证测量的精度,同时还要确保钻台为水平状态。(2)制备水泥浆环节。待水泥搅拌桩机准备钻进时,应当依据设计方案中对于水泥浆的搅拌需求进行搅拌,通过筛网对水泥浆进行过滤,最终将成品放置到集料斗里,以供使用。(3)搅拌喷浆下沉环节。搅拌完毕的水泥浆要经过一段时间的冷却,待到其冷却到水循环正常之后,再对水泥搅拌机械予以启动,同时还要待搅拌头运行状态正常后,再将吊钢丝绳放下,令水泥搅拌机充分的进行切土下沉,运用电流检测表对下沉速度进行控制,同时过程中的运行电流不可超于70A,最后开启灰浆泵将水泥浆压入地基中,边搅拌下沉,边喷水泥浆。(4)提升喷浆搅拌环节。水泥搅拌桩机下沉到达设计深度后,要良好的把控其具体的施工精准度和施工力度,保持水泥搅拌桩机的旋转状态和喷浆状态,并将二者保持一致,与此同时,还要依照工程设置图纸的需求,对水泥搅拌机的速度予以适当的提升,以满足实际的水泥搅拌需求。(5)重复上、下搅拌及喷浆环节。水泥搅拌的过程中,搅拌机喷浆到桩顶时,应当那个将搅拌机二次旋转,同时将其沉入到土中,进而反复的实现这一动作,对喷浆进行搅拌,重复上、下搅拌以及喷浆。(6)移位环节。重复上述五个步骤进行下一根桩的施工。关闭电机,移位至下一桩位。
3施工技术要点
暂定搅拌桩深度为九米,而后对其技术要点进行分析。其一,水泥搅拌桩施工前,应使用管线探测仪探明桩位范围是否遗留地下管线,如有遗留应予以迁移。其二,水泥搅拌桩机应基本垂直于地面,要注意平整度和导向架垂直度。其三,当水泥搅拌环节的工作完成之后,而后就应当依照工程设计图纸的需求,对水泥浆按照比例进行配比和拌制,同时将水泥过网筛滤。其四,拌机重新启动后,将水泥搅拌叶下沉半米再继续成桩。其五,搭接施工相邻桩的施工间歇时间应不超出十到十二个小时。其六,使用水泥品种先征得现场监理工程师同意,水泥进场马上按规定取样试验,试验合格才可使用。
4产品保护
搅拌桩施工完成后不允许在其附近随意堆放重物,防止桩体变形。
4.1旋挖成孔灌注桩施工(1)概况。本工程支护桩均为旋挖桩:旋挖桩桩径为1200mm,间距1400mm,桩长约16.2m~17.6m,持力层为微风化含砾砂岩;桩顶冠梁截面尺寸为1000×1200mm;桩数约186条。浇筑砼采用车泵作砼输送;旋挖桩泥浆经泥浆池集存,旁边设置活动废浆箱,将较干的泥浆放入泥浆桶内,再行排水使泥浆干后再外运。(2)旋挖桩施工工艺流程。场地平整测量放线埋设护筒钻机就位钻进测量钻孔深度清渣第一次清孔下放钢筋笼下灌注砼导管安装隔水栓球塞灌注水下砼拔除护筒清除浮浆移至下一桩位清孔设备检孔器检孔制作钢筋笼钢筋检验测量砼面高度砼罐车运输拼装检查导管制作导管废浆处理泥浆沉淀池向孔内注入清水或泥浆供水泥浆备料泥浆池设立泥浆泵第二次清孔。
4.2施工工艺(1)钻孔施工。施工中钻孔环节是一项较为紧密的施工手段,因此,一定要充分的把控钻孔环节的施工技术,依照实际的施工情况以及地质情况进行钻孔,并以此为基础,对钻孔的速度以及钻头的型号予以确认,当钻头在匀速提升时,一定要保证回旋斗底盘斗门是关闭状态,这样才能确保回转斗中的土不会落入到泥浆当中,使泥浆不会因此而发生质变。对于钻孔的提升速度也要予以把控,不可过快或过慢。(2)清孔。清孔也是基坑支护施工中的重要环节,清孔一般分为两个环节,其一是首次清孔,当终孔之后要将泥浆进行沉淀,约半小时左右,而后要对钻机进行相应的清洗工作,此时,有关的工程师要对钻孔的细节进行检查,像孔深、孔径等是否合乎施工标准,检查合格之后,再进行二次清孔工作,这时的清孔工作则好通过换浆法来进行,运用泥浆泵对泥浆进行压入,直到其满足各项指标的要求,而后对孔底的各项规格进行检查,有关的监理人员检测合格之后,再将泥浆装好备用。(3)安装钢筋笼。钢筋笼环节也是基坑支护施工中的重要工作,当钢筋笼制作完毕之后,应当运用平车将其运送到各个有需要的桩位。在运输的过程中,钢筋很容易出现变形等问题,所以要对钢筋笼的每一内环圈的位置进行加焊,以防钢筋出现变形问题。钢筋笼应当在第一次清孔环节之后再进行下放,此时要保证钢筋笼的准确定位,同时要避免钢筋在浇筑环节出现上浮现象,应当在钢筋笼之上设置固定杆,有效地将钢筋移动问题予以解决。(4)水下混凝土浇筑。当成孔工作完毕之后,则应当在四小时之内运用Φ300mm钢导管对混凝土进行灌注,利用拌合机的作用,对混凝土进行搅拌,此时的混凝土一定要进行持续的浇筑,切勿出现中途停止的情况,这样将会导致浇筑的质量无法满足施工的需求,影响到最终的基坑支护施工质量。在进行混凝土浇筑的过程中,应当根据混凝土的实际情况,对其高度进行确定,而后针对性的将导管埋入土中,确保导管在土深二到六米的范畴之内,混凝土灌注后桩顶高较设计桩顶高应高出半米到一米左右。
5施工过程常见质量通病及防治
5.1塌孔
其一,钻孔过程中很容易出现塌孔问题,一旦出现塌孔问题,最终将会导致钻孔环节的工作效率无法得到切实的保障,那么,此时应当通过回填土的方式,待其沉实之后,再进行钻孔。其二,灌注的过程中也是出现塌孔问题的主要环节,一旦出现塌孔问题时,应当那个确保泥浆的质量及其配比不受影响,泥浆的成分受到影响将会违背工程设计的需求,因此,应当运用吸泥机,将塌孔中多余的泥土吸出,此方法有效则可继续实施灌注,如此方法未奏效,则应当将导管拔出,待回填土沉实之后再继续灌注。
5.2导管进水
基坑支护施工的过程中,很容易因为混凝土的封底措施不合乎规范导致导管出现进水的情况,如果是由于封底失败所导致的,则应立刻将钢筋以及导管全部拔出,将混凝土全部掏出,对导管以及钢筋笼进行二次重装,并满足实际的施工需求时,则再进行进一步施工。如果是因为导管密封度较差导致导管进水,则要将导管进行及时的更换,以确保导管的正常应用。另外,在进行灌注之前,就应当对导管的质量进行严谨的检查,确保导管的埋深,将导管拔托问题实现良好的避免,大大的提升灌注效率。
5.3浮笼
某建筑工程平面呈长方形,基础采用预应力钢筋混凝土管桩PHC500(100)AB—C80I桩长20m,单桩承载力750kN。采用钢筋混凝土框架结构,地上四层(加坡顶),局部为五层(加坡顶),层高3.6m,地下一层,层高5.1m,总用地面积4185mz,地上建筑面积约4935m2,地下室面积1842m2。底板包括承台厚度为1.2m,基坑开挖深度6.37.9m,建筑平面尺寸73mx36m,开挖面积约2185m2,周长约220m。基础边线距北侧河岸最近处约14.5m;距南侧两栋七层的居民楼外墙最近处约18.Om;距西侧一栋三层砖混办公楼最近处约6.Om;东面场地比较空旷,距一棵保护大树最近处约4.5m。因此,基坑施工要在保证支护结构的安全下,采取有效措施以确保北侧驳岸及周边建筑物、道路的安全。
1.1地质条件
根据岩土工程勘察报告,场地较平整,地形起伏较小,地势基本呈北高南低。场地地面标高为11.03~12.Olin。拟建场地范围内依次分布近期人工填土层、新近期冲积形成的粘性土及粉土层、晚期冲积形成的粘性土及砂土层,具体如下:①~杂填土:湿,松散,以粉质粘土混建筑垃圾为主;①杂填土:湿,松散,以粉土、粉质粘土为主,夹少量碎砖瓦砾,局部夹淤质填土;②..粉质粘土:可塑,局部软塑,粉质较重,局部夹粉土;②粉土:很湿,稍密,夹较多粉质粘土薄层;③一,粉质粘土:可塑~硬塑,局部粘土;③。粉砂:饱和,中密,局部夹较多粉土。
1.2水文条件
场地地下水主要为孔隙潜水和微承压水。微承压水存于③。层粉砂中,对本工程基本无影响,不予考虑。孔隙潜水主要存于①层填土和②层粉土中。地下水主要是降水入渗和河水补给,以蒸发和向河水补充为主,受季节性变化影响明显。年最高水位埋深1.OOm左右,稳定水位埋深2.80~3.70m。
2基坑支护设计
2.1支护和支撑方案选择
本工程处于市区,社会影响较大。因基坑挖深较深,场地土质较差,周边是重点保护的驳岸和建筑物,对变形控制要求比较严格。本基坑采用钻孔灌注桩加一层钢筋混凝土内支撑支护方案,安全等级按Ⅱ级考虑。针对本基坑平面形状,将支撑布置成“桁架”对撑和角撑,支护结构与主体结构相对独立,以利于基坑土方开挖和地下窀结构施工,减小基坑变形。
2.2支护结构计算
根据地质报告中土工试验结果汇总表,计算参数如内摩擦角、粘聚力及土的重度值是按每层土质的实际值取值。
(1)土压力计算:主动土压力采用矩形分布模式,被动土压力采用三角形模式,并分层计算。粉土、粘性土采用水合算。
(2)支护结构计算:单支点按抗倾覆要求确定支护桩长度,根据桩身最大弯矩进行桩配筋设计;止水桩长按抗渗、抗管涌要求确定。
(3)基坑降水计算:按基坑四周有止水帏幕情形计算。
2.3基坑支护布置
(1)根据基坑平面形状将支撑形式布置为“桁架”对撑和角撑,支撑梁500mmx650mm,主筋2~4+25,腰筋2x2+20,箍筋+8@200,联系梁450mm~550mm,主筋2~4+20,腰筋2x2+18,箍筋+8@200,压顶梁1200ramx600mm,主筋2x4+20,腰筋2×2+18,箍筋+8@200。混凝土强度等级均为C30(图1)。
(2)因东北角设计消防水池,此段竖向支护采用+800@1000钻孔灌注桩,桩长16.5m,西侧邻近建筑物,此段竖向支护采用+800@1000钻孔灌注桩,桩长13.5m,主筋16+20均匀配筋,箍筋+8@200,加强筋16+2000,其它部位采用+700@1000钻孔灌注桩,桩长13.5m,主筋14+18均匀配筋,箍筋+8@200,加强筋16+2000,桩身混凝土强度等级C30(图2)。
(3)基坑止水帷幕根据地区水文地质资料,场地地卜水和秦淮河水联系密切,水位变化随河水升降影响十分明显,采用双排双轴深搅桩进入③层粉质粘土不透水层形成全封闭止水帷幕进行止水,桩径700ram,问距lO00mm,桩体纵向搭接200ram,桩深13~15m。
(4)基坑排水坑内降水对坑外水位下降影响很小,对周围环境影响较小,基坑内采用管井结合明沟加集水坑方式进行疏干,管井抽排地下水,明沟排基坑地表水。同时在地表采用明沟排水,以阻断和排除流向基坑的地表水,基坑四周用砖砌200mmx2OOmm的排水明沟,表面粉1:2.5水泥砂浆.在四角设集水坑。少基坑暴露时间,达到有效控制支护结构变形。因施工场地较小,挖出的土严禁堆放在基坑四周,应及时运走,严禁挖土设备碰撞或停放在支撑杆件或支护桩上,注意保护已施工的工程桩。不得局部一次开挖过深,以免引起支护桩产生过大位移。因地下室结构整体浇筑,内支撑先于主体结构施工前拆除。拆前,在基坑支护桩与地下室底板问浇筑500mm厚C20混凝土替代支撑,同时加强监测,如有异常情况,分析原因,在其薄弱点加临时支撑。
3基坑支护工程施工监测
由于基坑位于秦淮河边,地下水特别丰富,四周有建筑物,在施工期间应加强基坑变形监测,主要内容是支护桩水平位移、土体的深层水平位移、支撑轴力、水位变化、沉降观测。据主体结构施工结束的所有监测数据整理分析,支护结构的圈梁水平位移最大是15.46ram,土体深层侧位移最大变形是21.66ram,支撑轴力最大是398.8kN,周围环境沉降量最大1.51mm,地下水位基本没有变化,所有监测数据均在设计控制范围内,均满足设计及有关规范规定,证明支护结构安全可靠,结构变形小,整体功能较好,支护方案取得较好的效果。
关键词:软土深基坑,基坑支护,基坑变形,设计控制,施工控制
Abstract: The soft soil engineering properties of soft soil deep foundation pit support, from design factors, construction factors, and other factors control the deformation of foundation pit, the shelf life to complete the excavation, to avoid unnecessary losses.
Keywords: deep foundation pit in soft soil foundation pit, pit deformation, design control, construction control.
中图分类号: TV551 文献标识码: A 文章编号:
1、引言
软土,一般指外观以灰色为主,天然孔隙比大于或等于1. 0,且天然含水量大于液限的细粒土。包括淤泥、淤泥质土(淤泥质粘性土、粉土)、泥炭、泥炭质土等, 其压缩系数一般大于0. 5MPa-1,不排水抗剪强度小于20kPa。软土具有含水量大、压缩性大、强度低、透水性差、低透水性、触变性、流变性、不均匀性等特点。
深基坑,指开挖深度超过5米(含5米)或地下室三层以上(含三层),或深度虽未超过5米,但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。
基坑支护工程的内容一般包括:(1) 岩土工程勘察与工程调查; (2) 支护结构设计;(3) 基坑开挖与支护的施工;(4) 地层位移预测与周边工程保护;(5) 施工现场量测与监控。
软土深基坑支护受软土工程性质的影响,随着开挖深度的增加,施工风险变大、难度提高。施工中一旦出现工程事故,处理将十分困难,经济损失巨大。因此, 必须在基坑施工前, 从计算设计、方案优化、桩基施工、土方开挖和施工监测等方面做好预防措施。必须对每一环节进行有效监控,软土深基坑工程才能顺利完成。
在基坑工程中,基坑失稳是最主要的破坏原因,而在所有基坑失稳中,软土基坑失稳又占很大的比例。软土深基坑失稳主要跟基坑系统变形有关。那么非常有必要对软土深基坑支护进行优化,以避免不必要的损失。基坑系统变形主要包括: 支护结构水平位移、周边地表沉降和坑内土体隆起。影响基坑变形的因素很多, 大体上可以分为三类: 设计因素、施工因素和自然土质因素。
2、设计控制措施
软土基坑支护工程是土体与围护结构体系相互作用的一个动态变化系统。有复杂多变的影响因素。因此在工程设计时要把理论计算和实践经验结合起来,不但要进行定量计算, 还要进行定性分析,这样才能更好地指导施工。
(1) 灵活采用支护策略。基坑施工应采用大基坑、小开挖, 分层分块开挖, 不同块处可以根据场地条件采用不同的围护方案。
(2)重视强支撑。在基坑围护方案中,应重视强支撑,慎用钢结构支撑;钢构件在市场上基本是租赁的,几经周转后,钢构件易锈蚀,质量难以保证,同时施工现场焊接质量不易保证,容易留下安全隐患。
(3) 支撑设计要预留一定的安全储备。在基坑施工过程中会碰到一些不利因素, 在这种情况下,支撑构件应保证一定的安全储备,以免某个构件破坏,造成整个体系的破坏。
3、施工控制措施
软土基坑施工过程各种因素影响下,设计采用的土力学参数在各工况下的会发生较大的变化,这些变化多朝不利方向发展,因此软土基坑施工时,应有合理的挖土方案和完善的监测手段来保证基坑施工的安全,采用信息化施工是预防软土基坑失稳的有效措施。
(1)合理确定开挖施工的顺序, 严格按照规范的原则进行开挖。在长条形的深基坑中, 必须按照一定长度分段开挖, 在每一段中再分层, 每层分小段进行开挖和支撑, 随挖随撑, 并将每小段的支撑施工时间限制在一定范围之内。在不规则的大型地下室的基坑施工中, 可采用分层盆式开挖法, 在每一层先挖中间部分并安装或浇注此范围的支撑, 然后将各根支撑两端的土堤分步、对称地挖除, 并立即安装或浇注其间顶住挡墙的部分支撑。
(2)注意基坑工程的时空效应。重视时空效应规律不仅可以有效地控制软土深基坑的变形, 而且如果能够严格施工工艺、及时支撑, 以调动未开挖土体的部分承载力, 配以必要的地基加固, 还可以达到节省材料、降低成本的目的。
(3)保证相邻施工不互相干扰, 基坑周边无超载现象。采取有效的地下水处理措施, 做好排水、防渗工作, 雨季施工要注意及时排水和排水的方式。
(4)注重原型观测和信息化施工。在基坑工程开工后, 对土体和结构的位移、应力、土中孔隙水应力以及相邻建筑物、地下管线的位移都要进行跟踪监测, 将定期监测得到的信息与原来的计算结果相比较, 并反演计算参数, 根据反演参数重新分析计算, 必要时适当修改设计或施工步骤, 然后继续施工和监测。
4、其它控制措施
为了保证施工人员安全,同时确保工程质量,加强基坑的监测工作。通过加强检测,掌握地下水的情况及基坑的变形趋势,并制定相应的变形预警机制。做好事故预案制定和实施工作。对于基坑坍塌,一般均会有较大变形作为前兆, 在加强变形检测的基础上, 如果发现变形加速, 相关单位应及时按照预案做好处置措施。如:施工现场应该准备充足的机械设备与材料以防材料短缺或者设备出现故障无法正常运行,发现有漏水事件的时候应该及时采取止水措施并查找源头进行截断处理,当地面或侧壁出现裂缝时应该尽快用泥浆进行灌浆修补,防止地下水的渗透破坏,在施工过程中如监测到土移过大时,应暂时停止施工并分析原因、采取适当的补救措施等等。[7]做好软土基坑周边的保护工作, 防止基坑周边堆载而增大坑壁土体的剪应力和对支护结构的土压力,确保基坑安全。
5、结语
我国软土深基坑工程具有很强的区域性、个体性、综合性、时空效应和环境效应。软土深基坑工程中,设计是核心,监测是手段,施工是保证。一个支护方案是否合理,决定着基坑工程的成败。合理的设计方案,应该是安全可靠、经济合理,采用先进的施工工艺,且有利于工程施工。只要我们积极推进动态设计和信息化施工技术,加强监测力度,促进实测工作,就可避免基坑工程事故的发生或降低事故所带来的损失。同时,通过计算理论的不断改进,施工工艺的不断完善,进一步推动我国软土深基坑支护技术的发展。
参考文献:
[1] 莫海鸿、杨小平. 基础工程[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2] 龚晓南. 深基坑工程设计施工手册[M] . 北京. 中国建筑工业出版社,1998.
[3] 童树奇.某工程软土基坑支护技术分析[J]. 土工基础, 2007(10):31-33.
[4] 徐斌,姜玉钗.温州地区某软土基坑坍塌的工程实例分析[J].山西建筑,2009,35(9):132– 133.
[5] 谢宝堂. 浅谈软土基坑破坏机理[J].建材与装饰,2007,9:145-147.
关键词:软土地区;深基坑;支护
1 前 言
城市地下空间开发利用成为我国城市建设中的重点,城市地下空间的安全建设成为关系国计民生的重大工程问题。软土地基中进行基坑开挖不仅造价高、投资大,而且具有较高的风险性,一旦发生事故,会导致工程建设成本增加和工期延后,更为严重的是会危及周围建筑和人民生命财产安全。基坑工程的研究已经取得了很多重要的成果,实际工程中也形成了适合各种条件的基坑支护方式:放坡开挖、土钉支护、复合土钉墙支护、重力式挡墙支护、排桩或地连墙支护。我国建设部、冶金部相继颁布了建筑基坑工程的行业标准,各地也先后颁布了地方性的建筑基坑技术规程,众多学者根据自身研究成果与工程实践经验相结合,出版了很多手册,为基坑工程技术施工提供指导。
2 深基坑支护结构类型
2.1 钢板桩支护
钢板桩(如SMW法)应用于建筑深基坑的支护,是一种施工简单、投资经济的支护方法。在软土地区过去应用较多,但由于钢板桩本身柔性大,如支撑或锚拉系统设置不当,其变形会很大。因此对基坑支护深度达7m以上软土地层,基坑支护不宜采用钢板支护,除非设置多层支撑或锚拉杆,但应考虑到地下室施工结束后钢板桩拔除时对周围地基和地表变形的影响。
2.2 地下连续墙
地下连续墙是在泥浆护壁的条件下分槽段构筑的钢筋混凝土墙体,地下连续墙最早于1950年开始应用于巴黎的地下建筑工程,我国在20世纪60年代初开始应用于水坝的防渗墙,后来国内将地下连续墙用于城市深基坑的围护结构最早是广州白天鹅宾馆。现今,国内地下连续墙的施工深度已有超过80m,厚度达1.4m。由于地下连续墙具有整体刚度大和防渗性好,适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境,尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况,因此,在国内外的地下工程中得到广泛应用,并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进,地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡墙围护结构,又能作为拟建主体结构的侧墙。施工工艺上也可采用逆作法施工,减少对环境和地面交通的影响。
2.3 柱列式灌注桩、排桩支护
柱列式间隔布置包括:桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。为减低工程造价和施工方便,柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度,但各桩之间,必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁(冠梁)加以可靠连结。为防止地下水并夹带土体颗粒从桩间空隙流入坑内,应同时在桩间或桩背采用高压注浆,设置深层搅拌桩或在桩后专门构筑防水帷幕。灌注桩施工时无振动,对周围邻近建筑物、道路和地下管线影响危害比较少。
2.4 内支撑和锚杆支护
作为基坑围护结构墙体(如钢板桩、灌注桩等维护结构)的支承,内支撑(水平横撑、角撑、斜撑)和锚杆(斜锚杆、锚定板拉杆等)的作用对保证基坑稳定和控制周围地层变形极为重要。目前支护结构的内支撑,常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类,钢结构支撑多用圆钢管和大规格的型钢。为减少挡墙的变形,用钢结构支撑时可用液压千斤顶施加预应力。钢筋混凝土支撑是近几年在上海地区等深基坑施工中发展起来的一种支撑形式,它多用土模或模板随着挖土逐层现浇,截面尺寸和配筋根据支撑布置和杆件内力大小而定,它刚度大、变形小,能有力的控制挡墙变形和周围地面的变形,宜用于较深基坑或周围环境要求较高的地区。
3 深基坑支护结构主要计算方法
近年来,随着岩土力学理论的发展和各国专家学者的努力,提出了多种计算理论和方法,归纳起来,其基本方法大致可分为三类:①极限平衡法;②弹性抗力法;③有限元法。
3.1 极限平衡法
极限平衡法建立在经典理论的基础上,但通常采用的朗肯和库仑理论所得到的结果实际上和土体单元本身的真实应力是有差别的。按地基强度理论,库仑理论是把土体看作为一承载体,达到极限状态时滑动面的形式采用直线滑动面的结果,而在朗肯理论中则为一点的应力状态,由于库仑理论在一定条件下与朗肯理论是一致的,朗肯理论实质上也属一种直线滑动面理论。对于地基强度而言,直线滑动面理论的极限承载力是偏小的,采用曲线滑动面理论更为合理。
简单地讲,朗肯理论在一般情况下的主动土压力都会偏大,被动土压力偏小,而库仑理论中被动土压力在土体内摩擦角为较大值时结果也会偏大。用经典土力学理论计算主动土压力和被动土压力,计算柔性挡墙(悬臂式或有支锚结构)的内力,对墙身和支锚结构进行设计,这种方法对于普通挡土墙或开挖深度不深的钢板桩是比较成熟的;但对深基坑,特别是软土中的深基坑支护结构设计,该法就难以考虑更为复杂的条件,难以分析支护结构的整体性状。例如支护结构与周围环境的相互作用,墙体变形对侧压力的影响,支锚结构设置过程中墙体结构内力和位移的变化,内侧坑底土加固或坑内、外降水对支护结构内力和位移的影响,压顶圈梁的作用与设计,复合式结构的受力分析等等,这些问题往往成为控制支护结构性状的主要因素。
3.2 弹性抗力法
弹性抗力法针对常规方法中挡墙内侧被动土压力计算中的问题提出了改进。其概念是由于挡墙位移有控制要求,内侧不可能达到完全的被动状态,实际上仍处在弹性抗力阶段,因此,引用承受水平荷载桩的横向抗力概念,将外侧主动土压力作为施加在墙体上的水平荷载,用弹性地基梁的方法计算挡墙的变形与内力,土对墙体的水平向支撑用弹性抗力系数来模拟,支锚结构也用弹簧模拟。
这种方法可以视为对常规方法的改进,但它仍没有解决前一种方法的其余问题。计算与实际符合与否取决于基床系数的选取,通常用m法计算,即基床系数随深度比例增长,比例系数为m。土抗力法在基坑支护设计计算中,常将支护结构前后土体视为由水平向的弹簧组成的计算模型,通过挠曲线的近似方程来计算挡土结构墙体的弯矩、剪力和变形。按Winkler假定,每一点的水平向的反力与这点的弹性变形成正比。一般适用于锚拉式平面结构或受力对称的内支撑式平面结构。
3.3 有限元和数值分析法
随着计算机技术的提高,有限元和数值分析法在支护结构分析中得到了广泛地应用,提供了一种理论上更为合理的设计计算方法。它将土体和支护结构分别划分为有限单元进行计算,其优点是可以考虑土体与支护结构的相互作用,可以从整体上分析支护结构及周围土体的应力和位移,而且还可求得基坑的隆起量、地表的沉降量和土中的塑性区范围及发展过程,还可以与土流变学相结合求得各参数的时间效应。最重要的一点,它适用于动态模拟计算,通过动态计算模型,按照施工过程对支护结构进行逐次分析,预测支护结构在施工过程中的性状。
总的来说,常规设计方法仍然是目前工程中支护结构设计的主要方法,但需对它存在的问题加以研究改进,发展有限元方法使之实用化、系统化,成为支护结构计算机辅助设计软件,供设计与施工管理采用。从原理上说,常规方法存在的问题在有限元方法中都可不同程度地得到解决。除了数值分析方法本身的问题以外,用有限元方法的关键是正确选用计算模型和设计参数;另一个需要研究的问题是安全系数的定义及如何与常规设计的安全系数相匹配。如果后一个问题不解决,有限元方法仍然只停留在辅助手段的水平上而不能成为一种可供应用的工程设计方法。
关键词:基坑 地质条件支护方案 施工
中图分类号:TV551.4文献标识码: A 文章编号:
前言
近年来,城市中的建筑密度随着城市现代化的推进而增大,随着高层建筑的不断兴建, 基坑支护运用多数在人口稠密、建筑物密集的地方,并紧靠重要市政公路。地上与地下管线密布。 目前基坑支护方法很多,如:深层搅拌桩、钻孔灌注桩、钢板桩,地下连续墙,内支撑,各种桩、板、墙、管、撑同锚杆联合支护,此外还有锚钉墙、降水井等。现以某工程作说明:
一、工程概况及地质条件
某工程,主楼19层,商场地上4层,设两层地下室,采用钢筋混凝土框架剪力墙结构,商场为框架结构。基坑约105m×60m,开挖深约为10m。该建筑物的周围环境比较复杂,北侧已有竣工的高层住宅楼,距拟建围墙约7m;东侧紧邻交通道路,西侧为商场(一层地下室),距拟建围墙5.6m。 通过对该工程实际情况的考查,发现现场狭小,地下管理线复杂,对基坑开挖支护限制较大,主要有以下几方的限制:
1)施工现场范围内无放坡的可能,且开挖较深;
2)工程所处老城区,周围建筑物的地下电力、电信等管线复杂而且重大,边坡位移变形不能超过允许的限值,以防直接或间接的破坏管线;
3)基坑四周人员密集、施工环保要求较高,基础支护施工方案必须要求安全、合理、可靠,并且要尽可能地减少拢民。
根据《岩土工程详细勘察报告》,场地内各层土的物理力学性质指标见表1:
表1 各土层物理力学指标
综合分析基坑周围环境,根据基坑开挖较深,而且大部分位于4层与5-1层交界面,而4层土性质较差,赋水性及透水性均较强,对围护结构的受力和围护体变形及坑外土体的变形控制相当不利。
二、支护方案的选择
根据场地地质条件、基坑开挖深度及周围环境特点等,在确保周围建筑物、道路和管线安全和正常使用,在确保基础和地下室施工安全、顺利的前提下,可考虑采用以下几种基坑围护方案:
2.1 排桩结合内支撑围护方案
围护挡土桩采用钻孔灌注桩,顶部浇筑砼圈梁,使其具有刚度较大、抗弯能力强、变形相对较小,施工时无振动、噪音小, 无挤土现象,对周围环境影响小。止水帷幕采用水泥搅拌桩,将水泥浆固化剂喷入地基土中形成水泥土桩,桩体相连形成帷幕墙,可为实体式或格栅式。采用钢筋砼内支撑,因其刚度大,对围护体的变形控制较好。根据本工程的开挖浓度周围环境的特点,采用水泥搅拌桩止水帷幕是安全、可靠、合理。根据本基坑的开挖深度,地下室的层数和周边环境的特点,应尽可能设置两道支撑。
2.2 地下连续墙结合内支撑围护方案
地下连续墙可作围护用,也可与地下室外墙合用,比较适用于地下水位以下的软粘土和砂土多种地层条件和复杂的施工环境,但地下连续墙投资较大,同时一般情况下对地下连续墙施工较少,若采用连续墙技术,对质量和进度控制也不利。
2.3 复合土钉墙围护方案
一般适应于基坑开挖深度不深。而本基坑工程开挖深度深,周围环境复杂,采用复合土钉墙,变形控制的难度大,实施的风险也大。
经上述几种方案比较,在确保基础和地下室施工安全的前提下,为方便施工,降低成本,本基坑工程采用排桩结合内支撑转护方案,根据场地地质条件,坑内外需设置简易深井进行降水。
三、施工要点
3.1水泥搅拌桩的施工流程及控制要点
3.1.1 水泥搅拌桩施工流程
测量放样开挖沟槽钻机就位检验、调整钻机垂直度正循环钻进至设计深度 配制水泥浆打开注浆泵喷浆搅拌、提升 重复搅拌下沉重复搅拌提升喷浆直至孔口 关闭搅拌机、清洗成桩结束将钻机移至下一桩位。
3.1.2施工控制要点
指派专人负责水泥搅拌桩的施工,开工前进行全面的技术交底工作。所有施工机械均应编号,应将钻机长姓名制成标牌悬挂于钻机明显处,确保人员到位,责任落实到人。水泥搅拌桩开钻之前,应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象,待水排尽后方可下钻。为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求,应作如下控制:
(1)、搅拌桩施工时,每台班均须检查搅拌头几何尺寸,搅拌头直径为70±1.5cm。
(2)、施工场地基本要求平整,桩位按设计布置放线定位,成桩后的桩位偏差不大于50mm。
(3)、每根桩施工前,必须校正搅拌轴两个方向的垂直度,垂直度误差不超过1.5%。
(4)、设备运转正常后,搅拌轴沿导向架切土下沉,下沉速度不应大于1.5m/min。
3.2 钻孔灌注桩施工流程及控制要点
3.2.1钻孔灌注桩施工流程:开挖沟槽—桩位放线—开挖浆沉淀池及浆沟—护筒埋设—钻机就位—钻孔—清孔换浆—终孔验收—下钢筋笼和导管—灌注水下砼—拔出护筒—质量检测。
3.2.2施工控制要点
1)开挖沟槽及测量放线:沟槽开挖完成后进行桩位放线,桩位放好后,进行埋设护筒,护筒中心轴线与桩中心线重合,平面允许误差为5cm,竖直线倾斜不大于1%。
2)、钻孔
①钻孔:根据参考文件所给地质情况及设计要求,选用配套钻机。钻机就位、对中整平,就位前将钻机底部铺设枕木,防止基础下沉、钻机倾斜。就位时在护筒上拉出十字丝 ,用锤球对中,钻孔中心与设计桩中心偏差小于10mm,钻机底盘用水平尺调平,以保证竖直度。
②孔径检查与清孔:在钻孔达到设计深度时,使用测绳测量孔深,并使用钢尺校核。钻孔完成进行检查,成孔孔径不小于设计孔径。清孔后检测泥浆性能指标,指标必须满足规范和设计要求。
3.3 钢筋笼的制作及安装
钢筋笼最好在钻孔现场进行加工,定位钢筋及加强箍筋每两米设一组,以保证钢筋笼在孔内混凝土的保护层厚度≤50mm。同一截面的接头数量必须少于50%,接头错开间距须≥35d且大于50cm。钢筋笼用吊车起吊时,为保证骨架不变形,应运用两点吊。根据计算护筒与钢筋笼的相对距离,进行钢筋笼的定位。焊上定位筋将其固定在孔口。焊接要扎实,固定要牢靠,防止灌注过程中钢筋笼下降。
3.4 下导管灌注水下砼
灌注水下砼是钻孔桩施工的重要工序,应特别注意,钻孔经成孔质量检验合格后方可开始灌注工作。灌注过程必须紧凑、连续作业,严禁中途停工。在灌注过程中,自始至终保证导管底部埋入混凝土下2-6m。控制最后一次灌注量,以高出设计桩顶标高1.0m为准,以保证桩身的质量。
四、现场监测
监测要设置测点,在施工期间和竣工前定期观测。一是周围的建筑物的沉降、倾斜、裂缝以及差距和地下管线设施的沉降、变形等。二是围护体沿深度的侧向位移监测。三是坑内、外地下水位的监测。基坑降水时,为减少因降水引起的地面附加沉降或对临近建筑物造成的影响,可采用井点回灌技术。现场监控测量对基坑支护技术尤为重要,通过监测,随时掌握周围环境及围护体的稳定状态、安全程度,为施工提供信息,以便有效指导施工,及时调整施工方案,从而达到施工的最优化。
五、结束语
在深基坑工程施工中,基坑支护结构选形必须遵循安全、适用、经济的原则。由于支护结构类型种类繁多,它们各有优缺点,适用于不同地质条件和工程环境,而地质条件是基坑选型的重要因素,同一基坑工程有多种不同的支护方案需进行优化,对各种方案要进行分析比较,选最合理、最经济的支护方案,并采取综合性技术措施,便可以得到最好的效果。支护结构形式选择合理,就能做到安全可靠、施工顺利、缩短工期,能带来可观的经济与社会效益。
前言:随着国家对建筑工程安全等级要求的逐步提高,市场规范制度的不断完善,必须对涉及建筑结构使用安全、施工管理措施安全的内容按照法律法规、国家标准进行合理化设计,达到开发项目经济合理的目的。本文结合滨海新区旅游度假区A7地块工程基坑设计实例浅析方案的选型。
中图分类号:TV551.4 文献标识码:A 文章编号:
工程概况:
本工程坐落于天津滨海新区塘黄路,该地块Ⅰ期工程包括1#、2#、3#、7#、8#、9#、10#楼和一个地下车库,各单位工程的地下室(含夹层)分别于车库相连,用地面积24196.8㎡,建筑面积189090.5㎡,建筑层数27-33层,建筑高度96.6米,结构形式为混凝土剪力墙结构,安全等级为二级,建筑类别为一类高层建筑,耐火等级为一级。
该工程地下室底板标高-6.95Om,板厚400mm,七个单体底板标高-5.950m~-6.950m,板厚1250mm~1400mm,电梯基坑坑底标高-8.000m~-9.500m,根据现场自然地坪条件平均基坑深度为5m。
基坑设计开发理念:
从开发角度考量基坑设计方案不仅要达到设计合理、经济、可行,同时还需考虑施工方便,处理突发事件设计与施工统一,本着这个理念,我们选择了一家兼有设计、施工资质的单位为本项目基坑设计施工服务。
周边环境及地质条件:
拟建场地位于天津市滨海新区,场地周边道路众多,南侧为杨北公路,西侧为京津高速公路,东侧为唐津高速公路,周边无永久建筑物,在东南角有三栋平房临时建筑距离基坑8米,西北角距离黄岗水库一库20米,其余地方周边为荒地,但建筑红线基本与建筑外墙皮重合。根据勘察报告,该场区在地貌单元上为海积平原,后经人工改造填垫而成,钻探范围内以素填土、淤泥质土和粉土为主,主要物理力学性质见下表:
本工程设计﹢ 0.000标高为大沽高程5.800米,勘察期间,在22.0m深度内观测到两层地下水。第一层地下水类型为潜水,地下水稳定水位埋深为0.28~1.90m,水位标高为1.48~3.51m。第二层地下水类型为微承压水,水头距地面的距离为10.51~11.10m,水头标高为-8.25~-7.04m,基坑平均深度5m,局部电梯坑深7.5m。
考虑地面施工荷载为15kn/㎡,地面标高-1.8m~-2.0m计算。
支护方案的影响因素。
地下室基坑支护方案的确定,要综合多种实际因素进行考虑分析,确定多种施工方案,从中选定经济、安全、适用的施工方案进行施工,简要概述如下几方面
土方开挖方案是决定深基坑支护设计的重要条件,一般常见的为两种开挖形式:放坡开挖和垂直开挖。放坡开挖适用于基坑四周场地空旷,周围无临近建筑物、地下管线和道路的情况,同时要求基坑放坡开挖土体在施工期间能够自稳,当基坑处于软弱地层中时,放坡开挖的坡度不宜过大,如果土体塑性较差,还需对土体做稳定性验算和加固,当然相对提高一些成本,边坡稳定常用土钉墙或者喷锚支护的设计。相对垂直开挖的形式适用于建设用地紧张,周围附近临近建筑物、道路或者重要市政设施等,但采用垂直开挖都做支护结构,保证施工的安全性。常见的支护结构:钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩挡墙、H型钢支撑、木挡板支护挡墙、地下室连续墙、深层搅拌桩水泥土挡墙、土钉墙、旋喷桩挡墙等。
土方开挖还要考虑地下水位的情况,如果地下水位在基坑以上,基坑开挖前一般采用井点法坑内降水,降低开挖影响范围地层的地下水位,以防止开挖中动水压力引起的流砂现象和渗流的作用,并且增加土体抗剪强度,提高边坡稳定性,常见的有轻型井点和深井点。此外,还要严禁地表水或基坑排水倒水、土体回渗流入基坑,故需要做截水措施,俗称止水帷幕,一般采用水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙等。
本项目七个单位地下部分与地下车库连城一个整体,从土方开挖的角度为一个综合整体基坑,开挖面积较大,相对开挖时间较长,故支护设计的安全使用时间必须保证土方开挖完毕、地下室主体结构施工完成和全部肥槽回填土完成的的时间。
天津市将深度超过5M的基坑划类为深基坑,涉及到的基坑设计需做专家论证。
支护方案的确定。
根据地勘资料可以看出该工程位于软土地区,土体具有剪切力小,含水率高,孔隙率大,压缩性高,固结系数小,固结时间长,灵敏度高,扰动性大,透水性差等特点,放坡开挖土体边坡稳定性较差,要求坡度不能太大,如果完全放坡边坡的水平长度就会增大,根据红线位置需要占用很多临时用地产生一定费用,不经济。
根据水文资料开挖深度范围内有两层地下水,开挖前将地下水位降至边坡边缘和基底以下,保证边坡稳定,防止涌流,保证施工过程处在疏干和坚硬的工作条件下开挖,故需选择适宜的降水井方式。由于深井降水适用于低渗透性的粉砂、粉土和淤泥质土,降水深度可达8m~18m,降水范围达到200㎡的范围,与本工程地质环境相符,故采用深井降水的方式。同时为防止基坑侧壁尤其是水库中地下水渗流入基坑内,需要做止水帷幕。
如果完全采用垂直开挖形式,可选用上述几种支护结构形式,但研究表明基坑开挖深度越大,尤其在软土地区做悬臂式支护结构经验算嵌固深度要求更大,材料使用量加大,且深基坑安全性要求较高,一般采用SMW工法施工、钻孔灌注桩和地下连续墙,相对这几种支护形式加大嵌固深度的成本都很高,钻孔灌注桩还需在外侧做止水帷幕。
最终考虑到深层搅拌桩既能用于止水帷幕的施工,又可以做重力式水泥土挡墙,然后结合放坡开挖形式做基坑支护设计,优化成本,同时为保证放坡开挖坡体的稳定性,增强土体破坏的延性,做了喷锚支护的设计。
支护形式
采用搅拌桩挡墙+反压土的支护形式,搅拌桩共设置4排,局部3排格构布置,桩径700mm,搭接200mmm,有效桩长11.5M~14M,桩顶标高-1.8M~-2.0M,内侧反压土采用1:1两步放坡,两坡之间有800mm宽的混凝土平台,整个坡面挂钢丝网喷射水泥砂石混凝土浆。在东南角靠近建筑物区域部分采用钻孔灌注桩护坡桩挡墙+搅拌桩止水,护坡桩间距1400mm,桩径800mm,桩顶设置帽梁1000×800mm,桩间土挂网喷射混凝土。
重力式挡土墙需要做滑动稳定性验算、倾覆稳定性验算和挡墙结构应力验算。
滑动稳定性验算公式:Kh= Kh-抗滑动稳定安全系数,Kh≥1.2,基坑边长<20M时,Kh≥1.0。W-墙体自重, ()/()_D_D
倾覆稳定性验算:Kq = Kq-抗滑稳定安全系数,Kq≥1.2,基坑边长<20m时,Kq≥1.0,b、Hp、Ha-分别为W、Ep、Ea对墙趾A的力臂。
墙身应力验算:σ =<,t = ,W1-验算截面以上部分的墙重(n),Qu、Φ、C-水泥土抗压强度,(n/mm²),内摩擦角(°),内聚力(n/mm²)。
土体的整体滑动验算采用条分法:Cai = Ci (1-Ac) + Ccoi×Ac ,Cai-第i个水泥土桩的平均内聚力(n/mm²),Ci-第i个土条的内聚力(n/mm²), Ccoi-水泥土桩的内聚力(n/mm²),Ac-置换率(单位长度内水泥土桩面积与桩墙面积之比)。
经过上述验算,该支护形式满足安全和使用要求,同时经过了专家的基坑论证,满足设计要求。
基坑监测
通过对基坑支护体系的监测,针对监测结果进行分析处理,随时掌握基坑支护体系的工作状态,遇到意外情况时能够及时预警,将防止措施实施在事故发生之前,确保基坑支护体系的绝对安全。
支护结构的监测项目、测点布置、监测精度、监测频率、控制标准详见下表:
结语
目前,本工程土方开挖基本完毕,施工期间地面建筑物一切正常,未受任何影响,根据监测结果,基本与设计计算吻合,总体而言,工程顺利施工,同时为我方节约了成本。
基坑支护设计是一个复杂的过程,需要考虑多种地质因素和周边环境的影响,作为建设方应该重视前期资料的收集工作,提供给支护设计单位,保证信息的真实可靠,这样才能保证支护设计的经济合理和结构安全可靠的使用。
参考文献
关键词:土钉锚杆;注浆; 滤管; 非工作钉
Abstract: this paper takes the taizhou economic development zone sewage treatment plant engineering for example, according to the project from the turkmen excavation pit of foundation pit supporting for this episode to the well construction difficulties, from a technical feasibility and the economy of the comparative analysis of the two decided to use the soil nailed wall anchor construction technology, in order to ensure the progress of the projects increase of the project cost.
Keywords: soil nail anchor; Grouting; The filter tubes; Non-work nail
中图分类号: TV551.4文献标识码:A文章编号:
1、工程概况及地质条件:
泰州市经济开发区污水处理厂工程地处泰州经济开发区内,该工程集水井结构外包尺寸为11500mm×13000mm,水池埋深为室外地面以下8.0m,集水井西侧4.5m为沉淀池,相距南侧、东侧各5.5m均有构筑物,北侧为农田,场地较小,地质构造在坑壁支护范围内,土层自上而下依次为:①杂填土,层厚0.8~1.0m;②粉质粘土夹粉砂,层厚1~3.0m;③粉砂夹粉质粘土,层厚2.0m;④粉土夹分砂,稍~中密,层厚2~3m;⑤粉细砂,中密,局部夹粉质粘土薄层,层厚5~7m;⑥粉砂层,青灰色,中密~密实,层厚大于10m。基坑底位于第④层土上,距自然地面约7.5m,地下水位在天然地面以下1.4~1.7m,开工日期为2003年3月5~4月20日。
2、施工难点:
针对本工程的地基土质情况,在基坑底标高以上土质为粉质土及粉砂土,土质较松散;基础开挖自然地面以下8.0m,开挖深度较大;地下水位相对较高,基坑周边操作面积狭小,且周边有相应的构筑物,对周边构筑物的地基土不能收到扰动,故本集水井基坑土方开挖不能采取自然放坡的方法进行,从基坑的土方开挖到基坑支护为本集水井的施工难点,如果处理不当将导致周边土体扰动,势必影响工程进度增加工程造价。
3、方案确定:
根据本工程的地质情况、施工工期短等特点,从技术方案的可行性和经济性两方面进行比较分析决定采用土钉墙锚杆施工技术,共分五次完成整个基坑支护;其施工顺序为:降水第一次土方开挖坑壁喷浆土钉锚杆施工绑扎钢筋网片喷射砼面层第二次土方开挖坑壁喷浆土钉锚杆施工绑扎钢筋网片喷射砼面层直至第五次土方开挖坑壁喷浆土钉锚杆施工绑扎钢筋网片喷射砼面层;本工程锚杆选用全粘结式砂浆锚杆,孔径为100mm,直径为ф22HPB335的钢筋,孔内灌溉1:1的水泥砂浆,内掺早强剂,锚杆(钢筋)水平间距为1500mm,长度为长度及垂直间距如图一所示,钢筋网的直径为6.0mm,间距为200mm×200mm,面层喷射100mm厚的C20砼,使锚杆受力扩散均匀,整体协同作业。
4、施工方法
4.1基坑降水:本工程在基坑降水施工前,采取基坑周边设置深井,间距不大于7m,当挖至第四层土底时,设置了一道轻型井点降水的施工方法进行整个基坑降水工作,降水示意如下图二所示
4.2基坑开挖:本工程基础开挖深度共8.0m,共分四次开挖,第一、二、三次开挖深度为均1.8m,第三次开挖深度为1.6m,最后一次开挖深度为1.0m;每一次开挖完毕后,即进行土壁喷浆后进行土钉与喷射砼面层的施工,待砼面层强度达到设计强度的70%时,再进行下一层土方的开挖,为了防止挖土时基础周边受到扰动本工程采用0.6立方为的小型挖土机,并利用人工修整边坡土方,每层土方所开挖的水平距离不大于7m。对修整后的边坡立即进行壁喷浆处理。
4.3喷射第一道面层浆:每层每段边坡修整后,对修整后的边坡立即进行壁喷浆处理,防止土体,造成塌陷。
4.4设置土钉:
①、成孔:由于本工程基坑壁土质情况及坑面积较小,为了防止成孔时周围土体受扰动,成孔时选用了机动灵活性强、操作方便的洛阳铲施工,每3~4人一把洛阳铲,铲的直径为100mm,铲杆采用分节组装的形式,为了提高成孔效率,经常加入少量的水铲头;在成孔过程中由专业人员做成孔记录,按土钉编号逐一记载土体的特征、成孔质量、事故处理等;在插入锚杆(土钉)前,要逐一进行清孔检查,如孔中出现局部渗水、塌孔或掉落松土,立即派人处理。
②、锚杆(土钉)就位:本次锚杆选用ф22HP335钢筋,其水平间距为1500mm,竖向纵距如图一所示,锚杆钢筋置孔中前,先在钢筋上安装对中定位的钢支架,以保证钢筋位于孔位中心且注浆后保证其厚度不小于40mm,支架间距不大于3m。钢支架示意如图三所示。
③、注浆:注浆前先验收锚杆钢筋的安设质量,符合要求后方可进行注浆;浆液为1:1的水泥砂浆,内掺水泥用量的1%减水剂和1.2%的膨胀剂,水灰比为0.45,水泥为32.5级普通硅酸盐,砂为细砂,水泥砂浆用搅拌机拌和均匀;本工程采用可移动式的BMY系列0.6MPa型的锚杆注浆泵,先由注浆管1注浆,边注浆边缓慢匀速拔出注浆管1,直至注满孔,然后由注浆管2补注浆,将设在孔口的阴浆装置撑开达到止浆效果,注满后需保证3~5分钟,注浆压力为0.6MPa。压力注浆如图四所示。
4.5喷射砼面层:在喷射砼面层前应先绑扎钢筋网片,锚头处用ф12的钢筋将钢筋网片与锚杆焊接固定,加强了锚杆与地坑壁喷射砼中的锚固力,网片与坡面的间隙不小于30mm;喷射砼的配合比由试验室出具,水灰比为0.45,最大粒径不大于12mm,内掺水泥用量的2%的早强剂,为了确保砼喷射厚度达到100mm,我们在边坡上隔1500mm,设置垂直的短钢筋头作为标志,本工程采用HPZ6型喷射机,喷射砼的射距距坡面为0.8~1.0m,并使射面垂直于坑壁,喷射共分二次进行先喷射钢筋网后30mm厚的砼,待护壁钢筋网绑扎焊接牢固后再喷射面层70mm厚的面层,喷射顺序是每层土体由下而上(但底部钢筋网片搭接长度范围内暂不喷)。面层砼喷射后待砼初凝后2h即可对其表面进行洒水养护,养护时间为7d,养护时应防止养护水过多而流淌于坑底周边。喷射立面简图如图五所示。
4.6成品保护:为了防止地表水浸湿导致成孔塌陷,在坑壁上部上翻1200mm宽的钢筋网护壁,在此以外设置300mm宽的坑顶周边排水沟,为了防止成孔后地表水浸湿造成锚杆孔塌陷,在排水沟以外5000mm设置了50mm厚的砼硬质地坪,详见图一所示;同时为了有少量的地表水渗入基坑壁,地坑壁设置了ф50的滤水管其纵纵横间距不大于3m,滤管设置如图六所示;每一段每一工作面锚杆成孔后立即进行锚杆施工。
五、现场测试与监护
5.1非工作钉的设置:锚杆支护施工必须进行土钉的现场抗拔试验,来确定支护结构的稳定性,本工程共锚钉共设在3种不同的土层中,每一典型土层中各设置了3根非工作钉,共设置了9根,非工作钉的成孔、注浆施工工艺及使用材料等同其它锚杆施工,但其长度均选定为6m,为了消除加载试验时支护面层的变形对粘结界面强度的影响,测度钉在距孔口处保留了1m长为非粘结段,测试完毕后再用浆体将非粘接段注满。
5.2现场测试:本工程9根非工作锚钉,通过用穿孔液压千斤加载,加载时土钉、千斤加载、测力杆三者在同一轴线上,试验时采取分级连续加载,得出试验平均值均不小于设计值的1.25倍,符合规范要求,对注浆的水泥砂浆试块及砼喷射面层的C20砼试块的强度均达到规定要求。
5.3施工监测:本工程支护施工监测包括:①支护位移测量,在基坑壁上四角设四个观察点,②地表开裂状态观察,③基坑渗漏水和地下水位的变化;以上观测由一名技术员负责,支护施工阶段,每天2次,施工过程完毕后每天1次,直到支护退出工作为止;整个观测结果未有大的事故发生。
六、结束语