浅谈深基坑支护施工的安全预控

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  【摘 要】 深基坑施工在建筑工程中属重大危险源,是施工和监理工作应重点控制是关键工序,支护施工的质量的好坏直接影响基坑内施工人员的安全,对此加强对支护施工过程的质量控制显的尤为重要。
  【关键词】 基坑概况;支护设计;安全控制;应急措施
  【中图分类号】 TU714 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123(2013)01-018-04
  1 工程概况
  1.1 基本概况。工程规划用地2.8万平米,总建筑面积12万多平米,其中有4栋高层、二层商业裙房,2栋二层商铺,1栋四层商铺和二层地下车库,建筑物建在地下车库顶板上。
  1.2 地下车库的基本情况。本工程基坑面积约为21100m2,周长约为600m,基坑挖深10m,基坑北侧(AB段)有移动已建的六层砖混结构建筑,地下室外墙距该建筑最近处约4.4m,土方开挖后坡顶距该建筑物距离为3.0m。
  1.3 地下车库基坑的简图。
  2 工程支护设计
  2.1 工程的地质水文情况。本工程在地貌上属长江三角洲冲积平原,其土层分布自上而下为:①杂填土→②粘土→③粉质粘土→④粉土夹粉砂→⑤粉砂→⑥粉土夹粉砂→⑦粉质粘土→⑧粘土,地下水位按其埋藏条件分为上层滞水和承压水。
  2.1.1 上层滞水。上层滞水埋藏于杂填土中,其主要补给源为:①大气降水;②人工用水;③地表径流,主要以蒸腾作用排泄,水位受降水、地表水等影响呈季节性变化,上层滞水水位埋深为0.5~1.3m,上层滞水水位年变化幅度约±0.5m。
  2.1.2 承压水。承压水主要埋藏于④粉土夹粉砂、⑤1层粉砂、⑥2层粉土夹粉砂中,其主要补给源为大运河和长江水的侧向补给,排泄途径亦相同,水量较丰富。
  2.1.3 地勘情况。勘察期间测得其埋深为地面下6.0~6.6m稳定水头标高为黄海高程-1.3m,承压水位近年最高水头标高为黄海高程-0.8m左右,承压水年变化幅度约为±0.5m。本地历史最高水位为1931年黄海标高3.7m。1991年为3.63m,本场地未于防洪Ⅱ类地区,抗洪水位一般取3.90m。
  2.2 基坑支护设计及形式。
  2.2.1 设计依据。依据建设单位提供的总平面图,地下车库一/二层浇筑平面图,各楼的桩位布置图,基坑周边环境条件,《项目岩土工程勘察报告》及国家标准,建筑基坑支护、建筑边坡工程、锚杆喷射混凝土支护、混凝土结构工程施工的国家规范、国家标准、行业标准等。
  2.2.2 基坑支护结构设计如下:拟建地下车库北侧为已建6层建筑,地下室外墙距该建筑最近约4.4m,其它段空旷。基坑深度-9.5m,局部挖深-10m,本工程AB段6层房屋处基坑安全等级为一级,重要性系数为1.1,其它段基坑安全等级为二级,重要性系数为1.0。
  2.2.2.1 AB段:该场地红线外为已建六层建筑,场地标高±0.00m,底板顶标高为-8.90m,板厚为600mm,垫层100mm,坑底标高-9.60m,基坑深9.60m,附加荷载q1=20kpa,建筑载荷q2=6×(15~20)=70kpa,坑底压力q3=250kpa,该段采用旋挖灌注桩Φ900mm@1200mm加两层旋喷锚索支护。
  2.2.2.2 BC、DEA段:该段场地标高-0.3m,底板标高-8.90m,底板厚600、500mm,坑底标高-9.60m、-9.50m,附加荷载q=30kpa,采用二级放坡土钉墙进行支护,坡度系数分别为0.5、0.5,中间马道宽1.5m,坡顶布竖向锚管桩Φ200mm@
  1300mm桩长L=6.0m。
  2.2.2.3 CD段:该段场地标高-0.3m,底板标高-8.90m,底板厚500mm,坑底标高-9.50m,附加荷载q=30kpa,采用二级放坡土钉墙进行支护,一级坡根据现场坡顶线确定,中间马道宽1.5m,坡顶布竖向锚管桩Φ200mm@1300mm桩长L=9.0m。
  2.2.2.4 出土口位置根据现场实际情况确定,宽约10m。采用坡顶布置一排旋挖灌注桩进行加固。
  2.2.2.5 基坑采用大降水方案,坑内36口,坡顶41口进行降水。
  2.2.3 支护形式。本着“安全可靠,经济合理,技术可行,施工方便”的原则,综合考虑现场周边环境、岩土层组合机水文等条件进行支护方案选择。
  2.2.3.1 北侧AB段为已建六层砖混建筑,地下室外墙距该建筑最近处约4.4m,该段采用旋挖灌注桩Θ900@1200加两层旋喷锚索进行支护,第一排旋喷锚索水平间距@1.5m,第二排旋喷锚索水平间距1.2m,旋挖灌注桩的桩与桩之间表面挂网喷射砼。
  2.2.3.2 BC、DEA段为空旷场地。该段采用二级放坡土钉进行支护,坡度系数分别为0.5、0.5,中间马路宽1.5m,坡顶布置竖向管桩Θ200@1300桩长L=6.0m,坡面挂网喷射砼。
  2.2.3.3 CD段靠施工便道较近,该段采用二级放坡土钉墙进行支护,一级坡坡度系数根据现场坡顶线确定,二级坡坡度系数为0.5,中间道路宽1.5m,坡顶布置竖向锚管桩Θ200@650桩长L=9.0m,坡面挂网喷射砼。
  2.2.3.4 出土口位置根据现场实际,自南向北分层开挖,采用在坡顶布置一排旋挖灌注桩进行加固,灌注桩桩长L=19m,水平间距2000mm。
  3 施工控制
  3.1 基坑降水排水施工控制。①根据支护方案,基坑共布设77口降水井,井径Φ800,下入管径Φ360无砂滤管,孔内填1~5mm绿豆砂。管井成井后应立即降水,不得停止,以防水井於塞。②基坑开挖前应提前两周进行降水,确保基坑开挖面无明水,应保证水井的施工质量,钻井时尽量采用清水和稀泥浆,保证水井的水量。③严格控制填滤料的规格,保证水井清水,防止水井淤塞和坑外掏空。④整个基坑内水位应降至坑底深坑0.5~1.0m。⑤降水到位在基坑开挖期间每天测报抽水量及坑内地下水位,每日观测水位的变化,如发现水位变化>0.5m/d的迹象,应及时通知设计、建设。监理等相关单位分析原因。⑥根据施工现场情况,沿地面及基坑内应设明沟及集水井,及时排除雨水及地面流水。   3.2 土钉施工控制。①土钉墙施工。工艺:开挖工作面→修整边坡(±20mm),埋设喷射混凝土厚度标志→钻孔安设土钉→注浆→安设连接件→绑扎钢筋网→喷射混凝土。②土钉钻孔后应进行清孔检查,对孔中出现的局部渗水蹋孔或掉落松土应立即处理,成孔后立即安设土钉并注浆,监理对成孔后安设土钉注浆等工序进行旁站,确保施工质量。③注浆时注浆管应插至距孔底250~500mm处,孔口部位置设置止浆塞。
  3.3 竖向锚管桩施工控制。由于工程基坑周边场地狭小,坑边为施工道路,施工车辆必须从坑边行驶,因此在基坑周边设置竖向锚管桩,对该桩施工应进行如下控制。①竖向锚管桩采用XY-1型工勘机进行成孔,钻进时保证孔径≥200mm。②锚管桩采用二次注浆,第一次注浆采用水泥砂浆,水泥砂浆强度等级为M15,水泥、砂宜为1:1,水灰比不大于0.55,水泥砂浆采用压砂浆泵进行注浆,注浆压力为0.5~1.0Mp,注到浆液从孔口溢出;第一次注浆结束后4小时内进行第二次注浆,第二次注浆材料选用水泥浆、水灰比0.5,注浆压力为2.0~3.0Mp,使浆液冲破初凝浆液,浆液注入到水泥浆和土体之间,达到注浆压3~5分钟即可结束注浆。水泥浆掺入重量5%的水玻璃。③竖向锚管钻孔应保证直径偏差不大于20mm,垂直度偏差小于1%,桩位允许偏差不小于100mm。
  3.4 旋挖灌注桩施工控制。旋挖灌注桩在此工程中的作用是针对基坑边已建的六层砖混结构办公楼而采取的安全保护措施,此桩施工质量的好坏关系到已建办公楼和基坑内施工人员的安全,因此旋挖灌注桩施工应进行如下控制:
  3.4.1 灌注桩采用旋挖成孔施工工艺,钻孔时钻杆应保证垂直稳定,位置准确,防止因钻杆晃动引起的扩大孔径,钻孔速度应根据电流值变化及时调整,钻进过程中,应随时清理孔口积土。
  3.4.2 灌注桩混凝土采用商品混凝土,设计强度为C30混凝土,采用42.5级普通硅酸盐水泥。
  3.4.3 旋挖灌注桩满足桩身质量及钢筋笼焊接质量要求。不得有断桩、混凝土离析、夹泥现象发生。
  3.4.4 混凝土应连续灌注,每根桩浇注时间不得小于混凝土的初凝时间,桩顶砼超灌高度不小于1倍桩径。
  3.4.5 旋挖灌注桩施工时应保证桩径偏差不大于50mm,垂直度偏差不宜大于0.5%,桩位偏差轴线和垂直轴线方向均不宜超过50mm。
  3.4.6 旋挖灌注桩作为支护桩,桩底不宜超过200mm,旋挖灌注桩钢筋保护层厚50mm,砼充盈系数≥1.0。
  3.4.7 旋挖钻机成孔应采用跳挖方式,钻斗倒出的土距桩孔口的最小距离应大于6m,并应及时清理。
  3.4.8 桩顶嵌入圈梁100mm,主筋锚入圈梁600mm。该部位灌注桩、砼圈梁养护28天后方可进行土方开挖。
  3.5 旋喷锚索施工控制。
  3.5.1 旋喷锚索施工采用42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺入量30%,水灰比0.7;Φ500旋喷锚索桩压力不小于25Mp,桩身旋喷搅拌进退次数为各一次,扩大头直径为650mm,扩大头的旋喷搅拌的进退次数为各二次,以保证扩大头的直径。水泥浆应拌和均匀,岁半随用,一次拌和的水泥浆应在初凝前用完,旋喷桩进退速度应严格控制在0.5m/min,范围内。
  此图为已建的六层砖混结构楼及开挖后的旋挖灌注桩图
  3.5.2 旋喷锚索内插钢绞线,应进入旋喷桩底,待旋喷索桩养护7天后张拉力锁定。
  3.5.3 旋喷锚索施工必须按照分段分层开挖,分层厚度必须与施工工况相结合且不大于2000mm,下层土开挖时,上层的旋喷锚索必须有7天以上养护时间并已张拉锁定。
  3.5.4 旋喷锚索桩钻孔前按施工图放线确定位置,做上标记,钻孔定位误差小于50mm,孔斜误差小于3。
  3.5.5 旋喷锚索桩径偏差不超过20mm,应严格按照设计桩长施工。
  3.5.6 钢绞线插入定位误差不超过30mm,底部标高误差不大于20cm。筋体应放在桩体的中心上,待旋喷锚索桩体养护7天以后,在钢绞线上旋加张力后锁定,使筋体与腰梁、锚具连接牢固。
  3.5.7 每根钢绞线由7根钢丝绞合而成,采用低松弛高强度钢绞线,fptk=1860Mp,fpy=1320Mp。钢绞线下料长度为设计长度加1米的千斤顶工作长度,桩外留1.0m,便于张拉。在做主体结构防水处理时,可将外露部分切去。
  3.5.8 锚头用冷挤法与锚盘进行锁定,旋喷锚索强度达到70%后方可进行张拉锁定。
  3.5.9 锚具采用QVM系列,锚具和夹具应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85-2002)。
  3.5.10 采用高压油泵和100吨穿心千斤顶进行张拉锁定。正式张拉前先用20%锁定荷载预张拉一次,再以50%、100%的锁定荷载分级张拉,然后超张拉至110%锁定荷载,在超张拉荷载下保持5分钟,观察锚头无位移现象后再按锁定荷载锁定。
  3.6 喷射混凝土施工的控制。①喷射混凝土中水泥、砂、石重量比为1:2.0:2.0,水灰比宜为0.4~0.5,石子粒径不宜大于12mm,在此施工中监理应控制好配合比及粒径。②喷射混凝土渗入水泥重量5%的速凝剂。③土钉墙段挂网Θ6.5@200×200,喷射混凝土厚100mm,钢筋网与一次喷射混凝土壁间隙20~30mm,钢筋网搭接长度应≥300mm,钢筋网与土钉连接牢固,钢筋保护层厚度不小于20mm。④喷射作业分段分片依次进行,应自上而下进行喷射作业。⑤坡面设置适当的泄水孔,采用Θ70mm,L=500mm的PVC管,外侧坡面为5%,水平间距2000mm。⑥基坑顶部设置1.0m的喷射混凝土护顶,局部砼喷至施工便道边缘。
  4 加强基坑周边的监测
  为准确判断基坑周边沉降、位移情况,委托第三方检测单位对基坑周边及已建的六层砖混楼进行沉降监测,尤其对AB段北侧六层砖混楼部位监测频次加密,做到每天一次,监测结果及时报送在建的建设、监理、施工单位,掌握基坑及砖混楼的外部变化情况,同时密切关注六层砖混楼内房屋的变形状况,有无墙体裂缝及沉降迹象,如发现沉降位移量达警域值时,撤离六层砖混楼内所有人员,确保人员的安全。   5 应急措施
  由于围护工程极为复杂,影响安全的因素多,必须事先分析可能出现的问题,并制定相应的应急预案,当出现下列情况时,应采取相应的措施:
  5.1 若土方开挖过程中出现局部坑壁位移过大,地面出现裂隙情况。应立即停止挖土施工,必要时回填土方,及时通知设计、建设等相关单位分析原因、研究对策,待查明原因并采取相应措施后方可继续开挖。
  5.2 若土方开挖至基坑底标高时支护结构监测数据已达报警值,应加快垫层底板施工进度,并将垫层和底板砼浇筑至支护边。
  5.3 若土方开挖至基坑底标高后发生土体隆起现象,应在被动区采取反压加固措施,并及时进行垫层及底板的施工。
  5.4 对于发生变形较大的区段,应及时御除相应区段基坑顶部的材料堆载,并合理按施工机械的停滞位置,控制支护结构变形的发展。如果支护结构变形大,并出现多道裂缝,应及时增加钢支撑。
  5.5 除大气降水外,地表浅层水量明显增多时,应首先查明水源,并进行修复、截断、改道或停用,当地面出现开裂时应及时采用水泥砂浆灌实,防止雨水渗入。
  5.6 如在坑底或坑壁发生局部渗漏现象,应及时用棉絮、快干水泥封堵并加引流管将水引出,但严禁流土。如果漏水流土严重,则坑内立即回填土方,坑外用压密注浆或喷浆桩堵漏。
  5.7 基坑开挖过程中密切关注基坑监测数据,并深入仔细分析判断,切实做到信息化施工。
  5.8 地面出现裂缝可灌入水泥砂浆,防止地表渗入增加坑壁压力,软化土体,裂缝周围地面水泥砂浆找平。
  5.9 放坡土钉墙段位移过大,可增加土钉,增加土钉的长度和密实,或采压用密注浆加固基坑侧壁土体。
  6 结语
  深基坑工程属重大危险源,一旦出现塌方或周边建筑的倒塌造成的损失重大,社会影响也相当严重,因此备受人们关注,加强对基坑支护施工中的质量控制,如何做好预控工作显得尤为重要,目前我们的安全管理还只是停留在防守型的层面,就基坑支护工程而言,首先从设计和方案入手,提高设计的安全系数,制定切实可行的施工方案和可靠的保障措施,安全措施费投入到位,危险部位加强监测和观测,以预防各类安全施工的发生,同时加强对操作人员的技术培训也是不可缺少的,本工程自旋挖灌注桩施工→土方开挖→土钉施工→旋喷锚索施工→喷射混凝土施工直至基坑内地下车库的施工出±0.00,基坑及基坑边已建的六层砖混结构办公楼未出现隐患和安全事故,这与正确的支护方案及支护施工中安全控制是分不开的。
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