剖析复杂环境下深基坑围护结构的方案与施工

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunnymurder
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  摘要:基坑施工的好坏直接影响到工程的工期和安全质量,对整个工程起着决定性的影响。本文分析工程基坑围护结构在复杂环境下的方案与施工,确保深基坑施工和毗邻建筑物的安全,保证了深基坑施工的进度、安全及质量要求。
  关键词:深基坑围护结构复杂环境施工技术
  
   惠州某商业楼工程,长116.6m,宽84.2m,单体建筑面积67445.88m2,其中,地上8层,建筑面积47427.66m2,地下2层,建筑面积20018.22m2,是集办公、购物于一体的大型商业建筑。该工程为框架结构,柱距8.4m×8.4m,基础埋深10.75m,局部11.5m,属于典型的深基坑工程。
  1、基坑工程的特点及难点
   (1)地质条件复杂。本工程拟建场地地层由第四系河流相冲积成因的粘土、粉质粘土组成,下伏燕山期侵入的闪长岩各风化带,自上而下可分为5层,依次为:①杂填土,层厚0.30~1.20m;②粘土,层厚1.80~3.20m;③粉质粘土,层厚2.50~5.90m;④强风化闪长岩,层厚3.00~8.00m;⑤中等风化闪长岩。
   另外,本工程地下水属第四系孔隙潜水,勘探期间测得地下水静止水位埋深2.5~3.2m
   (2)周围环境复杂。该基坑东北角为1栋原有5层建筑物,距离拟建工程基坑开挖线约1.6m,东侧为1排原有1层建筑物,距离拟建工程基坑开挖线约8.2m,南侧为1栋原有1层建筑物,距离拟建工程基坑开挖线8.2~10.2m,西侧为3栋原有2~3层建筑物,距离拟建工程基坑开挖线约2.9~3.9m,东北角为1栋6层建筑物(砖混结构),距离拟建工程开挖线约0.5~1.5m,地下水位埋深2.5~3.2m,具体情况如图1所示。
  
  
  
   图1基坑周边环境及平面
   (3)工期紧。本工程工期紧张,要求90天内完成基础与地下室主体结构施工.
   地质条件及周边环境复杂、建筑面积大、工期紧以及地下水位高,这些特点增加了本基坑工程施工的难度,因此,如何合理选择一个安全、经济、高效的深基坑围护结构方案,是本工程的重点和难点。
  2、围护结构方案比选
   针对本工程的实际情况,结合大型深基坑工程常用的围护结构形式,在本着方案科学合理、技术先进可行、工艺简单适用、措施保障得力、组织管理严密、计划详细实用的原则下,为确保工程质量、进度、安全及投资节省率,在方案设计阶段,对可行的两种方案进行了比较,见表1。方案的选择重点考虑以下内容:①如何有效解决上覆粘土下覆岩石条件下的深基坑支护及截水问题;②几乎无放坡开挖条件下的基坑围护体系、周边建筑物及地下管线的保护问题。
  表1两种围护结构方案比较
  
  
  
   经过讨论和测算,方案2比方案1可节约造价不少于30%,工期可以缩短28天以上.根据以上比较,综合考虑工期、成本和施工难易程度等因素,本工程最终采用了方案2:复合土钉墙+止水帷幕的支护方式。
  3、关键施工技术
   3.1止水帷幕
   本工程场区地下水位较高,且普遍存在杂填土、粉土及淤泥质黏土等软弱地层.在基坑降水过程中,由于地下水位降低引起地层沉降,进而会对邻近建筑物及周边市政管网等构筑物产生附加变形影响,因此,为减轻因基坑降水引起的附加沉降,本工程采取了在基坑外围设置止水帷幕,并在帷幕外进行地下水回灌的方案来确保基坑及周边环境的安全。
   3.1.1高压摆喷止水帷幕设计
   根据工程现场情况,在基坑北侧边坡、东侧边坡、南侧边坡及西侧局部边坡设置高喷止水帷幕进行基坑挡水,考虑到地质情况和帷幕设计深度,高压喷射采用摆喷(固结体为扇状)。
   (1)高喷止水帷幕结构采用30°摆喷,使高喷帷幕之间形成“焊接”式连接,高喷帷幕采用孔距1.2m.由于基坑北侧为该市1条排洪污水沟,土方试开挖时发现污水沟漏水,因此,在基坑开挖降水时,高压摆喷形成的止水帷幕,能有效延长北侧的排洪沟污水地下径流途径,并形成有效的防护体系,如图2所示。
  
  
  
   图2高压摆喷止水帷幕简图
   (2)高喷止水帷幕的主要参数选择。浆压:32~35Mpa;浆量:90L/min;水泥浆:密度大于1.40g/cm2;气压:0.7~0.8MPa;提速:15~20cm/min;摆速:15~20cm/min;摆角:30°;水泥用量:0.1~O.2t/m3。
   (3)根据场地水文地质条件、地层结构、季节对地下水位影响等因素,高喷止水帷幕设计深度为17.0m,帷幕上标高为-2.0m,帷幕高度15.0m
   3.1.2高噴止水帷幕施工
   为防止井孔被泥阻塞,造孔完成后应立即用尼龙袋封堵。下管前需先进行地面水气试喷,各项工艺参数符合设计要求后方可下管。下管前为防止水气喷嘴堵塞,可用胶布包扎,喷嘴可边送浆边下管,待下管深度到达要求后方可喷射施工。下管过程中若遇特殊情况,如水压过高、喷嘴堵塞等,应立即停止下管,将喷管提出地面,处理完毕后再工作。制浆过程中应随时测量浆液比重,若浆液比重偏低,应随即加大水泥量,工作结束后,要统计该孔的材料用量,并核实是否符合技术要求。喷射结束后,随即在喷射孔内进行静压充填灌浆,回灌间隔时间不大于30min,直至浆液面不下沉为止。同时,应及时将各管路冲洗干净,不得留有残渣,以防堵塞,特别是输浆系统要冲洗干净,直至管路中出现清水为止,再移动高喷台车进行下个孔的喷射。布包扎,喷嘴可边送浆边下管,待下管深度到达要求后方可喷射施工.下管过程中若遇特殊情况,如水压过高、喷嘴堵塞等,应立即停止下管,将喷管提出地面,处理完毕后再工作。喷射结束后,随即在喷射孑L内进行静压充填灌浆,回灌间隔时间不大于30min,直至浆液面不下沉为止。同时,应及时将各管路冲洗干净,不得留有残渣,以防堵塞,特别是输浆系统要冲洗干净,直至管路中出现清水为止,再移动高喷台车进行下个孔的喷射。
   3.2基坑降水
   本工程基坑开挖深度约11m,根据地质勘查报告,基坑开挖可不考虑承压水突涌的影响,因此,本工程采用管井进行基坑的预降水。根据理论计算,本工程共设计24眼降水井,其中,沿基坑周边布置21眼,基坑内布置3眼。基坑内降水井设置在大跨度开间的房心处,避开柱基、墙基。
   开挖后,根据基坑内出水情况,在基坑底四周设盲沟,盲沟宽50cm,深30cm,盲沟内用石子回填10~20mm厚,以利于排除地下残留水、降雨及施工积水。盲沟与集水井相连,集水井明水通过软管连接至汇水总管,中间井排水利用φ45mm软管引至最近的汇水总管。通过汇水总管引水至沉淀池,地下水经沉淀后排人出水口。
   本工程基坑开挖采用管井降水方案,降水效果十分显著,基坑中的3眼降水井挖到设计标高后井中水位已经不影响施工,全部撤掉;清槽过程中发现基坑中存在岩层裂隙水,根据方案要求在跨中设置盲沟排水,为后序工作扫清了障碍。在土方开挖、运输过程中没有发生带水外运现象,没有出现因为降水不利导致土方停工现象,深井降水即经济又实用,为确保工程总工期提供了保障。
   3.3基坑回灌
   为避免基坑降水对周边建筑物产生影响,在土方开挖至地下水位后,本工程在基坑外侧设置回灌井补充地下水,以保持周边建(构)筑物的地下水稳定。回灌方法采用在汇水总管上焊接出水管,通过软管直接引水至回灌井。在软管的端头设置水龙头用来控制回灌水流量,本工程在施工过程中,沿基坑止水帷幕外侧设置了13眼回灌井,确保了基坑周围环境地下水的稳定,进而保障了周围建筑物及管线的安全和稳定。
   本工程回灌井基本参数:井径φ600mm,井管径φ500mm;井深8m;井距26.0~30.0m。
   3.4边坡支护
   根据本工程的开挖深度、土层情况及周边建筑物情况,该工程基坑边坡支护采用复合土钉墙支护方案。
   3.4.1复合土钉墙支护设计
   边坡放坡系数按1:0.2设计。沿边坡自上而下设置3道非预应力锚杆(局部基础埋深在11.5m时设置4道非预应力锚杆),1道预应力锚杆。锚杆倾角10~15°。锚杆成孔直径150mm,孔内注入M10水泥砂浆,注浆压力0.25~0.5MPa.各层锚杆长度及位置如表2所示。
   表2各层锚杆长度及位置
  
  
  
   预应力锚杆锚头由混凝土冠梁(250mm×l50mm)、钢垫板(150mm×150mm×10mm)和施加90kN预应力的单孔锚具构成.非预应力锚杆锚头是由锚杆杆体弯勾与加强钢筋构成,锚头做法如图4所示。
  
  
  
   图4锚头大样
   钢筋网采用φ6.5@250×250双向布置,现场绑扎成型,钢筋网距边坡土面3cm.边坡顶部钢筋网外翻2m作为顶部防渗层.喷射混凝土强度等级为C20,厚80mm。M1O水泥砂浆配比为:水泥:砂=1:0.3;C20喷射混凝土配比为:水泥:砂:石子=1:2:2。
   3.4.2复合土钉墙施工
   土方开挖必须紧密配合边坡支护施工,采用分层、分段开挖支护的施工方法,两者协同工作,支护完成后,方可进行下层土的开挖,严禁超挖。支护时应严格控制预应力锚杆的张拉时间,严禁提前张拉。
  4、变形观测及应急措施
   由于本工程周围环境对基坑变形的要求较高,基坑安全等级为一级,因此,从降水施工开始就必须对周边f临近建筑物的沉降进行观测,并及时将有关沉降观测资料反馈给基坑工程施工及设计人员,做好预警措施,以确保周围建筑物的安全。
   4.1观测点布置
   根据本工程的基坑长度,侧向位移观测点布置在边坡坡顶混凝土上:沿基坑周边每15m布置1个观测点,共布置观测点28个;沉降观测点布置在建筑物的4个对角上,仅对东北角的5层砖混住宅和西侧的(2层、3层)砖混建筑物进行观测;水准点(控制点)是各观测点的基准点,一定要选在相对固定的稳定的位置,本工程水准点设置在城市道路路沿石边缘处,共布置6个观测点,该商业楼的沉降观测同样使用本水准点。
   4.2基坑变形监测控制值
   本工程的基坑安全等级为一级,根据表3中的基坑变形监控值进行控制。
   表3基坑变形监控值Ⅲ
  
  
  
   4.3应急措施
   为确保施工安全和土方开挖的顺利进行,应随时做好出现各种情况的应急措施。
   (1)土方开挖期间,设专人定期检查基坑变形情况,发现问题以便及时处理。
   (2)雨期施工时应配备足够的排水设备,并安排专人负责排水,防止雨水浸泡土方引起塌方现象。
   (3)分段、分层开挖土方,随开挖随支护,防止塌方现象出现。
   (4)现场要有注浆设备和导管,发现岩层裂隙水时应随时堵漏或导水。
   4.4观测结果评价
   从基坑降水、土方开挖至土方回填完成,基坑边坡最大位移观测值达到2.5cm(北侧正门处,疑为车辆频繁经过造成),在基础、地下室施工过程中未出现塌方现象,建筑物最大沉降观测值不足8mm。这些变形值均远远低于基坑变形的监控值,因此,本工程采用的基坑围护结构方案,是安全可靠的,有效保障了周围建筑物的安全性,为后续工程的顺利施工奠定了基础。
  5、结束语
   施工检测结果显示,该基坑工程从降水、开挖到基坑回填完成,各项指标均符合设计和规范要求,保证了工程安全和工期。通过对该深基坑工程的施工方案及施工技术进行分析,可以得出以下施工经验,为今后类似工程提供借鉴。
   (1)合理选择止水帷幕结构。本工程的实践证明,对于工期紧、施工场地狭小、基坑面积大、开挖较深的整体式地下室,选择合理的围护挡水结构是保证基坑施工安全的第一步。本工程采用高压喷射摆喷止水帷幕,并结合帷幕外侧回灌,较好地保证了周围建筑物、管线的安全以及基坑工程各个后续工作的顺利进行。
   (2)合理选择边坡支护形式.深基坑边坡支护及降水工作直接影响到工程的安全、成本及工期。本工程考虑到周围环境的复杂性,采用的复合土钉墙施工方法,经实践证明确实是安全、经济、高效的。
  
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