深基坑工程联合支护应用分析

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  【摘 要】本文通过工程实例,介绍了在基坑与已有建筑相邻甚近,影响基坑正常支护、施工的情况下,护坡桩及桩间土钉联合支护技术在工程中应用的设计、施工、监测要点。
  【关键词】深基坑;联合支护
  Deep excavation combined support application analysis
  Jiang Bin
  (Handan City in the engineering survey LLC Handan Hebei 056000)
  【Abstract】Through engineering example, introduced under the pit and adjacent to the existing building is very close to the normal effects of excavation support, construction of circumstances, among piles and piles of soil slope Nailing technology applications in engineering design, construction monitoring points.
  【Key words】Deep excavation;Combined Support
  1. 工程概况
  1.1 工程条件。某工程基坑埋深为19.15m~22.05m,周边管线较多,东北角与现有建筑相邻较近,最近处结构间距离仅8.0m,现有建筑埋深为18.50m,且设有基础桩,另外,拟建建筑的结构外两米为现有围墙,此围墙不能拆除,围墙以下约一米为污水管线。以上情况严重影响基坑的正常支护、施工,需采取针对性的特殊支护体系,以确保基坑的正常开挖及现有建筑的安全稳定。
  1.2 地质及水文情况。根据地勘报告,场地地形基本平坦,场地影响基坑开挖的地层主要分布如下:表层为粘质粉土填土、粉质粘土填土①层及房渣土①1层,平均厚度约3.50m,人工堆积层以下为新近沉积的粘质粉土、砂质粉土②层;粉质粘土、粘质粉土②1层;粉质粘土、粘质粉土③层;粉质粘土、粘质粉土④层;粘质粉土、砂质粉土⑤层;粘质粉土、砂质粉土⑥1层;粉质粘土、粘质粉土⑥层;粉砂、细砂⑦1层;圆砾、卵石⑦层。
  2. 支护方案的设计
  2.1 支护方案的选择。
  2.1.1 基坑支护结构选择的基本依据有基坑开挖深度;基坑范围的工程地质及水文地质情况;荷载情况;周边环境条件;各种支护结构的适用范围及技术特点;基坑地下水处理方法等等[1]。根据本工程周边情况及工程水文地质情况,除东北角外,其余坡段采用四米挡土墙+桩锚支护、六米土钉墙+桩锚支护的正常支护形式,东北角考虑围墙与结构线间距离、结构与现有建筑间距离及管线情况、地质情况、基坑坑深及已有建筑工程桩的影响,需采取特殊措施确保边坡及现有建筑的安全稳定,另外,由于此坡段有污水管线,所采取的支护措施必须控制坡顶位移,避免位移过大影响管线的安全,此坡段亦是本文要阐述的重点。
  2.1.2 在基坑支护中,土钉墙、复合土钉墙、悬臂桩、护坡桩+预应力锚杆、地连墙+预应力锚杆、双排桩是常见支护形式,但此坡段存在以下特殊性:(1)结构间的土体宽度有限;(2)拟开挖基坑及现有建筑埋深均较深;(3)地面下约一米有污水管线;(4)现有建筑下设有工程桩;(5)围墙与拟建结构间距离仅两米。根据以上情况,常规支护方式均不能满足设计、施工要求,无可实施性。
  2.1.3 经综合考虑,分析具体情况及不同支护形式的特点,拟采取大直径桩(1200@1800)+桩间土钉(花管)+角撑的支护形式,其有以下几个特点:(1)桩径较常规桩径大,间距密,可增强支护体系的整体刚度。(2)桩间净距为600mm,一是有利于桩间土的稳定,二是亦可增强支护体系的整体稳定性。(3)土钉主材可采用花管形式,桩间花管注浆使原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体,并使土体的内摩擦角和粘聚力至少提升20%,增加了土体的抗剪强度,提高了土体的自稳能力;另外,花管注浆使松散土体胶结成一个整体,浆液的结石体可起骨架支撑的作用,使地面更不易于沉降,更有利于管线的保护。(4)在阴角位置设置609mm直径钢管的角撑,角撑可有效控制桩顶位移,确保管线及现有建筑的安全稳定。(5)其支护形式在有限的条件下具可实施性,能确保基坑的正常开挖及现有建筑物、管线的绝对安全稳定。
  2.2 具体支护设计。经分析后,东北侧采用1200@1800护坡桩+桩间花管土钉+609钢管角撑的支护形式。具体设计参数如下:
  2.2.1 桩间花管土钉技术参数自地面以下按竖向间距1.5m共设置十一道土钉,主筋为40钢管,长6.8m,横向间距为1.8m,土钉倾角为10度,孔径为100mm。
  2.2.2 桩间护壁。桩间挂6.5@200×200钢筋网,每排土钉横向设置一根20通筋,通筋与土钉主筋端部以“L”型焊接牢固,然后喷射素混凝土(厚约80~100mm),混凝土配合比为水泥:砂:石=1:2:2,强度达到C20。
  2.2.3 角撑技术参数。角撑采用609钢管,壁厚16cm,竖向设置在地面以下6m位置,支撑预加力为450KN。
  3. 支护施工要点
  在施工过程中做到动态设计,信息化施工,及时调整各设计参数和施工工艺,确保基坑支护优质高效。
  3.1 护坡桩施工。护坡桩施工采用旋挖钻成孔、泥浆护壁、水下灌注成桩工艺:
  3.1.1 合理布置施工现场。清理场地内影响施工的障碍物,低洼处用粘土回填,达到“三通一平”,挖好泥浆循环池。
  3.1.2 测量放线。钻孔前使用全站仪采用逐桩坐标法施放桩位点,放样后四周设护桩并复测,误差控制在5mm以内,待甲方或监理验收合格后方可进行成孔施工。   3.1.3 设置护筒。定出十字控制桩后,可采用钻机进行开孔钻进取土,钻至设计深度,进行护筒埋设,护筒宜采用10mm以上厚钢板制作,护筒直径应大于孔径200mm左右,护筒的长度视地层情况合理选择。护筒顶部应高出地面200mm左右,周围用粘土填埋并夯实,护筒底应坐落在稳定的土层上,中心偏差不得大于50mm。测量孔深的水准点,用水准仪将高程引至护筒顶部,做好记录。
  3.1.4 钻机就位。要求地耐力不小于100KPa,履盘坐落的位置应平整,坡度不大于30,避免因场地不平整,产生功率损失及倾斜位移,重心高还易引发安全事故。因桩位邻近既有建筑物、地下管线,施工时采取间隔成桩的施工顺序,对混凝土灌注桩,在混凝土终凝后,再进行相邻桩的成孔施工[2]。
  3.1.5 旋挖钻进。当钻机就位准确,泥浆制备合格后即开始钻进,钻进时每回次进尺控制在60cm左右,刚开始要放慢旋挖速度,并注意放斗要稳,提斗要慢,特别是在孔口5~8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度,如有偏差及时进行纠正,而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆,使孔内水头保持一定高度,以增加压力,保证护壁的质量。
  3.1.6 清孔。因旋挖钻用泥浆不循环,在保障泥浆稳定的情况下,清除孔底沉渣,一般用双层底捞砂钻斗,在不进尺的情况下,回转钻斗使沉渣尽可能地进入斗内,反转,封闭斗门,即可达到清孔的目的。
  3.1.7 钢筋笼制作及吊放。应符合设计要求,钢筋笼存放场地应平整,钢筋笼应先进行隐蔽工程验收方能下放,下放时应保证钢筋笼顺直,严禁摆动碰撞孔壁,就位后焊制定位钢筋。吊放钢筋笼入孔时,应对准孔位轻放慢放入孔,遇阻碍要查明原因,进行处理,不得强行下放。针对该工程,钢筋笼在下放过程中,可能会出现钢筋笼遇阻或下不到底的现象,主要因素及应对措施如表1。
  3.1.8 二次清孔。将头部带有1m长管子的气管插入导管内,气管底部与导管底部最小距离2m,压缩空气从气管底部喷出,如能使导管底部在桩孔底部不停的移动,就能全部排出沉渣,对深度不足10m的桩孔,须用空吸泵清渣。灌注混凝土前的孔底沉渣厚度应满足要求。
  3.1.9 灌注水下混凝土。配制的混凝土强度等级必须满足设计要求,并应具备良好的和易性。开始灌注混凝土时,为使隔水栓顺利排出,导管底部至孔底的距离宜为30~50cm,使导管一次埋入混凝土面下1.0m以上,灌注过程中导管埋深宜为2~6m,严禁将导管提出混凝土面,设专人测导管埋深及管内外混凝土液面高差。混凝土必须连续灌注,灌注的桩顶标高应预加一定的高度,一般应比设计高出50~100cm,预加高度可于基坑开挖后凿除,凿除时候应防止损坏桩身。处于地面及桩顶以下的钢护筒,可在砼灌注完毕提起,在提起过程中,要防止提起过快过猛,造成填土杂物或淤泥夹入砼,影响桩身质量。灌注完毕后,整理冲洗现场,清除设备、工器具上的砼积物。
  3.2 桩间土钉花管施工。
  桩间土钉花管施工流程为:
  3.2.1 测量放线。根据基坑支护方案测量放出开挖线,用白石灰撒在现场。
  3.2.2 开挖工作面,修整边坡基坑边坡应分段分层开挖,采用反铲挖土机,预留10cm~20cm人工修坡,开挖深度在土钉孔位下50cm,边开挖边人工修整边坡。人工修整坡时,坡面不平整度≤20mm。
  3.2.3 土钉成孔。土钉成孔前,应按设计要求定出孔位并作出标记和编号。成孔过程中遇有障碍需调整孔位时不得损害支护原定的安全程度。成孔过程中应做好成孔记录,按土钉编号逐一记载取出的土体特征、成孔质量、事故处理等。应将取出的土体与初步设计时所认定的加以对比,发现有较大偏差时需及时反馈修改锚杆的设计参数。
  3.2.4 花管安设。花管置入孔中前,应先设置定位架,保证花管处于钻孔的中心部位,支架沿钉长的间距约为2~3m左右,支架的构造应不妨碍注浆时的浆液自由流动。支架可为金属或塑料件。
  3.2.5 注浆。在孔口外设置止浆塞并旋紧,使其与孔壁紧密贴合。由止浆塞上将注浆管插入注浆口,深入至孔底以上0.5~1.0m处。
  3.2.6 编网。此坡段桩间护壁考虑其安全性要求高,拟采用钢筋网片支护形式,钢筋网片用6.5的盘条加工而成,网格规格为200×200mm,允许误差10mm。可用焊接或绑扎而成,搭接长度不小于一个网格边长。
  3.2.7 喷射混凝土。在喷射混凝土前,面层内的钢筋片应牢固固定在边壁上并符合规定的保护层厚度要求。钢筋片可用插入土中的钢筋固定,在混凝土喷射下应不出现振动。喷射混凝土强度为C20,粗骨料最大粒径不宜大于12mm,水灰比不宜大于0.5。
  3.2.8 当花管注浆体、面层喷射混凝土强度达到设计强度的75%左右时,开挖下一阶边坡坡面,重复上述步骤,逐阶施工到坡底,形成完整的土钉支护体系[3]。
  4. 施工监测
  4.1 本坡段因与已有建筑相邻甚近,且有管线,故边坡安全要求甚高,最大位移不能超过1cm,为确保基坑支护结构的稳定和安全,保护周围环境,从基坑土方开挖时,进行全过程动态监测,实行信息化施工。除施工单位自行需定期监测外,甲方还应聘请了第三方监测单位对基坑周边进行精准专业监测,监测项目包括基坑支护结构监测和周围环境监测,支护结构监测包括水平位移及沉降观测两部分,周围环境监测主要是对已有建筑及管线的沉降监测。此坡段沿支护坡顶共布置了8个监测点,监测工作贯穿于基坑工程和地下工程施工全过程[4],即从基坑开挖时开始,至地下室工程施工完成,基础回填后结束。基坑开挖期间每1d观测1次,开挖至槽底后每3d观测一次,底板施工完毕后至基础回填结束每15d观测一次,观测期间观测值均未超出预警值,最大位移值为7mm。
  4.2 另外,在已有建筑上共布置了6个沉降观测点,该楼整体建筑平均累积沉降量2.91mm,沉降量不大,最后一次观测时沉降速度为0.00mm/d,已达到《建筑变形测量规范》(JDJ8-2007)中建筑物稳定标准:即沉降速度小于(1mm/100d),相邻建筑物已趋于沉降稳定状态。
  5. 结语
  本工程案例验证了护坡桩加桩间花管土钉注浆对处理类似情况的有效性,可作为类似条件下项目的支护参考。
  参考文献
  [1] 建设部,地基基础设计施工手册,中国建筑工业出版,2003.
  [2] 建设部,JGJ120-2012,建筑基坑支护技术规程,中国建筑工业出版,2012.
  [3] 建设部,岩土工程治理手册,中国建筑工业出版,2005.
  [4] 建设部,GB50497-2009,建筑基坑工程监测技术规范,中国建筑工业出版2009.
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