摘 要:如今的建筑高度越来越高,其埋置深度也就越深。深基坑的护壁不仅要求保证基坑内的作业安全,而且要防止基坑及坑外土体移动。本文结合工程实例,对深基坑支护技术及质量控制进行探讨。
关键词:深基坑;土钉;支护技术;质量控制
深基坑支护工程虽属临时性工程,但其技术复杂性,有的却远甚于永久性的基础结构或上部结构,稍有不慎,不仅将危及基坑本身安全,还会殃及临近的构筑物和各种地下设施,造成巨大损失。而且深基坑开挖的区域是将来地下结构施工的区域,因此,基坑支护工程是保障深基础顺利施工的关键。必须保证深基坑支护工程的质量,才能给地下结构和上部结构的施工创造一个良好的条件,进而保障整幢建筑物的工程质量。
1 工程概况
某工程是地下一层,采用独立基础加筏板形式,基坑大面积设计开挖深度-6.8m,基坑西北、西南角局部开挖深度达到-8.2m,基坑内4个电梯井部位最大开挖深度达到-9.9m,开挖土方量>30000m3。
本工程侧壁重要性安全系数为1.0,基坑安全等级为二级,基坑支护的土层由素填土、淤泥质土、粉质粘土、残积砂质粘土组成。因场地有限不能进行过大的放坡施工,本基坑设计为土钉支护。地质报告显示,地下水位较高,平均水位-2.3m,对土层稳定性威胁很大,必须进行有效的边坡支护。深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定,而且要满足变形控制要求,以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全。
2 支护方案的选择
基坑设计原则是力求达到安全和经济的和谐统一,同时贯彻基坑支护“动态设计、信息施工”的原则,力求作到设计合理,施工方便。该工程设计采用土钉墙支护结构,它是通过对原位土体加固、充分利用原位土体的自稳能力来达到支护作用,因而能大幅度降低支护造价,一般比桩墙式支护结构节约费用30%～60%,而且施工工期短,支护方式具有稳定可靠、施工简便、工期短、效果较好、经济性好等优点。
由于该支护是边开挖边支护,分层开挖、分层支护,所以,要求土方开挖必须与支护施工密切配合,做到开挖一层、支护一层,严禁超挖,土方按护坡挖土技术交底开挖并修坡,应保证坡面平整。为保证护壁与边坡的整体稳定性,整个基坑边坡由上至下全部采用土钉墙锚杆护壁。
考虑到施工场地的条件限制,经采用同济大学的“深基坑支挡结构分析计算软件FRWSv4.0”进行计算验证,用土钉墙对该基坑进行支护是完全可行的,但根据基坑四周环境及开挖深度,需采用不同的剖面形式。放坡角度取70°(水平面与斜坡面夹角),普通水泥砂浆土钉,孔径φ100mm,土钉倾角为20°,内配1根φ18mm的Ⅱ级钢筋,水平间距1800mm,成梅花状布置。面层混凝土板墙厚度为100mm,强度等级为C��20�,内配φ6×200mm双向钢筋网,有土钉处沿横向配置2φ14mm加强筋,纵向配置2φ16mm,L=200mm。
3 施工工艺
3.1 施工工艺流程
深基坑支护的施工工艺流程为:土方开挖→基坑边坡修整→放点→成孔(钻孔)→放入锚筋及注浆管→注浆→设置泄水孔→墙面布筋→喷射混凝土→养护。
3.2 钻机定位、成孔
成孔设备采用两套MGJ-50型回转式钻孔机,为了满足土钉施工倾角的需要,对钻机进行了配套改造。基坑采用分层开挖的方式,挖完第1层后,设备立即进场进行土钉施工,以免土坡暴露时间过长。
3.3 土钉锚钉的安装与孔内注浆大部分土钉为φ18mm钢筋,长度L=7000～9000mm。
孔内注浆采用水泥浆灌注,胶结材料为P•O32.5水泥,水灰比W/C=0.45～0.55,采用气压式注浆方式,将注浆导管底端插入孔底后开始注浆,待孔口溢出水泥时将导管缓慢撤出,边拔边注浆,以保证孔中气体全部逸出,直至全孔注满浆液为止。
3.4 锚固端处理与喷射混凝土板墙
布置完面层钢筋网后,先在距锚钉端头200mm处穿孔塞焊1块150mm×150mm×8mm的钢板,然后在钢板外侧锚钉端部两侧沿锚钉长度方向焊3根φ12mm长150mm的加强筋,使所有的土钉连接成一个整体。喷射混凝土配合比(质量比)为:水泥:豆石:中砂=1∶2∶2,内掺速凝剂及早强剂,要求混凝土强度等级C��20�以上。
喷射前,先在边壁面上垂直打入短钢筋段作为标志,以保证施工时喷射混凝土厚度达到规定值。100mm厚的板墙分两次喷射,每次厚度控制在50～60mm;120mm厚的板墙分3次喷射,每次厚度控制在40～50mm。在进行下一步喷射混凝土作业时,要仔细清除预留施工缝结合面上的浮浆层和松散碎屑,并喷水潮湿,待混凝土终凝2h后,喷水养护5-7d。
3.5 排水系统的设置
在基坑外构筑排水沟,水流至西南面的沉沙井后排入市政管网。土钉注浆完成后,在基坑侧面插入长度为500mm、直径为60mm的UPVC排水管,使其外端伸出支护混凝土板墙50～60mm,管内填碎石作为滤水层,以利于混凝土板墙后的积水排出。
4 质量控制措施
按照设计施工图要求,并结合现场实际情况,每层土方的开挖深度2.2M。分四层开挖完成。并在距离坡顶面1.9M的位置布置第一排土钉杆。见图1剖面图所示。
为确保施工后工程土钉的强度能达到设计要求Ta=68~177KN,在第一批施工完成的土钉孔原位达到28天的强度后作相应的抗拔试验。实验结果满足设计要求,土质条件符合地质勘查报告要求。再次证实原编制施工方案的可行性,并作如下布置。
(1)认真制定支护技术方案,做好施工人员的技术交底,使其明确施工工艺、技术要领和质量标准。
(2)对锚杆的安装、注浆、喷混凝土、焊接等关键工序,实行工程技术人员跟班作业,以确保质量符合设计要求。
(3)基坑必须分层分段开挖,每层开挖深度限制在锚杆排距加上30cm,随开挖随支护,开挖深度要根据图纸设计要求进行复核。
(4)凿孔。钻孔前,采用经纬仪、水准仪、钢卷尺等进行土钉放线,以确定钻孔位置,土钉布孔距允许偏差为±50mm;成孔采用锚杆钻机,成孔中严格按操作规程钻进,孔径允许误差为±10mm,钻孔偏斜度≯30%,孔深允许偏差为±50mm。终孔后,应及时安设土钉,以防止塌孔。
(5)挂钢筋网。网格允许误差为±20mm,经、纬筋搭接点用扎丝扎牢。
(6)土钉制作。严格按设计材径、长度下料,误差允许值为±20mm,稳中架按间距1.5m焊牢,整个过程必须严格按照图纸施工。
(7)土钉安装。安装前进行锚杆长度复核、验收,安放时应避免杆体扭压、弯曲,注浆管与土钉锚杆一起放入孔内,注浆管应插至距孔底250～500mm。为保证注浆饱满,在孔口部位设置浆塞及排气管,D48mm钢花管土钉直接注浆。
(8)注浆液。严格按设计要求的水灰比W/C=0.45～0.55配料,搅拌均匀。
(9)注浆作业。按照设计要求,注浆采用水灰比W/C=0.45～0.55的纯水泥浆,水泥为P•O32.5水泥。注浆压力控制在0.3～0.8MPa之间,并根据试验锚杆情况由设计单位确定注浆技术与质量要求。注浆前,将孔内残留或松动的土清理干净,注浆开始后若中途停顿须≯30min,待孔口稍有溢流现象时即堵口封死。
(10)喷混凝土。严格按设计要求的比例配料并搅拌均匀,喷混凝土时要垂直于层面喷。喷射作业应分段分片依次进行,同一分段喷射顺序应自下而上。注意观察料的水量和回弹情况,及时调整喷浆水量和喷浆距离,并抽检混凝土试块。严格掌握喷射混凝土厚度,表面平整度要求±30mm。喷混凝土前,埋设好喷射混凝土厚度的标志,由专人负责检查土钉制作、注浆、挂网等质量是否符合设计要求,下达喷混凝土指令后方能开始喷浆作业。
(11)降雨量过大引起基坑坍塌的预防措施。在土方开挖前应做好基坑边坡的排水措施,在边坡顶面距离边坡600设置环形的排水沟,使地面水流通过水沟及时排除基坑外。同时基坑的积水用水泵及时抽至坡面排水沟排出,并保持其畅通。
(12)基坑开挖过程中的监测及监控要求。采用信息化施工,及时掌握边坡支护结构的稳定状况及变化。监测前,编制系统的监测实施方案并在施工中严格按监测方案执行。要求边坡顶每隔15-20m设置1个观测点,施工期间每天测1次,雨水过后测1次,施工完毕且监测数据稳定后每周测1次。施工14d后进行拔出破坏试验。
5 结束语
深基坑支护工程是近年来随着城市高层建筑的发展越来越普遍,基坑的支护不断创新,其理论还有待于不断完善。如何选取一种在经济、技术上都合理的支护类型,还必须充分考虑施工现场的环境、工程地质条件以及具体的工程要求。
参考文献
[1]王广超.复合支护结构在基坑支护中的应用[J].探矿工程:岩土钻掘工程,2008,35(3).49-51.
[2]建筑基坑支护技术规程[S].JGJ l20-99.
关键词:深基坑;土钉;支护技术;质量控制
深基坑支护工程虽属临时性工程,但其技术复杂性,有的却远甚于永久性的基础结构或上部结构,稍有不慎,不仅将危及基坑本身安全,还会殃及临近的构筑物和各种地下设施,造成巨大损失。而且深基坑开挖的区域是将来地下结构施工的区域,因此,基坑支护工程是保障深基础顺利施工的关键。必须保证深基坑支护工程的质量,才能给地下结构和上部结构的施工创造一个良好的条件,进而保障整幢建筑物的工程质量。
1 工程概况
某工程是地下一层,采用独立基础加筏板形式,基坑大面积设计开挖深度-6.8m,基坑西北、西南角局部开挖深度达到-8.2m,基坑内4个电梯井部位最大开挖深度达到-9.9m,开挖土方量>30000m3。
本工程侧壁重要性安全系数为1.0,基坑安全等级为二级,基坑支护的土层由素填土、淤泥质土、粉质粘土、残积砂质粘土组成。因场地有限不能进行过大的放坡施工,本基坑设计为土钉支护。地质报告显示,地下水位较高,平均水位-2.3m,对土层稳定性威胁很大,必须进行有效的边坡支护。深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定,而且要满足变形控制要求,以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全。
2 支护方案的选择
基坑设计原则是力求达到安全和经济的和谐统一,同时贯彻基坑支护“动态设计、信息施工”的原则,力求作到设计合理,施工方便。该工程设计采用土钉墙支护结构,它是通过对原位土体加固、充分利用原位土体的自稳能力来达到支护作用,因而能大幅度降低支护造价,一般比桩墙式支护结构节约费用30%～60%,而且施工工期短,支护方式具有稳定可靠、施工简便、工期短、效果较好、经济性好等优点。
由于该支护是边开挖边支护,分层开挖、分层支护,所以,要求土方开挖必须与支护施工密切配合,做到开挖一层、支护一层,严禁超挖,土方按护坡挖土技术交底开挖并修坡,应保证坡面平整。为保证护壁与边坡的整体稳定性,整个基坑边坡由上至下全部采用土钉墙锚杆护壁。
考虑到施工场地的条件限制,经采用同济大学的“深基坑支挡结构分析计算软件FRWSv4.0”进行计算验证,用土钉墙对该基坑进行支护是完全可行的,但根据基坑四周环境及开挖深度,需采用不同的剖面形式。放坡角度取70°(水平面与斜坡面夹角),普通水泥砂浆土钉,孔径φ100mm,土钉倾角为20°,内配1根φ18mm的Ⅱ级钢筋,水平间距1800mm,成梅花状布置。面层混凝土板墙厚度为100mm,强度等级为C��20�,内配φ6×200mm双向钢筋网,有土钉处沿横向配置2φ14mm加强筋,纵向配置2φ16mm,L=200mm。
3 施工工艺
3.1 施工工艺流程
深基坑支护的施工工艺流程为:土方开挖→基坑边坡修整→放点→成孔(钻孔)→放入锚筋及注浆管→注浆→设置泄水孔→墙面布筋→喷射混凝土→养护。
3.2 钻机定位、成孔
成孔设备采用两套MGJ-50型回转式钻孔机,为了满足土钉施工倾角的需要,对钻机进行了配套改造。基坑采用分层开挖的方式,挖完第1层后,设备立即进场进行土钉施工,以免土坡暴露时间过长。
3.3 土钉锚钉的安装与孔内注浆大部分土钉为φ18mm钢筋,长度L=7000～9000mm。
孔内注浆采用水泥浆灌注,胶结材料为P•O32.5水泥,水灰比W/C=0.45～0.55,采用气压式注浆方式,将注浆导管底端插入孔底后开始注浆,待孔口溢出水泥时将导管缓慢撤出,边拔边注浆,以保证孔中气体全部逸出,直至全孔注满浆液为止。
3.4 锚固端处理与喷射混凝土板墙
布置完面层钢筋网后,先在距锚钉端头200mm处穿孔塞焊1块150mm×150mm×8mm的钢板,然后在钢板外侧锚钉端部两侧沿锚钉长度方向焊3根φ12mm长150mm的加强筋,使所有的土钉连接成一个整体。喷射混凝土配合比(质量比)为:水泥:豆石:中砂=1∶2∶2,内掺速凝剂及早强剂,要求混凝土强度等级C��20�以上。
喷射前,先在边壁面上垂直打入短钢筋段作为标志,以保证施工时喷射混凝土厚度达到规定值。100mm厚的板墙分两次喷射,每次厚度控制在50～60mm;120mm厚的板墙分3次喷射,每次厚度控制在40～50mm。在进行下一步喷射混凝土作业时,要仔细清除预留施工缝结合面上的浮浆层和松散碎屑,并喷水潮湿,待混凝土终凝2h后,喷水养护5-7d。
3.5 排水系统的设置
在基坑外构筑排水沟,水流至西南面的沉沙井后排入市政管网。土钉注浆完成后,在基坑侧面插入长度为500mm、直径为60mm的UPVC排水管,使其外端伸出支护混凝土板墙50～60mm,管内填碎石作为滤水层,以利于混凝土板墙后的积水排出。
4 质量控制措施
按照设计施工图要求,并结合现场实际情况,每层土方的开挖深度2.2M。分四层开挖完成。并在距离坡顶面1.9M的位置布置第一排土钉杆。见图1剖面图所示。
为确保施工后工程土钉的强度能达到设计要求Ta=68~177KN,在第一批施工完成的土钉孔原位达到28天的强度后作相应的抗拔试验。实验结果满足设计要求,土质条件符合地质勘查报告要求。再次证实原编制施工方案的可行性,并作如下布置。
(1)认真制定支护技术方案,做好施工人员的技术交底,使其明确施工工艺、技术要领和质量标准。
(2)对锚杆的安装、注浆、喷混凝土、焊接等关键工序,实行工程技术人员跟班作业,以确保质量符合设计要求。
(3)基坑必须分层分段开挖,每层开挖深度限制在锚杆排距加上30cm,随开挖随支护,开挖深度要根据图纸设计要求进行复核。
(4)凿孔。钻孔前,采用经纬仪、水准仪、钢卷尺等进行土钉放线,以确定钻孔位置,土钉布孔距允许偏差为±50mm;成孔采用锚杆钻机,成孔中严格按操作规程钻进,孔径允许误差为±10mm,钻孔偏斜度≯30%,孔深允许偏差为±50mm。终孔后,应及时安设土钉,以防止塌孔。
(5)挂钢筋网。网格允许误差为±20mm,经、纬筋搭接点用扎丝扎牢。
(6)土钉制作。严格按设计材径、长度下料,误差允许值为±20mm,稳中架按间距1.5m焊牢,整个过程必须严格按照图纸施工。
(7)土钉安装。安装前进行锚杆长度复核、验收,安放时应避免杆体扭压、弯曲,注浆管与土钉锚杆一起放入孔内,注浆管应插至距孔底250～500mm。为保证注浆饱满,在孔口部位设置浆塞及排气管,D48mm钢花管土钉直接注浆。
(8)注浆液。严格按设计要求的水灰比W/C=0.45～0.55配料,搅拌均匀。
(9)注浆作业。按照设计要求,注浆采用水灰比W/C=0.45～0.55的纯水泥浆,水泥为P•O32.5水泥。注浆压力控制在0.3～0.8MPa之间,并根据试验锚杆情况由设计单位确定注浆技术与质量要求。注浆前,将孔内残留或松动的土清理干净,注浆开始后若中途停顿须≯30min,待孔口稍有溢流现象时即堵口封死。
(10)喷混凝土。严格按设计要求的比例配料并搅拌均匀,喷混凝土时要垂直于层面喷。喷射作业应分段分片依次进行,同一分段喷射顺序应自下而上。注意观察料的水量和回弹情况,及时调整喷浆水量和喷浆距离,并抽检混凝土试块。严格掌握喷射混凝土厚度,表面平整度要求±30mm。喷混凝土前,埋设好喷射混凝土厚度的标志,由专人负责检查土钉制作、注浆、挂网等质量是否符合设计要求,下达喷混凝土指令后方能开始喷浆作业。
(11)降雨量过大引起基坑坍塌的预防措施。在土方开挖前应做好基坑边坡的排水措施,在边坡顶面距离边坡600设置环形的排水沟,使地面水流通过水沟及时排除基坑外。同时基坑的积水用水泵及时抽至坡面排水沟排出,并保持其畅通。
(12)基坑开挖过程中的监测及监控要求。采用信息化施工,及时掌握边坡支护结构的稳定状况及变化。监测前,编制系统的监测实施方案并在施工中严格按监测方案执行。要求边坡顶每隔15-20m设置1个观测点,施工期间每天测1次,雨水过后测1次,施工完毕且监测数据稳定后每周测1次。施工14d后进行拔出破坏试验。
5 结束语
深基坑支护工程是近年来随着城市高层建筑的发展越来越普遍,基坑的支护不断创新,其理论还有待于不断完善。如何选取一种在经济、技术上都合理的支护类型,还必须充分考虑施工现场的环境、工程地质条件以及具体的工程要求。
参考文献
[1]王广超.复合支护结构在基坑支护中的应用[J].探矿工程:岩土钻掘工程,2008,35(3).49-51.
[2]建筑基坑支护技术规程[S].JGJ l20-99.
