常见多层高深基坑一般施工技术的分析与对策
关键词:工程地质；施工方案；基坑；支护;土钉墙;施工技术
1工程概况
此工程建筑面积约为60000m2。其中地下一层、地上4层,局部六层。基础形式为独立桩承台及倒桩承台筏板基础,基坑面积约7500m2,为半地下室结构,呈扇型布置。本工程室内±0.000相当于绝对标高高程89.5m,现场场区自然地面标高为90m,基坑底板、承台底标高为-6m、-7m、-9m,浅基坑承台底标高为-3.50m,基坑开挖深度在7m～9.5m之间,深浅基坑高差在4.5m～6.5m。
2工程地质情况
工程地质情况分布如下:
(1)素填土,粉质粘土为主,局部分布有杂填土,层厚0.3m～1.9m;
(2)粉土(新近堆积)混有砂土颗粒,夹有粉砂薄层,层厚1.3m～3.5m;
(3)粉土(新近堆积),有流塑状粉质粘土薄层,层厚3.3m～5.7m,层底埋深6.6m～9m;
(4)粉土,混有砂粒,有粉质粘土透镜体,层厚1.8m～5m,层底埋深9.0m～13.2m;
(5)粉质粘土,可塑-软塑,局部有高压缩性土,层厚0.5m～3.6m,层底埋深11m～14.6m;
(6)粉土,中压缩性土,层厚0.4m～3.5m,层底埋深13.5m～16.3m。
(7)粉细砂,上部混有粉土颗粒,层厚1.1m～5.1m,层底埋深19.2m～22.2m。
本工程地下水位较高,位于自然地面以下3m左右,土质表层2m左右是回填杂土层,以粉土和粉土粘土为主。本工程基础施工正处于雨季,必须采取可靠的措施来降低地下水位,同时必须采取必要的措施保证雨水顺利排放,保证施工期间的安全可靠。
3施工方案选型及可行性分析
3.1施工方案选型
由于该工程土层构造较为复杂,在深度25m～28m之间存在粘土构造层,该土层属于隔水层,通过前期降水试验,在该土层降水曲线属于明显的“双漏斗”形状。该工程四周没有重要建筑物,对于基础埋置深度在3.5m～9.5m之间的基坑深度,在支护结构选型上有以下方案:基坑侧壁安全等级为二级,对基坑侧边变形控制指标为基坑坡顶、垂直沉降、边坡整体位移三项监测数值控制在60mm、80mm、60mm。对于基坑深度在6m～8m的部位支护方案主要有排桩、土钉墙、深层搅拌桩,基坑深度在3.5～5m之间的部位可以采用土钉墙、放坡或密目网砂浆固面等方法。
3.2实施难点及可行性分析
①雨季施工季节的影响
由于基础部位施工正处于7月～9月份雨季期间,对于土层以粉土、细砂土为主来讲,要防止地表水侵入土层,对支护结构造成不利影响;另外对于土钉墙支护、深层搅拌桩及砂浆固面结构影响较大,因此,必须采取可靠的排水措施,以确保地表水及基坑内存水及时排出。
②多变复杂土层结构对支护结构的影响
根据现场实际开挖土方土层结构来看,上表以回填杂土为主,厚度在2m左右;下层存在黑色淤泥、细砂层,底层土多为粉土、粘土层,这些不同复杂土层对支护结构都有较大影响。
③多变深浅复杂基坑交叉多,支护结构施工难度大深浅基坑高差在4.5m～6.5m之间,交叉长度达到150m左右,浅基坑以独立桩承台为主,因此在该部分土方
开挖既要保证深浅基坑土方开挖安全,又要保证土方开挖不能够破坏原浅基坑土层结构。
3.3根据现场周遍环境及支护结构施工特点,结合工程实际情况,最终确定以下施工方案
①总体方案:据现场抽水试验的结果,确定以大口径深井降水为主,局部根据实际情况采取轻型井点降水作为辅助。降水井直径600、布置间距20m、深度25m呈梅花型布置,另外在周遍及基坑中央设置6口观察井。
②坑支护方案:深度在5m～9.5m的深基坑区域,支护形式采取土钉墙为主;深浅交叉区域采取深层搅拌桩为主;浅基坑区域以砂浆固面支护形式作为补充。这样在施工方案选择上是可行的,不仅施工速度快,而且施工质量容易得到控制。
4支护结构设计
支护形式主要有以下三种,即土钉墙、深层搅拌桩、喷射混凝土固面。对于砂浆固面做法属于构造做法,按照相应规范执行。对于深层搅拌桩和土钉墙要进行设计计算。土钉墙其结构类似于重力式挡墙,将拉筋(又称为土钉)利用人工或机械成孔植入土体内部,并在坡面上喷射混凝土,形成土体加固区域共同作用,从而形成支护体系。土钉墙主要计算控制指标承载力如下:
单根土钉抗拉承载力应满足,
1.25γ0Tk≤Tujξ
其中:γ0为基坑侧壁安全重要系数,本工程取二级,系数1.0;
Tk第j根土钉受拉荷载标准值;
Tuj第j根土钉抗拉承载力设计值。
单根土钉受拉荷载标准值按照下公式计算:
Tk=ξeajksxjszj/cosaj
其中:ξ综合系数,与土层内摩擦角、放坡角度有关;eajk第j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值;
sxj,szj第j个土钉与相邻土钉的水平、垂直间距。
本工程侧壁安全等级为二级,土钉抗拉承载力设计值需要通过试验确定。在本工程中现场进行了四组不同土层土钉抗拉承载力试验,现场分别在距地面1.5m、2.5m、3.5m、4.5m深度进行,实验用钢筋采用二级、<25,试验值经过实际测量分别为7.95kN、21.12KN、36KN、59KN,分别比理论实际计算大10.7%、16.25%、3.75%、25%。根据实际进行调整,在5m深度范围内采取4层土钉、7m范围内采用6层土钉,9m范围采用8层土钉。土钉长度为深度的1–1.5之间,经过修整,土钉直径调整为<22、<20。同时需要验算基坑底承载力,对于软弱土层承载力不满足的情况下,需要对基底土进行加固,常用的加固方法主要有水泥土桩、高压注浆、置换土层等方法，计算软件采用PKPM电算软件即可。
5主要施工方法
5.1关于土钉墙
①土钉墙施工时,上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。
②基坑开挖和土钉墙施工自上而下分段分层进行。在机械开挖后辅以人工修整坡面,坡面平整度的允许偏差为±20mm,在坡面喷射支护前,先清除坡面虚土。
③土钉墙施工顺序:
开挖工作面→修整边坡→埋设喷射混凝土厚度控制标筋→喷射第一层混凝土→钻孔安设土钉→注浆→安设连接件→绑扎钢筋网,喷射第二层混凝土→设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。
④喷射作业根据土方开挖顺序分段进行,同一分段内喷射顺序自下而上一次喷射厚度为40mm;喷射混凝土时,喷头与受喷面应保持垂直,距离宜0.6m～1.0m;喷射混凝土终凝2h后,应喷水养护,养护时间为3～7h。
⑤喷射混凝土面层中的钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设,钢筋保护层厚度为40mm;钢筋网与土钉采用承压板焊接相连。
⑥采用水泥净浆的水灰比为0.5随拌随用,拌合的水泥浆必须在初凝前用完。
⑦注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净,注浆开始或中途停止超过30分钟时,应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路;注浆时,注浆管应插至距孔底250mm～500mm处,孔口部位设置止浆塞及排气管;土钉钢筋设置定位支架。
5.2深层搅拌桩
①水泥深层搅拌桩采取切割搭接法施工。在前桩水泥土尚未固化时进行后序搭接桩施工,施工开始和结束的头尾做搭接加强处理。
②深层搅拌水泥土桩每米水泥掺入不小于60kg，水泥深层搅拌桩采用浆喷工艺。
5.3砂浆固面
边坡按照1∶1放坡,坡面人工清理平整,对局部缺陷部位软弱土层清理干净。采用密目钢丝网满铺,与土层接触面留置25mm保护层,钢丝网采用<12钢筋、间距600mm、长度1200mm梅花型打入土层固定。面层用12.5水泥砂浆罩面。固面层施工完毕后,及时洒水湿润。
6控制措施
6．1降水效果必须要达到设计要求
对于选用的支护结构来讲,水对支护结构的安全影响最为严重。因此,降水效果的好坏直接影响到支护结构的安全使用。本工程中采取深井降水,每天观测水位变化情况,准确掌握了水位情况,由于前期采取了抽水试验,测定不同土层渗透系数及深井降水的影响半径,为降水工程提供了可靠的一手资料,降水工程实施顺利,效果也达到了预期目标。
6．2地表雨水防水措施
对于土钉墙支护结构,变形是必然的,也必然在地表产生裂缝。如果不对这些裂缝及时有效的处理,会加剧裂缝的变化。因此,在施工中加强对地表裂缝的观察及处理。由于雨季及地下降水的影响,有效的防水措施是保证基坑安全的重要措施。实际施工距基坑6m设置专用排水沟,基坑边与排水沟之间采取混凝土硬化,并施工成5%坡面,及时有效地将地表雨水及基坑雨水抽出排放。
6．3基坑变形、位移监测
分别在基坑坡顶面、间距15m和距离基坑6m设置变形观测点,土方开挖期间每天观测两次,土方开挖完成后每天观测一次,发现超出规定的变形及时处理。实际施工中由于加强了监测,个别部位变形超出了控制范围,及时采取了加固措施,有力的保证了基础施工顺利进行。
6．4土钉墙施工注意事项
①土钉墙土方开挖放坡坡度控制在10.2,坡面人工修整平整,对于软弱土层要清理干净,局部缺陷较大部位要采取换土方法,进行加强。
②严格按照分层开挖、分层支护、上层支护强度达到70%设计强度后,才能再往下继续开挖的原则执行,每层开挖深度不超过2.2m,严禁超挖,更不允许一次开挖到位。
③喷射混凝土强度按照规定及设计要求,要检测强度,可以采取同类施工方法,做一组500×500模块,做成试样,喷射完成初凝前及时修边、养护,做成标准试块,进行实验。
7结语
该工程支护结构方案由于选择合理,实施过程中监督和监测到位,整个基础施工较为顺利。
参考文献:
[1]JGJ120-99,建筑基坑支护技术规范[S].
[2]GB50086-2001,锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].
[3]2007.黄伟,周文斌,陈鹏.土钉支护技术在深基坑中的应用[J].西
部探矿工程,
