浅谈某综合大楼工程基坑施工技术方案

1工程概况

某综合楼建筑面积147702m2,为地上19层(裙房5层),地下1层,地下室建筑面积为22130m2。基坑南北向宽约192.89m,东西向长约175.36m,地下室大基坑开挖深度约为5.65~6.60m。

2工程地质特征

本工程在基坑开挖深度及围护桩所及范围的土层由耕填土、黏土、淤泥质黏土、黏土组成,地质分布大致如下:

耕填土:松散,灰褐、灰黄色,主要以黏性土组成,顶部含少量植物根茎,土质不均,层厚1.00m左右。

黏土:灰黄色,厚层状,含铁锰质氧化斑点,性质不均匀,软塑—可塑,具有中偏高压缩性。

淤泥质黏土:灰色,厚层状,含半腐植物残体,局部集结,土质不均,均有分布,流塑,具有高压缩性。层厚3.5~8.0m。

黏土:灰绿色—褐黄色,层厚状,含铁锰斑点,性质较好,局部缺失,可塑,中压缩性,层厚0~6.5m。

场地地下水主要为浅部孔隙潜水以及承压水,水位埋深在1.30~3.70m之间,潜水水位变化主要受控于大气降水垂直渗入补给,以及微地貌的控制,与附近河流有一定的水力联系。本工程基坑开挖属于二级基坑,基坑侧壁及基底土体均位于淤泥质黏土层,坑壁稳定性差,基坑开挖时要进行适当的围护。基坑设计计算岩土工程参数见表1。

表1基坑主要土层的参数值

3基坑围护方案设计[1-4]

本基坑围护方案经多次论证,考虑到本工程所处场地面积较大,场地四周空旷,根据边坡土质情况的不同,经过多种基坑支护方法的技术经济比较后,确定采用喷锚网支护边坡(图2)。同时考虑到邻近基坑西南侧行政楼基础结构,在基坑西南侧采用型钢桩组合支护结构(图3)。另外,由于基坑北侧河道水系及边坡土质的影响,在基坑北侧采用双层水泥搅拌桩组合支护体系(图4)。

3.1支护参数值的确定

(1)锚杆:锚杆采用<48×3.0钢管锚杆,钢管从离坑壁2.5m处开始沿管长设<8@500注浆孔,锚杆注水泥浆,水灰比宜为0.5,注浆压力不小于0.4MPa,锚杆与水平方向的角度为10°~15°,锚杆采用梅花型布置。水平和垂直间距均为1.0~1.2m。

图2喷锚网支护边坡图

图3型钢桩组合支护图

图4双层水泥搅拌桩组合支护图

(2)钢筋网:钢筋网采用<6.5@200×200,竖向钢筋采用焊接,横向钢筋可采用绑扎,横向加强钢筋采用2<14,预压钢筋网,并与锚杆端部焊接(图5)。

图5锚杆细部详图

(3)喷射混凝土:坡面喷射100厚C20混凝土,使锚杆、钢筋网片、喷射混凝土形成一个整体,同时为防止坡面裂缝渗水,喷射混凝土水灰比为0.4,配合比为水泥∶砂∶碎石=1∶2∶2.5。粗骨料粒径5~15mm,喷层初凝小于10min,终凝大于30min,喷射混凝土施工应满足国标GB5008622001规定。

(4)水泥搅拌桩:水泥搅拌桩径<600,间距450mm,采用双头搅拌桩机,桩长11m,搅拌桩间搭接150mm。水泥采用32.5普通水泥,水泥掺量为15%(被加固土的重量,按18kN/m3计),浆液水灰比0.45~0.55。

3.2支护体系的计算

在基坑侧壁土体中采用打入式钢管锚杆,使土体、锚杆及护壁钢筋、喷射混凝同形成重力式挡土墙结构,根据《建筑基坑支护技术规程(JGJ120299)》进行土体稳定性,支护结构的承载力计算,锚杆抗拉计算及土钉墙整体稳定性验算,计算结果经专家组论证符合要求。

4基坑支护施工

4.1施工工艺流程

水泥搅拌桩制作锚管分层开挖基坑边槽基坑边坡修整打锚管绑扎钢筋网片喷射混凝土锚杆注浆养护。

4.2主要施工技术

(1)开挖分层厚度控制:根据土质情况,一次挖土深度在1.0~1.5m,及时打入锚杆,喷射混凝土,使坡面暴露的时间不超过24h。

(2)注浆:注浆压力为0.2~0.8MPa,注浆量视土层情况而定,以相邻锚管的注浆贯通为终止条件,确保土体改性为复合土体,与锚管组合达到重力挡土墙的要求[5],本工程实际每根锚管注浆量为220~2500kg水泥不等。

(3)坡脚处理:根据计算结果,地基土承载力严重不足,设计采用在距坡脚1.8m处打入一排6m长同时梢径不小于100mm的松木桩,松木桩间距400mm。为了防止土体隆起,先打入松木桩方可开挖。

(4)水泥搅拌桩:设计桩长范围内采用二次下沉二次提升工艺,桩身垂直度偏差不得大于L/150,严禁在喷浆过程中断浆,特殊情况下断浆应重新成桩,相邻桩施工间隔时间不得大于24h。

(5)分段施工:本工程基坑面积较大,基坑开挖分三个施工区域,每个施工区域在分层设置锚杆的前提下分段开挖,每段长度不超过50m。

(6)根据设计要求,大基坑土方开挖后应及时施工垫层,以保护坑底土质。

4.3边坡的防水处理

为保证基坑边坡的稳定与安全,防止水土流失造成边坡失稳,边坡内的防水处理措施如下:

(1)设置深4~6m,间距2.5~4m的排水孔。材料为<25硬塑料管,并在1.5m处环向打孔,同时外包铁纱窗布,防止泥土流失。

(2)当掺有防水剂的喷射混凝土达到70%强度时,向设置的排水孔内注压力水泥砂浆(或水泥浆),阻止水继续外流。

(3)在坡顶设置一道宽100cm,厚10cm的钢筋网喷射混凝土层,使坑外积水不至流入坑内。

5抗拔试验

为了保证大面积喷锚施工的顺利、安全进行,并验核设计时的计算模型,在三处有代表性的典型部位进行了锚杆抗拔试验,1号试点锚杆长度9m,2号、3号试点锚杆长度均为12m(图1)。张拉设备采用600kN油压千斤顶,支架支点距离坡面1200mm,张拉试验分6级加载进行,即0.1Nt0.25Nt0.50Nt0.75Nt1.00Nt1.2Nt,若加载过程中位移稳定,最后进行极限加载,Nt按锚杆每7kN/m抗拔力设定。测得1号试点极限抗拔力72.5kN,2号试点极限抗拔力98.8kN,3号试点极限抗拔力97.4kN,均达到设计要求。

6施工监测

针对深基坑施工信息化的要求,为保证基坑施工的顺利、安全,必须对整个施工过程实行全过程监测。通过跟踪监测,及时掌握支护结构和基坑内外土移情况,随时调整施工参数,优化基坑设计。

(1)监测内容:根据《建筑基坑支护技术规程》的规定,本基坑属于二级基坑,应进行监测的内容为:①支护结构的位移;②基坑周围土移;③地下水位变化。

(2)监测点的设置:①在基坑四边设置测斜管,监测深层土移;②支护位移监测点设在基坑边壁顶部;④在基坑周围设置水位观测孔。

(3)监测次数:在支护施工和基坑开挖期间,每天观测一次,如遇位移、沉降变化速率较大时应增加观测次数。

(4)监测结果:根据基坑支护设计规定,监测报警值为水平位移达到40mm或连续三天位移速率超过3mm/d,水位观测速率超过50cm/d。通过对基坑从土方开挖到地下室施工完成期间的连续观察,水平位移值在9.6~26.9mm且未有连续三天超过3mm/d,水位变化速率在5~37cm/d,监测值均在设计允许的范围内。

7结语

(1)在软土基坑中采用喷锚与压密注浆改善土质的复合技术组成的基坑围护结构,在本工程大面积应用实践证明是可行的,完全可以达到 安全、经济、快速、高效之目的,具有广阔的应用前景。

(2)在软土基坑围护中采用喷锚网支护体系,大大节约工程造价,同时又缩短施工工期,本工程支护方案比采用灌注桩支护节约造价约120万元,缩短工期约30d。

(3)分层挖土厚度、注浆量及坡脚处理(提高坡脚地基承载力)是围护成功与否的关键。